Модифицирование керамических покрытий, разработанных для узлов трения, является важным направлением исследований с целью улучшения их триботехнических характеристик. В данной работе представлены керамические покрытия, сформированные на алюминиевых сплавах В95 и Д16 методом микродугового оксидирования (МДО) в одностадийном технологическом процессе с включениями квазикристаллов Al–Cu–Fe. Также использовалась технология втирания квазикристаллов в поверхность покрытия при финишной полировке. Испытания на трение и износ проводились согласно стандарту ASTM G99 в паре с шариком из карбида вольфрама. Анализ поверхности и поперечных сечений методом СЭМ-микроскопии показал, что модифицирование влияет на структуру покрытия. Квазикристаллы концентрируются в порах и участвуют в процессе трения. Добавление небольшого количества модификатора в электролит, а также технология втирания позволяют снизить коэффициент трения и скорость износа по сравнению с чисто керамическими покрытиями, полученными на сплаве В95. Большее количество модификатора даёт отрицательный результат. Добавление модификатора в электролит при формировании покрытий на сплаве Д16 приводит к увеличению коэффициента трения и падению износостойкости.

Цель работы — изучить распределение кислорода в контактном слое стали 45 (контртело) при трении по схеме «pin-on-ring» по стали Ст3 (образец) в условиях трения без смазочного материала под электрическим током высокой плотности (> 100 А/см²).

Методом электронной микроскопии показано образование слоя переноса на контактной поверхности контртела и образование расплава на контактной поверхности слоя переноса. Расплав имеет слабые признаки адгезионного взаимодействия, что является показателем высокой вязкости расплава. Рентгеновский спектральный микроанализ контактной поверхности слоя переноса показал содержание в нем 30 ат. % кислорода, который служит показателем образования FeO. Концентрация кислорода на поверхности контакта соответствовала концентрации около 60 об. % FeO. Концентрация кислорода в сечении слоя переноса на расстоянии 3 мкм от поверхности контакта составляет около 10 ат. %, что соответствует около 20 об. % FeO. Методом рентгенофазового анализа установлено преобладание FeO и α-Fe в контактной поверхности слоя переноса стали 45, то есть около 90 об. % FeO. Эти данные косвенно доказывают существование градиента концентрации FeO, направленного в глубину слоя переноса, и позволяют утверждать, что расплав состоит из нейтральных атомов или ионов железа и кислорода.

Увеличение плотности тока в контакте приводит к увеличению электрической проводимости контакта и к уменьшению коэффициента трения. Это позволяет предположить увеличение количества расплава в контактном пространстве при увеличении плотности тока. Также увеличение плотности тока приводит к увеличению стадии скольжения («slip») при скольжении в режиме прерывистого скольжения («stick–slip») и к снижению коэффициента трения. Полученные данные могут служить ориентиром при проектировании токосъёмных узлов трения для мощных электрических двигателей и генераторов.

Исследована возможность снижения себестоимости комплексных кальциевых сульфонатных смазок (ККСС) за счёт использования побочных продуктов производства сверхщелочного сульфоната кальция (ССК). Проведена оценка перспектив применения концентрата кальциевых соединений (ККС) — побочного продукта производства сверхщелочного сульфоната кальция — для удешевления производства ККСС при обеспечении заданного уровня их эксплуатационных характеристик. Предложен вариант изготовления ККСС на основе сульфонтаных соединений различного происхождения и описан способ контроля хода синтеза с помощью инфракрасной (ИК) спектрометрии. Описан синтез образцов ККСС на основе сверхщелочного сульфоната кальция (ССК-400) и концентрата кальциевых соединений с контролем процесса изготовления смазочного материала с помощью ИК-спектроскопии и оценкой его реологических свойств и трибологических характеристик (пенетрация, температура каплепадения, коллоидная стабильность, нагрузка сваривания, критическая нагрузка). Установлено, что образцы смазок на основе ССК-400 и ККС демонстрируют высокие эксплуатационные характеристики, сопоставимые с зарубежными аналогами.

Показано, что использование побочных продуктов производства ССК допустимо и целесообразно, при этом открывается возможность снижения себестоимости и улучшения экологических условий производства ККСС.

Разработана установка, реализующая одновременно три вида механического воздействия на металлические образцы: косой удар, трение качения, трение скольжения. Основным узлом установки является установленный на валу барабан с расположенными в его гнёздах инденторами — стальными роликами диаметром 32 мм и массой 0,2 кг. Барабан приводится в движение сервоприводом, позволяющим плавно регулировать угловую скорость вращения в диапазоне от 0 до 1500 мин–1. Инденторы изготовлены из закалённой и низкоотпущенной шарикоподшипниковой стали ШХ15СГ (64 HRC). В процессе испытаний ролики, свободно расположенные в гнёздах барабана, имеют возможность вращаться относительно своих осей и катиться по поверхностям образцов. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении барабана, ролики вступают в контакт с исследуемыми образцами и изнашивают их. За один оборот барабана каждый из образцов ударам роликами подвергается дважды. Удары осуществляются одновременно, что позволяет уменьшить вибрации в элементах установки. С использованием разработанной установки проведены триботехнические испытания стали Гадфильда в аустенитном состоянии, стали 95Х6М3Ф3СТ закалённой и отпущенной при 545 °С, а также легированного бором и хромом сплава, сформированного методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки. Наиболее высоким уровнем износостойкости обладают образцы из стали 95Х6М3Ф3СТ. Выявлены специфические особенности механизмов разрушения поверхностных слоёв металлических сплавов.

Цель работы — повышение эффективности высокоскоростной лезвийной обработки резанием жаропрочных сплавов за счёт улучшения триботехнических характеристик износостойких покрытий, достигнутых за счёт использования многокомпонентных катодов-мишеней из спеченных высокоэнтропийных сплавов при нанесении магнетронным способом.
Разработаны технологии изготовления высокоэнтропийных катодов-мишеней (диаметром 20 мм и 70 мм), получаемых высокотемпературным искровым плазменным спеканием порошковых композиций с различным процентным содержанием следующих элементов: Al; Cr; Hf; Mo; Nb; Ni; Ta; Ti; V; W; Zr; обеспечен контроль их параметров: плотность, гранулометрический анализ, электропроводность, твёрдость и трещиностойкость. Морфологию спеченных образцов исследовали методом сканирующей электронной микроскопии и энерго-дисперсионного анализа. Изготовлена технологическая оснастка для магнетронной системы нанесения покрытий в различных газовых средах. Проведены триботехнические испытания на трибометрах и при лезвийной обработке резанием различных марок сталей и сплавов, по результатам которых определены наиболее эффективные составы многослойных композиционных наноструктурированных высокоэнтропийных износостойких покрытий, в частности Al20Ti20Zr15V15Cr15Nb15 и Al20Hf10Ni15Ti25W10Zr20, обеспечивающие повышение производительности лезвийной обработки резанием хромоникелевых сплавов ЭИ 654 и ЭИ698 ВД.
Проведены сравнительные испытания промышленно используемых износостойких покрытий и покрытий из высокоэнтропийных катодов-мишеней: Al20Hf10Ni15Ti25W10Zr20; Al20Ti20Zr15V15Cr15Nb15; Al20Hf15V15Cr15Ti15Ta10W10; Ti15Zr15Cr15Ni10W10V10Nb15Al10; Ti20Hf15Mo15W10V10Nb15Al15 и другие. По результатам исследований при продольном точении хромоникелевых сплавов ЭИ-654 и ЭИ-698 ВД подтверждено увеличение эффективности применения высокоэнтропийных покрытий на режущем инструменте в среднем на 20—25 %.

В работе представлено исследование по созданию и оценке трибологических характеристик металло-матричных композиционных материалов (ММК) на основе алюминиевой бронзы БрА7, армированных частицами вольфрама (W) и карбида вольфрама (WC), с использованием технологии электронно-лучевого аддитивного производства (ЭЛАП).
Цель работы — получение износостойких материалов на основе алюминиевой бронзы со сформированным приповерхностным композиционным слоем CuAl7–W–WC, изучение их триботехнических характеристик в условиях трения без смазочного материала при комнатных и повышенных температурах в воздушной среде.
Авторы применили комбинированный проволочно-порошковый метод подачи материала, что позволило получить композитные покрытия с равномерным распределением армирующей фазы. Были изготовлены образцы из чистой бронзы (CuAl7), и композиты, содержащие 10 об. % (CuAl7–W5–WC5) и 20 об. % (CuAl7–W10–WC10) армирующих частиц в составе. Установлено, что добавление W и WC существенно снижает интенсивность изнашивания по сравнению с чистой бронзой. В то же время коэффициенты трения композитов сопоставимы с таковыми у исходного материала.
Выявлен характер износа полученных ММК, который носит преимущественно окислительный характер с формированием многослойной трибоплёнки, содержащей оксиды меди и железа, действующей как сухая смазка. Присутствие армирующих частиц ограничивает контакт с контртелом и подавляет пластическую деформацию матрицы, что положительно сказывается на износостойкости материала. Работа демонстрирует потенциал ЭЛАП-технологий в прецизионной модификации поверхностных свойств изделий и расширяет представление о механизмах износа ММК при высокотемпературном трении. Полученные материалы могут быть использованы при изготовлении деталей с повышенными требованиями к износостойкости, например, в машиностроении и авиации.

Исследована структура и триботехнические характеристики спечённого сплава Al–40Sn, упрочнённого частицами Al3Ti различной объёмной концентрации. Композиционные образцы спекались при 710 °С в течение 1 часа, а затем доуплотнялись в закрытой пресс-форме при температуре 250 °С и давлении около 300 МПа. Испытания на износостойкость проводились на триботестере «Tribotechnic» в отсутствие смазки по схеме «палец—диск» при постоянной скорости скольжения 0,6 м/с, повышая нагрузку через каждые 1000 м пути трения. В качестве контртела использовали стальной диск из закалённой стали марки 40Х твёрдостью 48—50 HRC. Установлено, что концентрация твёрдых частиц 32 об. % обеспечивает максимальную износостойкость спечённых образцов Al–Al3Ti–Sn. Дальнейший рост содержания алюминидов до 40 об. % приводит к формированию значительного количества хрупких контактов между твёрдыми частицами, что отрицательно сказывается на износостойкости исследуемых материалов. Сделан вывод, что для повышения износостойкости композитов данной системы следует добиваться равномерного размещения частиц твёрдой фазы по периметру матричных зёрен. Обнаружено, что величина интенсивности изнашивания композитов Al–Al3Ti–Sn возрастает с увеличением давления на поверхность трения, тогда как значение коэффициента трения снижается и практически не зависит от состава исследуемых материалов. Рассмотрен механизм изнашивания композиционных образцов гибридного фазового состава при трении без смазочного материала по стальному диску. Изнашивание композитов данной системы осуществляется двумя основными механизмами: деформационно-окислительный износ посредством пластической деформации тонкого поверхностного слоя и его охрупчивания мелкими оксидными частицами, а также усталостный износ путем вовлечения в деформацию сдвигом зёрен верхнего слоя образца с последующим их отслоением по оловянным прослойкам, исчерпавшим ресурс пластичности.

В статье рассмотрены результаты исследований износостойкости конструкционных сталей, применяемых для производства валов роторных насосов объёмного действия. Особенностью насосов данного вида является чрезвычайно малые зазоры между его рабочими органами, составляющие около 10—25 мкм и зависящие от величины износа валов в местах сопряжения с подшипниками скольжения. Азотирование в тлеющем разряде является наиболее эффективным методом обеспечения высокой износостойкости деталей.
Показано, что одним из негативных явлений при изнашивании азотированного слоя является образование в результате выкрашивания абразивных частиц, которые способствуют шаржированию поверхности втулки и, как следствие, интенсифицируют процесс изнашивания. Цель работы — исследование износостойкости стали, азотированной в тлеющем разряде с использованием предварительной обработки методами поверхностной пластической деформации, имплантации ионами средних энергий, магнитно-импульсной обработки, а также комбинированными методами активации.
Применяли следующие режимы активации поверхностного слоя перед ионным азотированием: дробеструйная обработка стальными микрошариками диаметром 50—100 мкм при скорости 30—70 м/с; имплантируемые ионы — азот; доза — 1,3·1017 ион/см2 ; скорость набора дозы облучения — 1·1015 ион/с; энергия ионной имплантации: 25 кэВ. Магнитно-импульсная обработка (МИО) при мощности импульса от 2 кДж до 8 кДж, его длительности от 5 мкс до 40 мкс и количестве импульсов от 2 МИО до 5 МИО.
Показано, что наиболее эффективным методом предварительной, перед процессом активации материала поверхностного слоя стали является среднеэнергетическая ионная имплантация, позволяющая повысить износостойкость азотированного слоя стали 40Х в 5,7 раз, а стали 40ХН в 4,5 раз, по сравнению с обычным ионным азотированием.

В работе рассмотрены вопросы разработки и применения отечественного закалочного масла при термообработке упругих клемм для рельсовых скреплений. Представлены результаты лабораторных сравнительных испытаний разработанного масла, и его импортного аналога. Исследования влияние охлаждающих свойств закалочных масел на твёрдость и структуру проводили при термообработке образцов из стали 38Si7, применяемой для изготовления упругих клемм. Охлаждающие свойства закалочных масел оценивали с помощью установки по определению охлаждающих характеристик технологических и закалочных сред УЗС-2. Показано, что разработанный опытный образец закалочного масла обеспечивает максимальную скорость охлаждения 94,2 °С/с, температуру при максимальной скорости охлаждения 615,8 °С, время охлаждения до 600 °С за 7,03 с, время охлаждения до 400 °С за 10,3 с, время охлаждения до 200 °С за 39,3 с, скорость охлаждения при 300 °С соответствует 7,84 °С/с. При этом твёрдость заготовок из стали 38Si7 после закалки составляет 53,2—54,6 HRC. В результате проведённых промышленных испытаний установлено, что разработанное закалочное масло соответствует требованиям технологического процесса термообработки упругих клемм для рельсовых скреплений из стали 38SI7 и позволяет снизить затраты на приобретение импортного аналога.

В работе изучали триботехнические характеристики поверхности углеродистой стали, легированной оксидом висмута с добавлением окислителя или восстановителя, нитрата лития или высокодисперсного порошка графита соответственно. Трибологические испытания выполняли в сопряжении с алюминиевым сплавом АЖ1 в условиях граничной смазки.
Установлено, что углерод взаимодействует с оксидом висмута в процессе легирования при высокотемпературной лазерной обработке и приводит к появлению металлического висмута, что негативно влияет на работоспособность сопряжения при высокой контактной нагрузке. При этом, чем выше содержание углерода в составе порошковой смеси, тем большее количество восстановленного при лазерной обработке оксида висмута в поверхности стали, и тем ниже нагрузочная способность сопряжения при работе с постоянной скоростью 9,0 м/с. Напротив, распад нитрата лития с выделением кислорода при высокоинтенсивной лазерной обработке приводит к увеличению доли окисленного висмута в легированной поверхности. При добавлении окислителя триботехнические характеристики сопряжения при трении в условиях граничной смазки значительно улучшаются. Предложен возможный механизм возникновения сверхнизких коэффициента трения и износа при трении скольжения в условиях граничной смазки для пары трения легированная оксидом висмута сталь–алюминиевый сплав.

Цель работы — исследование влияния ультразвуковой ударной обработки (УУО) на эксплуатационные характеристики металлических материалов для получения информации о возможном применении таких материалов в узлах трения. В статье исследовали образцы из стали 45, которая подверглась УУО после закалки. Экспериментально установлено, что закалка стали приводит к увеличению твёрдости поверхности на 37,4 % и уменьшению шероховатости на 32,9 %. Для сравнения, после УУО твёрдость поверхности увеличивается на 47,2 %, а шероховатость уменьшается на 56,4 %. Триботехнические испытания проводили по схеме «шар—диск» как в условиях трения без смазочного материала, так и при смазке маслом. Установлено, что после УУО образцы имели минимальный поверхностный износ, относительно умеренную скорость увеличения износа в условиях трения без смазочного материала и самый низкий коэффициент трения. Так, процесс закалки и УУО позволили снизить износ поверхности на 10,8 % и 52,60 % соответственно. При смазке маслом УУО снижение износа составило 18,26 %. Кроме того, в работе рассматриваются микроскопические механизмы износа и наблюдаемые характеристики износа образцов стали 1045 при различных условиях смазки, в частности, как смазочные масла могут отрицательно влиять на триботехнические характеристики стальных поверхностей, обработанных ультразвуком.