Рассмотрена контактная задача о свободном качении по жесткому основанию цилиндрического тела, состоящего из недеформируемой центральной части и упругого обода. На основе асимптотического приближения второго порядка разработана методика аналитического решения. При допущении малости момента сопротивления качению в качестве расчетного примера исследовано контактное взаимодействие рассматриваемого составного тела с недеформируемым основанием под действием вертикальной силы. Получены расчетные распределения нормального и тангенциального контактных напряжений, распределение интенсивности тензора напряжений в ободе вблизи области контакта и зависимость «сила — перемещение». Эти данные сопоставлены с оценками, полученными авторами на основе конечно-элементного моделирования, и результатами использования альтернативного варианта асимптотического приближения. Сделан вывод о преимуществах разработанной методики в сравнении с известным асимптотическим подходом в плане точности расчета контактных параметров и простоты применяемого математического аппарата. Показано, что для материала деформируемого обода с коэффициентом Пуассона  менее 0,4 максимум интенсивности тензора напряжений локализуется на линии действия вертикальной силы (оси симметрии), а при  > 0,4 — на внутренней поверхности обода вблизи границы зон сцепления и проскальзывания. Полученные данные использованы для анализа нагруженности роликовых сопряжений горного оборудования.

Представлен один из вариантов решения научно-прикладной задачи прогнозируемого формирования триботехнических характеристик ионно-плазменного покрытия. Поставленная задача решается путём создания и последующего анализа базы данных углеродных покрытий. Объектом исследований в работе являются ионно-плазменные покрытия DLC, нанесённые на стальную подложку. Показано, что использование азота для стабилизации углеродных покрытий вместо водорода обеспечивает не только получение устойчивых значений толщины покрытий DLC на уровне 1,0—1,5 мкм, но и служит важным и удобным технологическим параметром для регулирования триботехнических характеристик покрытия в процессе его нанесения. На основе прогнозируемых и экспериментальных значений коэффициента трения m и данных длины пробега образца L определены интервалы оптимальных значений технологических параметров %N и l. Исследованные углеродные ионно-плазменные покрытия DLC, полученные по установленным оптимальным режимам нанесения, могут быть рекомендованы для прикладного использования в условиях трения, эквивалентных проведенным триботехническим испытаниям при нагрузке трения F » 10 Н. 

Статья посвящена экспериментальному исследованию влияния износостойких покрытий ZrN, TiN+ZrN, (Ti-Zr)N, ZrN-(Ti-Zr)N-TiN, TiN, нанесённых на пластинки твёрдого сплава Т15К6, на триботехнические и деформационные характеристики процесса точения заготовок из сталей 45 и 12Х18Н10Т, и последующему сравнению расчётных значений максимальных температур передней поверхности резца. При обработке стали 45 значительное снижение контактной и средней температуры в зоне резания обеспечивает сочетание трибологических и деформационных показателей при использовании композиций TiN+ZrN и ZrN+(Ti,Zr)N+TiN. При точении нержавеющей стали 12Х18Н10Т наличие покрытий на твердосплавных пластинах в меньшей степени повлияло на ход деформационных процессов. Основное воздействие от модификации рабочих поверхностей инструмента заключается в изменении толщины зоны вторичных пластических деформаций и уменьшении длины контакта стружки с передней поверхностью. Наибольший эффект в области снижения поверхностных температур за счёт влияния на комплекс трибодеформационных показателей и усиления термодиссипативных возможностей контактной зоны в этом случае демонстрируют покрытия ZrN и ZrN+(Ti,Zr)N+TiN. По результатам натурных опытов и цифрового моделирования с использованием полученных экспериментальных данных установлено, что температурные распределения на участке трибосопряжения стружки с поверхностью твердого сплава при наличии на нем многослойного покрытия связаны с изнашиванием металлорежущего инструмента, что позволяет оценивать воздействие износостойких покрытий через изменение температурного режима в контактной зоне. Такое влияние модификации поверхности на комплекс трибодеформационных показателей, определяющих в том числе и характер распределения контактных температур, следует учитывать при разработке новых композиций и структур износостойких покрытий наряду с их физико-механическими свойствами на микроуровне.

Исследованы трение и износ полиоксиметилена относительно полиоксиметилена и полиэфирэфиркетона. Показано, что в гомогенной паре трения полиоксиметилен-полиоксиметилен износ экспоненциально возрастает при увеличении контактного давления и скорости скольжения. В гетерогенной паре трения полиэфирэфиркетон-полиоксиметилен изнашивание полиоксиметилена существенно ниже и мало зависит от скорости скольжения и давления на контакте. Методом масс-спектрометрии показано, что в паре трения полиэфирэфиркетон-полиоксиметилен образование продуктов трибодеструкции макромолекул не наблюдается, в отличие от термодинамически совместимой пары полиоксиметилен-полиоксиметилен. В паре полиоксиметилен-полиоксиметилен продукты трибодеструкции полиоксиметилена регистрируются, причём кинетика их образования прямо коррелирует с ростом силы трения уже при мощности трения на уровне 10^–2 МПа·м/c. Различия в износе проинтерпретированы как следствие взаимопроникновения макромолекул через границу раздела пары полиоксиметилен-полиоксиметилен и их разрывов в поле сдвига. Термоактивированное взаимопроникновение макромолекул визуализировано методом молекулярной динамики. Разработанный подход и получаемые им результаты будут полезны для детального исследования молекулярных механизмов трения и изнашивания практически используемых полимеров и их композитов.

Исследована структура и триботехнические характеристики композитного материала на основе углеродной ПАН ткани и матрицы, полученной методом осаждения из газовой фазы. Один из образцов исследуемого материала был подвергнут обработке лазерным излучением, с локальным лазерным разогревом поверхностного слоя до 2800—3000 °C. Другой образец композита был термически обработан при температуре T > 2000 °С. Были проведены триботехнические испытания и получены значения коэффициентов трения и изнашивания в паре со стальным и керамическим контртелами. С целью определения особенностей механизмов трения и изнашивания модифицированных материалов, поверхность композитов после трения была исследована методом сканирующей электронной микроскопии с рентгеноспектральным анализом. Установлено, что лазерная обработка значительно улучшает антифрикционные свойства углеродного композита в паре со стальным контртелом (уменьшение коэффициента трения в два раза, уменьшение износа в три раза). Выявлено, что такая обработка значительно меняет характер плёнки вторичных структур (ВС), формирующейся на поверхности трения композитов в паре со сталью. В составе плёнки не обнаруживаются элементы материала контртела, что свидетельствует о его минимальном износе в процессе трения. Сама плёнка ВС становится толще и плотнее, полностью покрывая поверхность композита. Это позволяет ей в большей степени проявлять твёрдосмазочные и противоизносные свойства, улучшая триботехнические характеристики композита.

В исследовании сопоставлялись свойства углерод-углеродных композитов, применяемых в авиационных тормозах. Рассматривались композиты на основе графитированных и карбонизованных волокон и матриц из каменноугольного пека и на основе пироуглерода. Фрикционные испытания проводились на полноразмерных тормозных дисках (трёхдисковый стенд) и на модельных образцах (испытательная машина УМТ-2168). Обнаружен значительный рост износа композитов на основе пироуглеродной матрицы при рулёжных торможениях в интервале температур 50—250 °С. Износ композитов на основе пековой матрицы не зависел от температуры на поверхности трения. Обнаружено, что «третье тело» композитов на базе пироуглерода имеет более грубую структуру с различимыми отдельными абразивными частицами; его твёрдость более чем в два раза выше твёрдости «третьего тела» композитов на пековой матрице. Приведено распределение пор по размерам для композитов на разных матрицах, показана разница в количестве и размерах дефектов структуры. Обоснована разница в износе материалов при рулёжных торможениях. Отмечено, что с увеличением степени анизотропии пековой матрицы износ материала снижается. Измерен износ на режимах рулёжных торможениях образцов с гибридной матрицей, имеющих разное соотношение каменноугольного пека и пироуглерода. Углерод-углеродные композиты, содержащие 45 и более процентов пековой составляющей в матрице имеют стабильный пониженный износ на рулёжных торможениях вне зависимости от схемы армирования. Показана возможность снижения износа при рулёжных торможениях композитов на пироуплотненных матрицах путём модификации матрицы пеком.

Рассмотрены результаты исследований износостойкости деталей машин из алюминиевых сплавов с азотированными слоями, полученными при активации поверхностных слоёв (ПС). Показано, что применительно к алюминиевым сплавам традиционные технологии ионного азотирования малоэффективны из-за низкой скорости диффузии азота и неоднородной структуры азотированного слоя (АС). Представлены результаты четырёхкратного повышения интенсивности диффузионных процессов ионного азотирования при активации поверхностного слоя алюминиевого сплава методами поверхностной пластической деформации и высокоэнергетической ионной имплантации по сравнению с традиционным ионным азотированием. Показано, что при подготовке поверхности алюминиевого сплава методом высокоэнергетической ионной имплантации обеспечивается износостойкость азотированного слоя, превышающая более чем в три раза износостойкость азотированного слоя, полученного при подготовке поверхности методом поверхностной пластической деформации. Предложена новая технология ионного азотирования, позволяющая за счёт устранения оксидной плёнки ионным травлением в вакуум повысить производительность процесса азотирования и износостойкость АС. Показано, что использование метода высокоэнергетической ионной имплантации при энергии ионов порядка 25 кэВ обеспечивает, за счёт возникновения эффекта дальнодействия, образование в поверхностном слое деталей из алюминиевых сплавов на глубине соизмеримой с толщиной азотированного слоя радиационных дефектов кристаллической структуры, позволяющих значительно интенсифицировать диффузию азота, а также произвести блокирование границ зёрен тормозящих в них диффузионные процессы.

Рассмотрено безызносное трение стальных шариков ШХ-15 (ШХ) по поверхности ампул из кварцевого стекла (КС) и боросиликатного стекла (БС) в органических жидкостях и воде. Показано, что нельзя точно предсказать, какой материал будет изнашиваться быстрее: твёрдый или мягкий, шарик или подложка. Самая высокая корреляция износа сопряжённых поверхностей трения обнаружена для шариков и суммарного износа рабочих тел (r » 1). В группе стеклянных шариков шарики изнашиваются чаще (в 19 опытах из 21), чем в группе стальных шариков (в 5 опытах из 9). Безызносное трение чаще наблюдается в сопряжённых парах БС/ШХ (в 5 случаях), чем в парах КС/ШХ (в 1 случае). Сопряжённые поверхности, содержащие только одни концевые SiOH-группы, не обеспечивают безызносное граничное трение. Полезность работы заключается в том, что результаты исследований безызносного трения, полученные для сопряжённой пары ШХ/H₂O, могут найти практическое применение для создания подшипников и крупных суставов человека.