Исследовано влияние размера частиц закреплённого абразива и модификаторов (низкомолекулярных жидких каучуков и сульфидосилана) на скорость изнашивания резин на основе натурального каучука (НК), технического углерода (ТУ) и полиоксадиазольного (ПОД) волокна. Модельные резиновые смеси готовили в смесителе закрытого типа, скорость абразивного изнашивания определяли на машине барабанного типа, структуру и механические свойства резин характеризовали статическими механическими испытаниями при растяжении, раздире, индентировании, а также ДМА. Поверхности трения анализировали с помощью СЭМ. Испытания показали, что введение волокна не влияет на скорость абразивного изнашивания исходной резины НК/ТУ независимо от размера зерна абразива. Введение модификаторов, повышающих модуль при растяжении М10, твёрдость HSh, сопротивление раздиру ТR, работу разрушения при растяжении А, степень сшивки γ снижает скорость изнашивания при трении по грубодисперсному абразиву, что характерно для абразивного изнашивания с преобладанием микрорезания. Наибольшее влияние, судя по величине коэффициента корреляции, оказывает величина М10, характеризующая прочность связи матрицы с волокном, что позволяет прогнозировать величину скорости изнашивания резин по результатам механических испытаний. При изнашивании по мелкодисперсному абразиву рост показателей М10, HSh ТR, γ напротив, увеличивает скорость изнашивания резины, а работа разрушения при растяжении А на неё практически не влияет. что обусловлено преобладанием усталостного механизма изнашивания, при котором скорость изнашивания увеличивается с контактными напряжениями, пропорционально показателям прочности, при этом наибольшее влияние на скорость изнашивания оказывает сопротивление раздиру.

Приведены результаты исследования триботехнических характеристик и микроструктуры сверхбыстрозатвердевших сплавов Al — 12,2 мас. % Si — 0,2 мас. % Fe (AK12oч) и Al — 12,5 мас. % Si — 0,8 мас. % Mg — 0,4 мас. % Mn — 0,7 мас. % Fe — 0,9 мас. % Ni — 1,7 мас. %, Cu (Al–Si–M). Методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа изучено влияние многокомпонентного легирования на микроструктуру околоэвтектического силумина. Многокомпонентное легирование эвтектического сплава Al–Si магнием, марганцем, железом, никелем и медью приводит к уменьшению уменьшение размеров первичных дендритов α-Al до 3—4 мкм. Триботехнические испытания проведенные в условиях сухого трения при возвратно поступательном движении индентора, показали, что легированние металлами быстрозатвердевших сплавов эвтектического силумина обеспечивает снижение коэффициента трения на 25 %. Анализ поверхностного состояния образовашегося трека показал, что в результате деформационного нагрева протекает окисление фазы α-Al, разрушение окисной плёнки, представляющей собой третье тело, и вынос её за пределы трека. Также было обнаружено раздробление пластин кремния в зоне трека в наноразмерные частицы. Воздействие индентора также приводит однородному распределению равноосных частиц интерметаллических соединении при сохранении их фазового состава.

Представлены результаты триботехнических испытаний антифрикционных твёрдосмазочных покрытий в паре трения «металл—полимер». Испытания проводились по стандарту ASTM G99 по схеме «сфера—диск» при скорости скольжения V = 0,8 м/с, нагрузке F = 23 H, частоте вращения n = 310 мин^–1 и пути трения L = 2880 м. После испытаний измерялся линейный износ сферического контртела. Испытывались антифрикционные твёрдосмазочные покрытия на основе дисульфида молибдена и политетрафторэтилена, нанесённые на стальные образцы. В качестве контртела использовались сферы из полиоксиметилена диаметром 10 мм. Испытания проводились с использованием различных пластичных смазок на основе минерального и синтетического масел с комплексом антифрикционных присадок. Установлено, что применение антифрикционных твёрдосмазочных покрытий совместно с пластичными смазками позволяет снизить линейный износ контртел в 5,9—10,1 раза, а коэффициент трения в 1,5—2,3 раза в зависимости от марки используемого покрытия. Подбором оптимального сочетания антифрикционных твёрдосмазочных покрытий и пластичной смазки можно добиться снижения линейного износа контртел до 14,2 раза, а коэффициента трения — до 4,4 раза.

Исследована деградация углеводородов и истощение противоизносной присадки диалкилдитиофосфата цинка (ZDDP) в отработанных судовых моторных маслах методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) высокого разрешения. Показано, что в процессе работы двигателя изменяется ряд характеристик моторного масла: степень ароматичности, соотношение метил/метиленовых групп, содержание фосфоpосодеpжащиx присадок. Показана возможность определения масла по линиям ЯМР спектра противоизносных присадок. Установлено, что для противоизносных присадок, содержащих фосфор, таких как ZDDP и молибден диалкилдитиофосфат (MoDDP), метод ЯМР ³¹P позволяет определить как скорость истощения, так и механизм износа присадок. Показана высокая эффективность применения метода ЯМР спектроскопии в высоком поле для исследований свежих и деструкции отработанных судовых моторных масел. Проведенные ЯМР ¹H, ¹³C и ³¹P исследования показывают наличие изменений в моторном масле, вызванных накоплением продуктов его разложения, деградации и разложения присадок в процессе работы двигателя. Анализируется возможность метода радиоспектроскопии ЯМР отслеживать истощение присадок, что является, по-видимому, одной из самых сложных задач анализа отработанного масла. Характерной особенностью спектров ЯМР всех отработанных масел является уширение линий, вызванное наличием металлических частиц износа. Характерно, что уширение линий ЯМР ¹³C для отработанных масел проявляется существенно меньше, чем линий в спектрах ЯМР протонов. В спектре ЯМР ¹³C отработанного масла наблюдается увеличение интенсивности линии от ароматических углеводородов, то есть с увеличением степени деградации масел содержание ароматических соединений увеличивается. Полученные результаты могут быть использованы для создания системы контроля качества моторных масел, для диагностики неисправностей двигателя по отработанному маслу.

Трение часто сопровождается локальным разрушением на границе контактирующих тел. Пространство между контактирующими телами обычно содержит движущиеся частицы различной природы, так называемое «третье тело», изменение эффективных условий трения может быть связано с изменением структуры площади контакта. В данной работе представлена новая серия экспериментов, в которых на разных масштабных уровнях моделируется процесс перестроения частиц промежуточного слоя, взаимодействующих с различными упругими материалами (стекло—резина и сталь). Предложена методика визуализации эффекта взаимного влияния, возникающего при вдавливании двух шариков в слой резины. Именно взаимное влияние обуславливает эффект сближения либо сепарации шариков при возвратно-поступательном фрикционном нагружении. Скорость этих процессов зависит от влажности и, в случае контакта с резиновым слоем, от толщины слоя. При большой влажности конфигурация частиц меняется быстрее, а сила трения уменьшается. Замена песка на абразив приводит к резкому росту коэффициента трения и износу с изменением микрорельефа поверхности. Минимальная шероховатость получена для влажности 30 %.

Представлены результаты экспериментального определения коэффициента трения различных материалов (сталь 95Х18 и бронза БрАЖ9-4, фторопласт Ф-4 и полиамид ПА-6, графит МПГ-7) в паре трения с монокристаллическим оксидом алюминия в условиях низких скоростей и различных нагрузок. Определение коэффициента трения оксида алюминия при низких скоростях скольжения позволило зафиксировать и оценить коэффициент страгивания для различных материалов контртел, выявить механизмы взаимодействий трущихся и их влияния на процессы трения. Исследования триботехнических характеристик монокристаллического оксида алюминия показало, что сам по себе он не обладает антифрикционными свойствами и при его применении в узлах трения необходимо учитывать материал сопряжения, нагрузки на контакт трения и скорости скольжения. К металлам оксид алюминия имеет высокое сродство, что вызывает сильное адгезионное взаимодействие вплоть до износа с когезионным разрушением. Полимерные материалы, такие как фторопласт и полиамид слабо адгезионно взаимодействуют с оксидом алюминия, что обеспечивает стабильное скольжение без смазки с низким коэффициентом трения в широком диапазоне нагрузок и скоростей. Сухое трение самосмазывающегося материала графита, определяется триботехническими свойствами самого графита. При низких нагрузках и скоростях скольжения, выявляется адсорбционная составляющая трения. При усилиях достаточных для разрушения связей в кристаллических слоях графита процесс трения лимитируется эффектом самосмазывания графита.

Для исследования износа и силы трения твёрдой поверхности при трении о грунт был создан лабораторный стенд карусельного типа. Главной задачей было измерение сил трения при различных параметрах модельного грунта и скоростях относительного перемещения близких к реальным при полевых сельскохозяйственных работах. Традиционные электронные динамометры рассчитаны на статическую или медленно меняющуюся нагрузку. Лабораторные стенды с такими датчиками имеют линейную конструкцию, ограниченный путь трения (до 2 м) и очень низкие скорости относительного перемещения (до 0,15 м/с). Малый путь трения усложняет процесс приработки в начале эксперимента. Интегральные силы трения зависят от скорости. Адгезионная компонента целиком зависит от присутствия почвенной воды на границе раздела и, таким образом, от времени необходимого воде для перемещения к поверхности трения. При карусельной схеме стенда путь трения бесконечен и скорость можно увеличить на порядок (до 1,5 м/с). Поскольку в исследованиях обычно сравнивается влияние на результаты экспериментов различных материалов или состава грунтов, то системная погрешность из-за отличия пути трения от прямолинейного является несущественной. Для измерения быстроменяющейся нагрузки была разработана силоизмерительная станция на базе плоской пружины и датчика малых перемещений — механотрона. Преимущество механотронных датчиков линейных перемещений заключается в высокой чувствительности, простоте включения и высокой надёжности. К недостаткам можно отнести зависимость от температурного режима и, как следствие, необходимость калибровки при каждом эксперименте.

Этапность процесса трения предусматривает формирование межповерхностной фазы трущихся поверхностей пары трения — «третьего тела». По существу, «третье тело» представляет собой шарнир внутреннего трения развитой стадии совместной пластической деформации поверхностей. Являясь следствием самоорганизации процессов приспособления поверхностей в присутствии химии окружающей среды, «третье тело» может обладать широким спектром трибологических свойств. Эти свойства, в свою очередь, есть следствие формирования широкого спектра оптимальных (совместимых) структур «третьего тела», что и определяет управляемость трением. Взаимосвязь структуры и свойств как основной принцип трибоматериаловедения провоцирует вопрос, каковы пределы этой взаимосвязи. Например, каковы минимальные свойства трения и как они отражены в существе структурного устройства и поведения контакта трения? Получено уравнение квазиидеального твёрдого «третьего тела» при трении, которое обосновывает существование элементарного структурного элемента твёрдого тела при трении (деформации) — механического (нано) кванта. Механический квант как идеальный (теоретический) кристалл атомарно-шероховатой и сферической формы является осциллятором динамических диссипативных структур трения. Потенциальная энергия, накопленная первоначально при эволюции контакта, далее в области совместимости рассеивается на эти образованные механические кванты «третьего тела» (элементарной трибосистемы) в виде поверхностной энергии, создавая предпосылки упругих их разворотов с аномально низким коэффициентом трения между ними. Работоспособность «третьего тела» пропорциональна спектру упругих разворотов структурных форм.

В работе поставлена задача определения условий трибологических испытаний покрытий, в которых покрытие реализует свой потенциал физико-механических и трибологических свойств независимо от подложки. Использована стандартная методика трибологических испытаний на машине трения по схеме «штифт-пластина» с круговым движением сферического штифта-индентора. Приведены экспериментальные данные исследования структуры и свойств вакуумных ионно-плазменных нитридных покрытий TiN, TiAlN, CrAlSiN толщиной 0,8—4,0 мкм, нанесённых на пластинчатые стальные образцы, предназначенные для испытаний на машине трения. Процесс изнашивания покрытий рассмотрен с позиций механики контактного разрушения и теорий усталости. Предложена расчётно-аналитическая модель для количественной оценки параметров контакта и изнашивания при испытаниях на трение: размера контактной площадки, глубины контактного сближения, глубины пластической зоны, напряжений в покрытии, предела усталости, критической толщины покрытия, исключающей его прогиб. Для оценки износа покрытий в этом случае рекомендовано использование моделей усталостного разрушения с построением кривой усталости Велера и определением предела усталости на основе теории Муроками-Эндо. Реализация рекомендованного подхода выполнена для исследованных нитридных покрытий с использованием базы собственных экспериментальных данных.