vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-2-154-160vestift-662Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYИзносостойкость наноструктурированных металлополимерных самосмазывающихся порошковых композитовWear resistance of nanostructured metal-polymer self-lubricating powder compositesПасовецВ. Н.PasovetsV. N.

Пасовец Владимир Николаевич – кандидат технических наук, доцент; докторант

ул. Машиностроителей, 25, 220118, Минск, Республика Беларусь

ул. Платонова, 41, 220005, Минск, Республика Беларусь

Vladimir N. Pasovets – Ph. D. (Engineering), Associate Professor; Doctoral Student

25, Mashinostroiteley Str., 220118, Minsk, Republic of Belarus

41, Platonov Str., 220005, Minsk, Republic of Belarus

pasovets_v@mail.ruКовтунВ. А.KovtunV. A.

Ковтун Вадим Анатольевич – доктор технических наук, профессор

пр. Речицкий, 35, 246021, Гомель, Республика Беларусь

Vadim A. Kovtun – D. Sc. (Engineering), Professor

35, Rechitsky Ave., 246021, Gomel, Republic of Belarus

vadimkov@yandex.ruПлескачевскийЮ. М.PleskachevskyYu. M.

Плескачевский Юрий Михайлович – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Микро- и нанотехника»

ул. Я. Коласа, 22, 220013, Минск, Республика Беларусь

Yury M. Pleskachevsky – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Engineering), Professor, Head of Department

22, Ya. Kolas Str, 220013, Minsk, Republic of Belarus

pleskym@mail.ruУниверситет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь; Государственное научно-производственное объединение порошковой металлургииUniversity of Civil Protection of the Ministry of Emergency Situations of Belarus; State Scientific and Production Association of Powder MetallurgyГомельский филиал Университета гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики БеларусьGomel branch of the University of Civil Protection of the Ministry of Emergency Situations of BelarusБелорусский национальный технический университетBelarusian National Technical University202116072021662154160Copyright © Пасовец В.Н., Ковтун В.А., Плескачевский Ю.М., 20212021Пасовец В.Н., Ковтун В.А., Плескачевский Ю.М.Pasovets V.N., Kovtun V.A., Pleskachevsky Y.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/662

Проведенные микроструктурные исследования с использованием методов сканирующей электронной микроскопии и триботехнические испытания с применением стандартных методов изучения характеристик трения и изнашивания позволили установить механизм повышения износостойкости наноструктурированных металло- полимерных самосмазывающихся композиционных материалов. Показано, что политетрафторэтилен, содержащийся в порошковой медной матрице, позволяет на поверхности трения сформировать полимерные слои, способствующие снижению коэффициента трения и повышению нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации узла трения, а при разрушении данных слоев в процессе трения наноструктуры углерода, распределенные в объеме медной матрицы, препятствуют развитию процессов схватывания, возникающих при взаимодействии микронеровностей на поверхностях материала и контртела. Установлено, что при значениях давления в трибоконтакте выше 1,5 МПа происходит вытеснение полимерного наполнителя из зоны трения и практически полное вдавливание наноструктур углерода в открытые участки поверхности медной матрицы композита, в результате чего частицы наноструктурного углеродного наполнителя не имеют возможности перемещаться по поверхности трения и не препятствуют развитию процессов схватывания поверхностей композиционного материала и контртела. Повышение скорости скольжения выше 1,5 м/с сопровождается ростом температуры в трибоконтакте, что ведет к деструкции полимерного наполнителя и потере им свойств самосмазывания. Также интенсивное тепловыделение в трибоконтакте сопровождается образованием и накоплением структурных дефектов поверхностных слоев композиционного материала с сопутствующим снижением его прочностных свойств, повышением коэффициента трения и интенсификацией процесса изнашивания контактирующих поверхностей. При этом скорости скольжения выше 1,5 м/с способствуют достаточно быстрому выносу наноструктур углерода из зоны трения и, соответственно, ухудшению триботехнических характеристик композиционного материала. Полученные результаты исследований могут быть использованы в машиностроении, на транспорте и в энергетике.

Tribotechnical tests and microstructural studies were carried out. Wear mechanism of nanostructured metalpolymer self-lubricating composite materials has been established. This mechanism involves in the formation of separating polymer layers on the friction surface, which reduces the coefficient of friction and running-in period of parts of friction units. Carbon nanoparticles move along the friction surface, hinder the development of seizure processes during the interaction of microroughnesses of the contacting surfaces of the material and the counterbody during the destruction of the separating polymer layers. It was found that the polymer filler is displaced from the friction zone, carbon nanoparticles are pressed into the open areas of the surface of the copper matrix of the composite when the pressure in the tribocontact is higher than 1.5 MPa. The temperature in the tribocontact increases, the polymer filler degrades, the carbon nanoparticles are removed from the friction zone, the strength properties of the composite decrease, the friction coefficient and the wear rate increase at a sliding speed above 1.5 m/s. The obtained research results can be used in mechanical engineering, transportation industry and power engineering.

композиционные материалыуглеродные нанотрубкилуковичные наноструктуры углеродаполитетрафторэтиленкоэффициент тренияинтенсивность изнашиванияcomposite materialscarbon nanotubesonion carbon nanostructurespolytetrafluoroethylenefriction coefficientwear intensityReferencesBlau, P. J. Friction Science and Technology from Concepts to Applications / P. J. Blau. – Boca Raton: CRC Press, 2019. – 436 p.Blau P. J. Friction Science and Technology from Concepts to Applications. Boca Raton, CRC Press, 2019. 436 p.Madanhire, I. Mitigating Environmental Impact of Petroleum Lubricants / I. Madanhire, Ch. Mbohwa. – Geneva: Springer International Publishing AG Switzerland, 2016. – 238 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-31358-0Madanhire I., Mbohwa Ch. Mitigating Environmental Impact of Petroleum Lubricants. Geneva. Springer International Publishing AG Switzerland, 2016. 238 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-31358-0Роман, О. В. История порошковой металлургии Беларуси за 50 лет / О. В. Роман, П. А. Витязь, А. Ф. Ильющенко // 50 лет порошковой металлургии Беларуси: история, достижения, перспективы / редкол.: А. Ф. Ильющенко [и др.]. – Минск: ГНПО ПМ, 2010. – Гл. 1. – С. 5–33.Roman O. V., Vityaz’ P. A., Il’yushchenko A. F. The history of powder metallurgy in Belarus for 50 years. 50 let poroshkovoy metallurgii Belarusi: istoriya, dostizheniya, perspektivy [50 years of Powder Metallurgy in Belarus: History, Achievements, Prospects]. Minsk, 2010, pp. 5–33 (in Russian).Порошковые нанокомпозиты триботехнического назначения / В. Н. Пасовец [и др.]. – Минск: КИИ, 2016. – 295 с.Pasovets V. N., Ilyuschenko A. F., Kovtun V. A., Pleskachevskii Yu. M. Tribotechnical Powder Nanocomposites. Minsk, KII Publ., 2016. 295 p. (in Russian).Материалы и технологии порошковой металлургии в компонентах авиационной и космической техники / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2020. – Т. 65, № 3. – С. 272–284. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-3-272-284Il’yushchenko A. F., Krivonos O. K., Petyushik E. E., Osipov V. A., Baray S. G. Materials and technologies of powder metallurgy in components of aviation and space engineering. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryyafizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2020, vol. 65, no. 3, pp. 272–284 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-3-272-284Ильющенко, А.Ф. Введение наноразмерных добавок при модифицировании энергонасыщенного гетерогенного композиционного материала / А. Ф. Ильющенко, Е. Е. Петюшик, О. К. Кривонос // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2019. – Т. 64, № 2. – С. 135–142. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2019-64-2-135-142Il’yushchenko A. F., Petyushik E. E., Krivonos O. K. Introduction of nanoscale additives in the process of modification of energysaturated heterogeneous composite material. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2019, vol. 64, no. 2, pp. 135–142 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2019-64-2-135-142.Крагельский, И. В. Трение и износ / И. В. Крагельский. – М.: Машиностроение, 1968. – 430 с.Kragel’skii I. V. Friction and Wear. Moscow. Mashinostroenie Publ., 1968. 430 p. (in Russian).Семёнов, А. П. Схватывание металлов / А. П. Семёнов. – М.: Машгиз, 1958. – 280 с.Semenov A. P. Seizure of Metals. Moscow. Mashgiz Publ., 1958. 280 p. (in Russian).Мышкин, Н. К. Трение, смазка, износ: физические основы и технические приложения трибологии / Н. К. Мышкин, М. И. Петроковец. – М.: Физматлит, 2007. – 368 с.Myshkin N. K., Petrokovec M. I. Friction, Lubrication, Wear: Physical Foundations and Technical Applications of Tribology. Moscow, Fizmatlit Publ., 2007. 368 p. (in Russian).Гаркунов, Д. Н. Триботехника / Д. Н. Гаркунов. – М.: Машиностроение, 1985. – 424 с.Garkunov D. N. Tribotechnics. Moscow. Mashinostroenie Publ., 1985. 424 p. (in Russian).Основы трибологии (трение, износ, смазка) / под ред. А. В. Чичинадзе. – М.: Машиностроение, 2001. – 664 с.Chichinadze A. V. (ed.) Basics of Tribology (Friction, Wear, Lubrication). Moscow, Mashinostroenie Publ., 2001. 664 p. (in Russian).Мышкин, Н. К. Трибология полимеров: адгезия, трение, изнашивание и фрикционный перенос / Н. К. Мышкин, М. И. Петроковец, А. В. Ковалев // Трение и износ. – 2006. – Т. 27, № 4. – С. 429–443.Myshkin N. K., Petrokovec M. I., Kovalev A. V. Tribology of polymers: Adhesion, friction, wear, and mass-transfer. Trenie i iznos = Friction and Wear, 2006, vol. 27, no. 4, pp. 429–443 (in Russian).Kovtun, V. Tribological properties and microstructure of the metal-polymer composite thin layer deposited on a copper plate by electrocontact sintering / V. Kovtun, V. Pasovets, T. Pieczonka // Arch. Metall. Mater. – 2017. – Vol. 62, № 1. – P. 51–58. https://doi.org/10.1515/amm-2017-0007Kovtun V., Pasovets V., Pieczonka T. Tribological properties and microstructure of the metal-polymer composite thin layer deposited on a copper plate by electrocontact sintering. Archives of Metallurgy and Materials, 2017, vol. 62, no. 1, pp. 51–58. https://doi.org/10.1515/amm-2017-0007Preparation and properties of 3D interconnected CNTs/Cu composites / Sh. Chen [et al.] // Nanotechnol. Rev. – 2020. – Vol. 9, № 1. – P. 146–154. https://doi.org/10.1515/ntrev-2020-0013Chen Sh., Fu Sh., Liang D., Chen X., Mi X., Liu P., Zhang Y., Hui D. Preparation and properties of 3D interconnected CNTs/Cu composites. Nanotechnology Reviews, 2020, vol. 9, no 1, pp. 146–154. https://doi.org/10.1515/ntrev-2020-0013Алеутдинова, М. И. Характеристики сухого скользящего электроконтакта металлов в условиях катастрофического изнашивания / М. И. Алеутдинова, В. В. Фадин // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2019. – Т. 62, № 2. – С. 103–108. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-2-103-108Aleutdinova M. I., Fadin V. V. Characteristics of dry sliding electric contact of metals in conditions of catastrophic wearing. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy, 2019, vol. 62, no. 2, pp. 103–108 (in Russian). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-2-103-108

The authors declare that there are no conflicts of interest present.