Трибологические аспекты наноструктурных материалов
В.В. Столяров
ФГБУН «Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.840
Обзор
Аннотация: Статья посвящена обзору структурных факторов, влияющих на трибологическое поведение без смазки наноструктурных металлов и сплавов. Научное значение данной темы связано с пониманием механизмов износа и возможностью его прогнозирования при длительной эксплуатации. Особое внимание сфокусировано на влиянии размера зерен в интервале 0,01-10 мкм, как одного из наиболее важных структурных параметров. Сделан акцент на ультрамелкозернистые материалы, полученные интенсивной пластической деформации, и нанокристаллические материалы, полученные не деформационными методами напыления и осаждения. Показано, что нанокристаллические пленки на поверхности контакта являются более предпочтительными для повышения износостойкости, поскольку более устойчивы к структурно-фазовым превращениям в процессе трения. Среди чистых металлов, как объектов без фазовых превращений, рассматриваются медь, никель, алюминий и титан. Как пример более сложных объектов, представлены сплавы на основе титана (интерметаллидное соединение с памятью формы TiNi и двухфазный сплав Ti-Al-V). Кроме классической схемы трения при макроперемещении индентора на контактной поверхности, рассматривается фреттинг-трение при микроперемещении.
Ключевые слова: скольжение, износ, коэффициент трения, наноструктура, фреттинг, шероховатость
- Столяров Владимир Владимирович – д.т.н., профессор, главный научный сотрудник, ФГБУН «Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук»
Ссылка на статью:
Столяров, В.В. Трибологические аспекты наноструктурных материалов / В.В. Столяров // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 840-850. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.840.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Колубаев, А.В. Структурные аспекты трения металлов / А.В. Колубаев // В книге: Перспективные материалы: учебное пособие / под ред. Д.Л. Мерсона. – Тольятти: Изд-во ТГУ, 2013. – Т. V. – С. 126-218.
2. Wang, C.T. Wear behavior of an aluminum alloy processed by equal-channel angular pressing / C.T. Wang, N. Gao, R.J.K. Wood, T.G. Langdon // Journal of Materials Science. – 2011. – V. 46. – I. 1. – P. 123-130. DOI: 10.1007/s10853-010-4862-0.
3. Pakhomov, M. Features of wear and friction in titanium / M. Pakhomov, D. Gorlov, V. Stolyarov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – V. 996. – Art. № 012017. – 5 p. DOI: 10.1088/1757-899X/996/1/012017.
4. Gao,N. Tribological properties of ultrafine-grained materials processed by severe plastic deformation / N. Gao, C.T. Wang, R.J.K. Wood, T.G. Langdon // Journal of Materials Science. – 2012. – V. 47. – I. 12. – P. 4779-4797. DOI: 10.1007/s10853-011-6231 z.
5. Misochenko, A.A. Influence of grain size and contact temperature on the tribological behaviour of shape memory Ti49.3Ni50.7 alloy / A.A. Misochenko, S.V. Chertovskikh, L. Sh. Shuster, V.V. Stolyarov // Tribology Letters. – 2017. – V. 65. – I. 4. – Art. № 131. – 7 p. DOI: 10.1007/s11249-017-0917-6.
6. Чертовских, С.В. Анализ трения и изнашивания ультрамелкозернистых материалов с позиции термодинамики / С.В. Чертовских, Л.Ш. Шустер // Вестник УГАТУ. – 2016. –Т. 20. – № 2 (72). – С. 55-60.
7. Столяров, В.В. Феноменология и структурные аспекты фреттинг-трения конструкционных материалов / В.В. Столяров, В.П. Кузнецов // В монографии: Актуальные проблемы прочности; под ред. В.В. Рубаника. – Молодечно: ОАО «Типография «Победа», 2020. – С. 20-33.
8. Zhilyaev, A.P. Wear resistance and electroconductivity in copper processed by severe plastic deformation / A.P. Zhilyaev, I. Shakhova, A. Belyakov, R. Kaibyshev, T.G. Langdon // Wear. – 2013. – V. 305. – I. 1-2. – P. 89-99. DOI:10.1016/j.wear.2013.06.001.
9. Sadykov, F.A. The influence of strain-heat processing on copper wear / F.A. Sadykov, N.P. Barykin, I.R. Aslanyan // Wear. – 1997. – V. 212. – I. 2. – P. 160-164. DOI: 10.1016/S0043-1648(97)00164-6.
10. Li, Y. S. Effect of thermal annealing on mechanical properties of a nanostructured copper prepared by means of dynamic plastic deformation / Y.S. Li, Y. Zhang, N.R. Tao, K. Lu // Scripta Materialia. – 2008. – V. 59. – I. 4. – P. 475-478. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2008.04.043.
11. Wang, C.T. Tribology testing of ultrafine-grained Ti processed by high-pressure torsion with subsequent coating / C.T. Wang, N. Gao, M.G. Gee, R.J.K. Wood, T.G. Langdon // Journal of Materials Science. – 2013. – V. 48. – I. 13. – P. 4742-4748. DOI: 10.1007/s10853-012-7110-y.
12. Chen, X. Friction and wear reduction in copper with a gradient nano-grained surface layer / X. Chen, Z. Han, K. Lu // ACS Applied Materials Interfaces. – 2018. – V.10. – I. 16. – P. 13829-13838. DOI: 10.1021/acsami.8b01205.
13. Farhat, Z.N. Effect of grain size on friction and wear of nanocrystalline aluminum / Z.N. Farhat, Y. Ding, D.O. Northwood, A.T. Alpas // Materials Science and Engineering A. – 1996. – V. 206. – I. 2. – P. 302-313. DOI: 10.1016/0921-5093(95)10016-4.
14. Prasad, S.V. Friction transitions in nanocrystalline nickel / S.V. Prasad, C.C. Battaile, P.G. Kotula // Scripta Materialia. – 2011. – V. 64. – I. 8. – P. 729-732. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2010.12.027.
15. Guidry, D.J. Tribological behavior of nanocrystalline nickel / D.J. Guidry, K. Lian, J.C. Jiang, E.I. Meletis // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2009. – V. 9. – № 7. – P. 4156-4163. DOI: 10.1166/jnn.2009.m25.
16. Mishra, R. Effect of grain size on the tribological behavior of nanocrystalline nickel / R. Mishra, B. Basu, R. Balasubramaniam // Materials Science and Engineering: A, 2004. – V. 373. – I. 1-2. – P. 370-373. . DOI: 10.1016/j.msea.2003.09.107..
17. Amanov, A. Fretting wear and friction reduction of CP titanium and Ti–6Al–4V alloy by ultrasonic nanocrystalline surface modification / A. Amanov, I.-S. Cho, D.-E. Kim, Y.-S. Pyun // Surface and Coatings Technology. – 2012. – V. 207. – P. 135-142. DOE: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.046
18. Waterhouse, R. Fretting wear / R. Waterhouse // Wear. – 1984. – V. 100. – I. 1-3. – P. 107-118. DOI: 10.1016/0043-1648(84)90008-5.
19. Yang, T. Modeling fretting wear resistance and shakedown of metallic materials with graded nanostructured surfaces / T. Yang, T.A. Venkatesh, M. Dao // Nanomaterials. – 2023. – V. 13. – I. 10. – Art. № 1584. – 17 p. DOI: 10.3390/nano13101584.
20. Lefranc, V. Heterogeneity in tribologically transformed structure (TTS) of Ti-6Al-4V under fretting / V. Lefranc, S. Baydoun, C. Gandiolle et al. // Wear. – 2023. – V. 522. – Art. № 204680. – 11 p. DOI: 10.1016/j.wear.2023.204680.