Разработка самосмазывающихся композиционных материалов для узлов трения транспортной техники

Повышение износостойкости узлов трения – одна из наиболее актуальных проблем современной трибологии. В решении этой задачи важную роль играет создание новых полимерных композиционных материалов с заданными свойствами.

Под руководством академика РАН Колесникова В.И проводятся фундаментальные исследования адгезионного взаимодействия конденсированных тел. Успехи в создании новых высокоэффективных композитов конструкционного и триботехнического назначения в значительной степени обусловлены глубокими теоретическими и экспериментальными исследованиями механизма контактного взаимодействия между компонентами композита.

Проведение исследований на самом высоком научно-техническом уровне стало возможно благодаря наличию новейших приборов, а именно:

1) системы анализа поверхности фирмы «SPECS», имеющей следующие возможности:

  • оже-электронная спектроскопия: в точке; по площади;
  • рентгеноэлектронная спектроскопия с монохроматизацией рентгеновского излучения;
  • немонохроматизированная рентгеноэлектронная спектроскопия;
  • низковольтовая растровая электронная микроскопия;
  • ультрафиолетовая электронная спектроскопия.

Cистема дооснащена уникальными приспособлениями, разработанными силами ученых РГУПС и позволяющими выполнить скол металлических образцов в камере высокого вакуума и пр.

2) FOUNDRY-MASTER – прибор, позволяющий исследовать состав сталей и сплавов по оптическим спектрам.

3) NICOLET-380 FT-IR-Фурье-спектрометр.

4) AFFRI – установка для определения твердости.

Высокий уровень технического оснащения этими, а также другими со-временными приборами и оборудованием позволяет проводить исследования:
а) элементного состава поверхности и объема глубиной от 5 Å до 10 мкм с локальностью по площади до 1мкм2;
б) химической связи на поверхности и в объеме;
в) элементного химического состава и химической связи на границах зерен.

Исследования с помощью этих приборов позволили обнаружить, что атомы примесных и легирующих элементов колеса и тормозной колодки (при переносе последних на рабочую поверхность колеса) участвуют в сегрегационных процессах, интенсивно протекающих в поверхностных слоях колеса под влиянием силовых и температурных нагрузок при его эксплуатации, что приводит к разрушению поверхности катания колеса.

Нашими учеными разработаны принципы создания пластичных смазок и антифрикционных добавок, позволяющих существенно уменьшить коэффициент трения и обеспечить его стабильные значения. Установлено также значительное сглаживание микрорельефа поверхностей трения при использовании разработанных присадок. Созданы новые композиционные материалы и смазки для применения в узлах трения машин и механизмов, работающих в различных климатических условиях.

Антифрикционные и износостойкие свойства композиционных мате-риалов оценивали на различных машинах трения при сухом трении, нагрузке 0,5…7 МПа и скоростях скольжения 0,01-1,0 м/с. Данные скоростные и нагрузочные режимы соответствуют условиям работы узлов и деталей подвижного состава, эксплуатируемого на сети РЖД, в частности, для узлов трения: электровоза ЧС-4т – втулки пантографа, втулки межтележечного сочленения, втулки подвески тягового редуктора, шаровой вкладыш боковой опоры; электровоза ЧС-8 – втулки межтележечного сочленения, центральная шаровая опора; электровоза ВЛ-80 – втулки каретки токоприемника; электропоезда ЭР-9п – скользун боковой опоры.

Аналогичные исследования могут проводиться для организаций со-гласно их техзаданиям. Исследования могут быть завершены созданием новых высокоэффективных композиционных материалов фрикционного и антифрикционного назначения, смазок, конструкций, технологических процессов, разработкой комплектов технической документации и внедрением результатов в производство.

Научно-исследовательский центр «Нанотехнологии и трибосистемы»
Руководитель - академик РАН, д.т.н., проф. Колесников В.И.
sap@rgups.ru