EN
В университете под руководством В.И. Колесникова сформировалась известная в России и за рубежом школа трибологов. В рамках этой школы объединены усилия специалистов разных научных специальностей – физиков, химиков, механиков, материаловедов, инженеров.
Среди приоритетных направлений исследований – создание новых износостойких, высокопрочных металлических и полимерных композиционных материалов и разработка основ управления структурой и трибологическими характеристиками таких материалов. Научная группа имеет обширный опыт в области модифицирования эпоксидных олигомеров путем изменения характера структурирования макромолекулярной сетки матрицы и формирования трехмерной структуры с заданными параметрами. Учеными выработаны инновационные решения модификации свойств полимерных композитов путем маслонаполнения или микрокапсулирования – введения микрочастиц (смазочных материалов с наноприсадками) в оболочках из полимерных материалов в матрицу разработанных композитов. В настоящее время коллективом разработаны принципиально новые методы упрочнения поверхности узлов трения в зависимости от условий их эксплуатации. Для тяжелонагруженных узлов трения – нанесение износостойких металлических, керамических, алмазоподобных ионно-плазменных покрытий (PVD и DLC) путем вакуумного физического и химического осаждения. Для крупногабаритных объектов (например, рельсов, бандажей колесных пар, редукторов) разработаны режимы лазерного упрочнения и модификации на основе технологии шликирования. Большинство узлов трения работают при наличии смазки, и для них разработаны смазочные композиции с присадками неорганических фосфоромолибдатов, фосфоровольфраматов некоторых металлов, а также биоразлагаемые смазки и низкотемпературные масла, пригодные для эксплуатации в условиях Севера и Арктики.
Над поставленными задачами под руководством В.И. Колесникова работает ряд лабораторий.
В лаборатории «Нанофизика и химия поверхности» ведутся фундаментальные исследования электронных, атомных и молекулярных процессов взаимодействия на поверхности и в поверхностных слоях, межзеренных и межфазных границах раздела конденсированных сред, а также на поверхности трибосистем, работающих в условиях вакуума и смазки; исследование сегрегационных явлений в металлах и поликристаллических материалах и их влияния на прочностные свойства, определяемые межзеренными границами; исследование элементного состава и химической связи на границах зерен металлов и связи электронного строения поверхности с физическими характеристиками материалов; прикладные исследования по анализу отказов и причин разрушения металлических конструкций.
В лаборатории смазочных материалов основными направлениями исследований являются: изучение физико-химических, триботехнических, реологических свойств смазочных материалов; исследование кинетики и механизмов образования антифрикционных поверхностных пленок при трении; разработка новых смазочных материалов, работоспособных в широком температурном диапазоне, в том числе экологически безопасных; разработка новых функциональных присадок, увеличивающих срок службы металлических материалов трибосистем за счет блокировки негативных сегрегационных процессов.
Направлением деятельности лаборатории функциональных покрытий является разработка различных методов нанесения покрытий и упрочнения поверхностей, в частности, газотермические способы нанесения покрытий: активированная электродуговая металлизация, лазерная наплавка путем обработки шликерных покрытий, вакуумное ионно-плазменное напыление, электроискровое легирование, а также поверхностное пластическое деформирование (ультразвуковая ударная обработка).
На базе лаборатории спектральных, оптических и физико-механических исследований методом микро- и наноиндентирования проводятся исследования физико-механических характеристик материалов, определяются закономерности механических свойств материалов в субмикро- и нанообъемах, тонких приповерхностных слоях и пленках.
На основе неравновесной термодинамики, квантово-химических расчетов и применения рентгенофотоэлектронной и оже-электронной спектроскопии оценено влияние сегрегационных и диффузионных процессов на прочностные характеристики рабочих поверхностей трибосистем. В результате выявлена совместимость элементов: одни атомы (бор, ванадий, хром) упрочняют связь между кристаллами железа, а другие атомы (магний, сера, фосфор, цинк) способствует их разупрочнению.
Распад сегрегационного кластера на кластер из чистого железа и адсорбционный кластер. Сера разупрочняет зёрна железа
Блокирование разупрочняющих элементов в объёме зёрен (Е1>Е2. Бор занимает место серы на границе между зёрнами). Бор укрепляет зёрна железа
Аналогичные результаты получены и для смазочных материалов: определены пути повышения адгезионной прочности смазки к металлической поверхности.
Квантово-химическими расчётами и экспериментальными методами РФЭС, ЭОС и ИКФ НВПО-спектроскопии показано, что цепочка молекулы химически прикрепляется к поверхности только одним концом, содержащим связь РО, при этом выделяется энергия порядка 6 эВ, что свидетельствует о прочности связи молекулы с поверхностью металла.
Взаимодействие концевого фрагмента линейной цепочки с кластером из 13 атомов железа минимизирует полную энергию системы.
В результате осуществлено широкое внедрение новых композиционных материалов в узлы трения подвижного состава, авиационной техники, подъемно-транспортных и строительных машин.
Применение в промышленности разработанных композиционных материалов
Коллектив работает над принципиально новым направлением – созданием материалов с памятью физико-механических свойств, создает технологию, позволяющую превратить трение из разрушительного процесса в созидательный. Для этого проведены фундаментальные исследования: а) на основе метода неравновесной термодинамики проведена оценка химического сродства трибохимических процессов, обусловленных трением скольжения; б) с помощью квантово-химических расчетов и применением рентгенофотоэлектронной и оже-электронной спектроскопии оценено влияние сегрегационных процессов на прочностные характеристики рабочих поверхностей трибосистем.
Ведется разработка технологии создания композитов с включениями микрокапсул с использованием магнитного поля, технологических подходов по повышению трибологических характеристик экологически чистых смазочных материалов, работающих в широком диапазоне температур (от +120 до –70 С), технологий повышения износостойкости тяжелонагруженных трибосопряжений за счет применения вакуумных, ионно-плазменных PVD и DLC-покрытий различного состава с реализацией процедуры мониторинга остаточного ресурса покрытия с помощью акусто-эмиссионного анализа и методов неразрушающего контроля, позволяющего по вибрации и шуму определять текущее состояние деталей и узлов, а также их остаточный ресурс.
Вибродиагностика трансмиссии вертолётов
Установка датчиков на опорах шлицевых зубчатых муфт трансмиссии хвостового винта вертолёта Ми-26
Результаты и перспективы научных исследований обсуждались с посетившими лаборатории университета известными учеными, среди которых президент РАН Ю.С. Осипов, ректор МГУ академик РАН В.А. Садовничий, директор ЦАГИ академик РАН С.Л. Чернышев, академики РАН К.С. Колесников, Г.А. Попов, Р.Ф. Ганиев, М.А. Погосян, С.Н. Васильев, И.Г. Горячева, В.А. Бабешко, И.А. Каляев.
Научная школа активно сотрудничает с ЦАГИ, МГУ, институтами РАН (ИМАШ и ИПМ), компаниями ОАО «РЖД», «Вертолеты России».
Визит президента Российской академии наук академика РАН Ю.С. Осипова
Визит ректора МГУ академика РАН В.А. Садовничего
Встреча на научном конгрессе в Японии с президентом международного совета по трибологии Питером Джостом
Визит президента Российской академии наук академика РАН В.Е. Фортова