METHODS FOR IMPROVING STRESS-STRAIN PROPERTIES AND TRIBOLOGICAL CHARACTERISTICS OF HEAVILY LOADED METAL AND POLYMER TRIBOSYSTEMS

Abstract

An approach for transformation of destructive friction force to creative one in metal polymer friction units including a wide class of friction and antifriction tribomaterials, as well as lubricants, is presented in the article. For metal tribosystems, the research of nitride, diamond-like (DLC), high-energy coatings (HEC) is presented as creative possibilities. The main modern coating methods are viewed: vacuum arc deposition method of coatings, magnetron spraying method, ion vapor deposition of carbon coatings of the DLC class. The features of high-entropy coatings (HPC) and coatings with form memory effect (FME) are discussed. The main advantages and disadvantages of these methods are described, as well as modern types of coatings obtained by the PVD method are presented. Materials and research methods are given, including deposition of coating by BRV600 installation, investigation of physical and mechanical properties, tribological tests. To obtain high indicators of physical and mechanical properties and tribological characteristics, the following parameters were determined: for nitride coatings CrAlSiN - the optimal thickness, for carbon coatings of the DLC class and combined coatings CrAlSiN + DLC – the optimal coating thickness and technological modes of coating deposition - the amount of nitrogen supply %N and the current of induction coils λ, for high-energy coatings TiCrZrHfNb is the coating thickness, and for CuCrMnFeCoNi the effect of copper on the friction ratio and wear resistance. To obtain high indicators of physical and mechanical properties and tribological characteristics, the following parameters were determined: for nitride coatings CrAlSiN – the optimal thickness, for carbon coatings of the DLC class and combined coatings CrAlSiN + DLC – the optimal coating thickness and technological modes of coating deposition – the amount of nitrogen supply %N and the current of induction coils λ, for high-energy coatings TiCrZrHfNb is the coating thickness, and for CuCrMnFeCoNi the effect of copper on the friction ratio and wear resistance. The obtained coatings have found their application in heavily loaded tribosystems: the blades of the turbocharger of the 2TE25A diesel locomotive and the spline connection of the transmission of the steering rotor of the MI-26 helicopter. High-entropy coatings are proposed for dampers that are installed in the attachment points of the engine to the pylon or the pylon to the wing of the long-haul aircraft.

About the authors

Vladimir Ivanovich Kolesnikov

Rostov State University of Railway Engineering

ORCID iD: 0000-0003-4323-9268

Petr Danilovich Motrenko

Olga Aleksandrovna Belyak

ORCID iD: 0000-0002-9487-0423

Igor Vladimirovich Kolesnikov

Rostov State University of Railway Engineering

ORCID iD: 0000-0002-3265-0871

Kirill Nikolaevich Polityko

ORCID iD: 0000-0002-3265-0871

Aleksandr Ivanovich Voropaev

Rostov State University of Railway Engineering

ORCID iD: 0000-0001-7564-8803

References

  1. Колесников И.В., П.Д. Мотренко, В.И. Колесников, Д.С. Мантуров. Повышение износостойкости металлических и металлополимерных трибосистем путём формирования структуры и свойств их поверхностного слоя // М.: ВИНИТИ РАН, 2021. 168 с.
  2. Колесников И.В. Системный анализ и синтез процессов, происходящих в металлополи-мерных узлах трения фрикционного и антифрикционного назначения // М.: ВИНИТИ РАН, 2017. 384 с.
  3. Зимин А.М., Иванов В.А., Юттнер Б. Динамика катодных пятен на поверхности бериллия в дуговом вакуумном разряде // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2001. №. 2. С. 44–50.
  4. Колесников И.В., Мотренко П.Д., Колесников В.И., Новиков Е.С. Теоретико-экспериментальные исследования закономерностей изменения структурно-фрикционных свойств поверхностных слоев металлополимерных трибосистем. Разработка методов повышения износостойкости // М.: ВИНИТИ РАН, 2022. 136 с.
  5. Андреев А.А., Саблев Л.П., Григорьев С.Н. Вакуумно-дуговые покрытия // Харьков: ННЦ ХФТИ, 2010. 318 с.
  6. Филатов М.С., Стогней О.В. Получение композитов Ni-ZrO2 с разной концентрацией металлической фазы методом магнетронного ВЧ реактивного напыления // Материалы 13 Международной конференции «Пленки и покрытия – 2017» Санкт-Петербург; 2017. С. 106–109.
  7. Локтев Д., Ямашин Е. Методы и оборудование для нанесения износостойких покрытий // Наноиндустрия. 2007. № 4. С. 18–24.
  8. Senthilkumar R., Prabhu S., Cheralathan M. Experimental investigation on carbon nano tubes coated brass rectangular extended surface // Applied Thermal Engineering. 2013. Vol. 50. P. 1361–1368.9. Spencer E.G., Schmidt P.H., Joy D.C., Sansalone F.J. Ion-beam-deposited polycrystalline diamond-like films // Appl. Phys. Lett. 1976. Vol. 29. P. 118–120.
  9. Yeh J.-W., Chen S.-K., Lin S.-J., Gan J.-Y., et al. Chang Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: novel alloy design concepts and outcomes // Advanced Engineering Materials. 2004. Vol. 6. P. 299–303. doi: 10.1002/adem.200300567.
  10. Погребняк А.Д., Комаров Ф.Ф., Береснев В.М., Константинов С.В. и др. Многокомпонентные и высокоэнтропийные сплавы и нитридные покрытия на их основе. // М.: ЛЕНАНД., 2021. 336 с.
  11. Головин Ю.И. Наноиндентирование и его возможности. // М.: Машиностроение, 2009. 312 с.
  12. Spencer E.G., Schmidt P.H., Joy D.C., Sansalone F.J. Ion-beam-deposited polycrystalline diamond-like films // Appl. Phys. Lett. 1976. Vol. 29. P. 118–120.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).