А.С. КУЖАРОВ

УДК 621.891
А.С. КУЖАРОВ
akuzharov@dstu.edu.ru
ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИИ МЕДИ ПРИ ТРЕНИИ В УСЛОВИЯХ ЭФФЕКТА
БЕЗЫЗНОСНОСТИ
Показано, что механизм формоизменения поверхностного слоя при трении в режиме безызносности
может быть связан с образованием в зоне контакта нанокластеров меди, обеспечивающих такую
структуру сервовитной пленки, при которой дислокационные механизмы пластичности блокируются
и нанокристаллическая медь на поверхности трения ведет себя в условиях деформации как
ньютоновская жидкость, обеспечивая безызносность и сверхантифрикционность.
Ключевые слова: нанотехнологии, нанокластеры меди, трение, безызносность.
Известно [1], что моделирование самоорганизующейся трибосистемы «медный
сплав – глицерин - сталь», посредством электролиза в ультразвуковом поле водного
раствора глицерина с медным анодом, позволяет выявить ряд особенностей ее поведения,
включая анодное растворение меди, образование на катоде ее устойчивых в
водноглицериновом растворе нанометричных кластеров с размерами менее 100 нм [2], и
участие последних в механизмах самоорганизации при трении [3] в ходе формирования на
обеих трущихся поверхностях сервовитной медной пленки.
Недавно в прямом эксперименте [4] показано, что нанокристаллические образцы
чистой меди, полученные спеканием ультрадисперсного порошка с размерами ~ 80 нм,
демонстрируют почти идеальное упругопластическое поведение в отличие от
микрокристаллических поликристаллов, на которых наблюдается обычная стадия
упрочнения, т.е. металлический нанокристаллический образец меди ведет себя в условиях
деформации как ньютоновская жидкость.
Учитывая эти два обстоятельства, а также результаты [5], в которых
наноразмерные объекты были зафиксированы методом СТМ на поверхности трения, а в
прецизионном трибологическом эксперименте показана высокая триботехническая
эффективность медных кластеров при добавках к различным смазочным композициям [6],
имеем возможность пересмотреть существующие представления о причинах безызносности
и сверхантифрикционности при трении и не связывать механизм реализации эффекта
безызносного трения с дискуссионным, но почти общепринятым в настоящее время
вакансионно-диффузионным механизмом формоизменения поверхностного слоя [7].
На наш взгляд, суть открытого почти 50 лет назад эффекта избирательного
переноса [8] заключается не в том, что «…деформация в процессе трения пересыщенного
вакансиями слоя меди не сопровождается накоплением дефектов, свойственных
усталостным процессам…» [7], поскольку все известные пластически деформируемые
металлы и сплавы при комнатной температуре необратимо изменяют свою форму,
упрочняясь по мере роста степени деформации, вследствие интенсивного размножения
дислокаций и их взаимодействия друг с другом, а в том, что при формировании
сервовитной пленки из нанометричных кластеров меди размеры границ зерен в
поликристалле становятся меньше, чем характерные размеры источников дислокаций, в
результате чего дислокационные механизмы пластичности блокируются, а доминирующим
эффектом становиться диффузионное скольжение по границам зерен.
Другими словами, в классической трибосистеме «медный сплав – глицерин сталь», где реализация эффекта безызносности при трении не вызывает сомнения,
реально существующая в зоне контакта металлоплакирующая сервовитная медная пленка,
являясь, сама по себе, нанообъектом, ведет себя подобно ньютоновской жидкости как при
растяжении, так и при сжатии и, как следствие, становится безызносной и сверхантифрикционной.
Библиографический список
1. Кужаров А.А., Кужаров А.С. Физико-химическая модель самоорганизующейся
трибосистемы. // Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии,
материаловедении и мехатронике: Материалы III Международной научно-практической
конференции, 5 ноября 2004г. – Новочеркасск, 2004.- С.4-5.
2. Кужаров А.А. Триботехнические свойства нанометричных кластеров меди. Дис…. канд. техн. наук. – Ростов н/Д, 2004.- 136с.
3. Кужаров А.С., Булгаревич С.Б., Кужаров А.А., Бурлакова В.Э., Кравчик К.
Молекулярные механизмы самоорганизации при трении. Часть IV. Автоколебания при
трении в средах с гигантскими кластерами меди. // Трение и износ.-2001.- Т.22.- № 6.С.650-658.
4. htpp://perst.isssph.kiae.ru/Inform/index_tem.htm
5. Кужаров А.С., Бурлакова В.Э., Задошенко Е.Г., Марчак Р., Кравчик К., Шоль Г.,
Блашчик Т., Флис Я., Малыгина Е.В., Кужаров А.А. Трибоэлектрохимия эффекта
безызносности. Механизм формирования граничных слоев на стали в самоорганизующейся
трибологической системе “медь-глицерин-сталь”. // Трение и износ.-1998.- Т.19.- № 6.С.768-778.
6. Кужаров А.С., Бурлакова В.Э., Кужаров А.А., Кравчик К., Кудла М., Куровска И.
Триботехническая эффективность нанометричных кластеров меди. // Вестник ДГТУ.-2001.Т.1.- №1(7).- С.165-168.
7. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. - М.:
Машиностроение, 1982.- 209с.
8. Гаркунов Д.Н., Крагельский И.В. Об атомарном схватывании металлов при
трении. // ДАН СССР.- 1957.-Т.113.-№2.-С.326-328.
Материал поступил в редакцию 11.01.05.
A. S. KUZHAROV
akuzharov@dstu.edu.ru
COPPER DEFORMATION FEATURES UNDER FRICTION
IN WEARRESISTANCE EFFECT.
The article shows that the mechanism of form changing of surface layer under friction in
wearresistance mode can be explained by the copper nanoclusters formation in contact area. The
latter provides such structure of servovit film that dislocation plasticity mechanisms are
blockaded and nanoctystal copper on the friction surface behaves like Newton liquid under
deformation providing wearresistance and superantifriction.
КУЖАРОВ Александр Сергеевич (р. 1950), заведующий кафедрой «Химия» ДГТУ,
профессор (1991), доктор технических наук (1991), действительный член Академии
проблем качества РФ (1994). Окончил химфак РГУ (1971).
Научные интересы связаны с исследованием физико-химических механизмов
самоорганизации при трении и антифрикционным материаловедением.
Автор более 280 публикаций, в том числе монографии, учебники и более 60 А.с. СССР и
патентов РФ. Изобретатель СССР (1985). Почетный работник высшей школы РФ (2000).
Лауреат премии Президента РФ в области образования (2003).
Среди его учеников 10 кандидатов и 1 доктор технических наук.