Научными сотрудниками Института физики прочности и материаловедения СО РАН исследованы процессы трения и износа, протекающие в пятне контакта керамических материалов с положительным и отрицательным значениями коэффициента температурного расширения (КТР).

Тепловое расширение относится к свойствам материала, которые существенно влияют на износ в парах трения. Важная роль теплового расширения связана с высокой локальной температурой нагрева в пятнах контакта поверхностей в процессе трения (до 1000–1500°С). В традиционных керамиках с положительным КТР такой локализованный нагрев определяет значимое увеличение линейных размеров неровностей поверхности и локальных контактных напряжений и тем самым способствует локальному разрушению и неконтролируемому росту скорости износа. Авторами статьи показана возможность подавления данного негативного эффекта путем применения материалов, обладающих отрицательным тепловым расширением.

В работе путем компьютерного моделирования с использованием оригинальной «asperity-based» модели пятна контакта проведено исследование влияния КТР на режим изнашивания при сухом трении двух шероховатых поверхностей. С использованием безразмерных механического и теплофизического параметров, объединяющих материальные свойства и параметры нагружения, построена обобщенная карта износа керамических материалов, с положительным и отрицательным КТР. Обсуждаются перспективы практического использования такой карты совместно с фазовыми диаграммами материала для надежного прогнозирования режима трения и оценки скорости износа при заданных значениях нормальной нагрузки и скорости скольжения.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проекты FWRW-2021-0002 и FWRW-2021-0006, и опубликована в журнале Lubricants.

Источник: ИФПМ СО РАН.