В России удвоили прочность антифрикционных композитов трению бой
Сотрудники Института физики прочности и материаловедения СО РАН выяснили, что механические и трибологические характеристики антифрикционных композитов на основе алюминия, олова и железа существенно зависят не только от состава, но и от способа введения упрочняющей фазы. Отчет об исследовании опубликован пресс-центром РАН.
Исследователи изучили спеченные композиты системы Al-Sn-Fe, предназначенные для работы в узлах трения. В одном случае в порошковую смесь вводили частицы чистого железа, в другом — уже готовые частицы интерметаллида FeAl₃. При одинаковом атомном составе материалов второй подход оказался более эффективным.
Установлено, что по мере увеличения содержания железа прочность композитов возрастала, хотя пластичность постепенно снижалась. При этом введение частиц FeAl₃ обеспечивало лучшие механические характеристики по сравнению с использованием порошка железа.
Подшипники легче бронзовых, а изнашиваются медленнее
Трибологические испытания показали, что твердые частицы FeAl₃ уменьшают абразивный износ поверхности стального контртела при сухом трении. Это особенно важно для подшипников скольжения: замена изношенного вала обычно значительно сложнее и дороже замены самого подшипника.
Предел прочности разработанных материалов достиг 180 МПа при сохранении высокой пластичности. По данным авторов, этот показатель примерно в два раза превышает характеристики традиционных антифрикционных алюминиево-оловянных материалов аналогичного назначения. Благодаря этому новые композиты рассматриваются как потенциальная замена тяжелым и дорогостоящим бронзам в узлах трения машин и механизмов.
Согласно выводам исследователей, ключевую роль играет формирование в процессе селективного лазерного сплавления в структуре композита трех фаз — алюминиевой матрицы, оловянной составляющей и интерметаллида FeAl₃, который одновременно повышает прочность и способствует снижению износа.
Справочная информация
Интерметаллиды типа FeAl₃ отличаются высокой твердостью и хорошей совместимостью как с алюминием, так и с оловом, поэтому способны укреплять композит без образования слабых межфазных границ.
Ранее ученые ИФПМ СО РАН уже показывали, что антифрикционные композиты Al-Sn-Fe могут использоваться для изготовления подшипников скольжения, способных заменить бронзовые аналоги при меньшей массе деталей.
Алюминиевые композиционные материалы активно исследуются в авиационной и автомобильной промышленности благодаря сочетанию низкой плотности, коррозионной стойкости и высокой прочности.
Недавно мы рассказали, как нептуний и цезий объединятся в «невозможный» металлорганический каркас.
