Деформирование поверхностных слоев при трении и факторы, влияющие на трибологические свойства металлов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Колубаев Евгений Александрович

ДЕФОРМИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ПРИ ТРЕНИИ И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

МЕТАЛЛОВ

Специальность 01.04.07. - физика конденсированного состояния

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск-2005

Работа выполнена в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН

Научный руководитель:

доктор технических наук Сизова О.В.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Козлов Э.В.

кандидат физико-математических наук Дмитриев А.И.

Ведущая организация:

Новосибирский государственный технический университет

Защита состоится " 28 " октября 2005 г. в 12 часов_ на заседании диссертационного совета Д 003.038.01 в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН по адресу: 634021 г. Томск, пр. Академический, 2/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики прочности и материаловедения СО РАН.

Автореферат разослан " сентября_2005г.

И.о. ученого секретаря диссертационного совета д.ф.-м.н., профессор

Тюменцев А.Н.

2:НЬ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Поверхностный слой в деформируемом материале, по определению В.Е. Панина, является самостоятельным мезоскопическим структурным уровнем деформации, который играет важную функциональную роль в механическом поведении твердого тела. Это обусловлено не только определенным влиянием структуры поверхностного слоя на свойства твердого тела, что хорошо известно в литературе, но и особенностями деформирования, когда наряду с дислокационными механизмами реализуются недислокационные.

Эволюция структуры поверхностных слоев, включающая их деформирование и разрушение, приобретает особое значение в процессах, связанных с контактированием сопряженных поверхностей. К ним относится трение и изнашивание. Сложность и многофакторность процессов, происходящих в зоне трения, не позволяет получить однозначной связи структурных, физико-механических и триботехнических характеристик материала. Тем не менее, современные трибологические исследования как фундаментального, так и прикладного характера, одной из главных целей ставят разработку непрерывного мониторинга процесса трения, чтобы по изменению контролируемых параметров иметь возможность оценки изнашивания и прогнозировать реальный ресурс работы сопряжения.

Одним из перспективных путей решения этой задачи является применение методов регистрации диаграммы трения, т.е. непрерывной записи во времени коэффициента трения, а также акустических сигналов, издаваемых сопряжением. Интерес к подобным характеристикам процесса трения обусловлен их связью с деградацией поверхностных слоев при контактировании поверхностей. Образование и разрушение мостиков адгезионного контакта и формирование диссипативных структур на поверхности вызывает периодические изменения коэффициента трения и акустического сигнала. Низкочастотная составляющая колебаний коэффициента трения может быть связана с последовательным накоплением деформации в поверхностном слое и отделением частиц износа. Высокочастотные упругие колебания (акустическая эмиссия) характеризуют адгезионное схватывание. Несмотря на информативность отмеченных методов исследования, работ, посвященных изучению изнашивания в сопоставлении с диаграммами трения и генерацией звука, очень мало. Данная работа посвящена изучению взаимосвязи динамики процесса трения с характером изнашивания методом непрерывной регистрации коэффициента трения и звуковых сигналов системы.

Работа выполнена в рамках госбюджетных НИР, включенных в проект СО РАН «Разработка научных основ формирования неравновесных состояний с многоуровневой структурой методами ионно-плазменных и импульсных электронно-лучевых технологий в поверхностных слоях материалов и получение покрытий с высокими прочностными и функциональными свойствами» и интеграционный проект СО РАН №7 «Создание неравновесных структурно-фазовых состояний в поверхностных слоях материалйв^на основе,.рцзр~а15отки

'-л'

новых вакуумных электронно-ионно-плазменных технологий и оборудования для получения покрытий с высокими функциональными свойствами».

Целью данной работы является анализ динамики процесса трения и изнашивания, изучение особенностей формирования структуры поверхностного слоя при ультразвуковых ударных воздействиях и в процессе трения, определение триботехнических свойств материалов с модифицированными поверхностными слоями.

Для реализации цели решались следующие задачи:

1. Исследовать процесс трения стали Гадфильда без смазки, характеризующийся высокочастотными вибрациями узла трения, что сопровождается генерацией звука, и установить связь между диаграммой трения и параметрами звучания сопряжения.

2. Изучить особенности влияния ультразвукового ударного воздействия на структуру и свойства поверхностных слоев металлов и сравнить их с эволюцией структуры поверхности при трении.

3. Установить физическую природу изнашивания тонких твердых покрытий на основе нитридов металлов методом рентгенофазового анализа в процессе трения.

4. Изучить особенности трения и изнашивания материалов с поверхностью, модифицированной ударным механическим и высокоэнергетическим ион-но-лучевым воздействиями.

Достоверность полученных экспериментальных результатов обеспечивается корректностью постановки решаемых задач, их физической обоснованностью, большим объемом экспериментальных данных и соответствием установленных закономерностей данным, которые получены другими авторами. Научная новизна:

1. Методами непрерывной регистрации коэффициента трения и звуковых сигналов в процессе трения установлена прямая зависимость между динамикой трения и характером изнашивания, что, в первую очередь, сказывается на формировании частиц износа.

2. На основе сравнительного анализа вторичных структур, образующихся при трении и в результате ультразвукового воздействия, получены доказательства того, что высокочастотные упругие возбуждения играют основную роль в деформировании поверхностного слоя твердого тела. Определены количественные параметры образующихся вторичных структур, получены зависимости степени дисперсности на уровне перлитных колоний от глубины деформации.

3. Впервые получены количественные данные о кинетике износа и состоянии фаз тонких (< 5мкм) нанокристаплических покрытий в режиме дифракционного кино. Обоснованы причины разной степени интенсивности изнашивания этих покрытий, нанесенных на жесткую и деформируемую в процессе трения подложку.

Научная и практическая значимость работы. В диссертационной работе представлена совокупность экспериментальных результатов и установлены за кономерности, расширяющие представления о динамических процессах

при трении и механизмах образования деформированных поверхностных слоев.

Предложен метод химико-термической обработки стали, отличающийся от существующих комбинированием цементации и последующей ультразвуковой ударной обработки поверхностного слоя. Описана специфика влияния ультразвукового воздействия на структуру и свойства поверхности, которая может иметь важное прикладное значение при разработке комплексных методов термомеханической обработки сталей.

Результаты проведенных исследований по изучению триботехнических свойств имплантированной бронзы и ионно-плазменных покрытий показали реальные пути повышения износостойкости этого вида композиций, работающих при умеренных нагрузках. На защиту выносятся:

1. Совокупность результатов, раскрывающих закономерности влияния упругих колебаний, сопровождающихся звуковыми сигналами, на коэффициент трения и морфологию частиц износа.

2. Экспериментальное обоснование ведущей роли высокочастотных упругих возбуждений в формировании модифицированной структуры поверхностного слоя при трении, полученное физическим моделированием контактного взаимодействия, присущего трению, посредством ультразвукового воздействия на поверхность.

3. Результаты комплексных исследований структуры и триботехнических свойств материалов с модифицированной поверхностью, являющиеся основой для формирования новых представлений о характере контактирования таких поверхностей.

Апробация работы:

Результаты диссертационной работы были представлены на Российских и Международных конференциях: VII Российской научной студенческой конференции «Физика твердого тела», Томск, 2000 г.; Российской конференции «Новые технологии - железнодорожному транспорту», Омск, 2000 г.; Международной научно-технической конференции«Надежность машин и технических систем», Минск, 2001 г.; Международной научно-технической конференции, посвященной памяти Генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н.Д. Кузнецова, 2001 г.; VIII Российской научной студенческой конференции «Физика твердого тела», Томск, 2002 г.; 6th International Symposium "INSYCONT '02" New Achievements in Tribology, Краков, 2002г.; I Международной конференции «Современные проблемы машиностроения и приборостроения», Томск, 2002 г.; XV Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов», Тольятти, 2003 г.; II Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии», Томск, 2003 г.; Международной конференции по физической мезоме-ханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов, Томск, 2004 г.

Основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, опубликованных в России и за рубежом, из которых 6 - статьи в реферируемых журналах.

Диссертация состоит из шести глав, введения и выводов; изложена на 139 страницах, включающих 60 рисунков, 2 таблицы и список цитируемой литературы из 145 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цель исследований, основные положения, выносимые на защиту, дана оценка научной и практической значимости работы, приведены сведения об апробации результатов.

Первая глава содержит литературный обзор, в котором приводятся как экспериментальные, так и теоретические данные о современном состоянии проблемы трения и изнашивания. Проведен анализ причин образования поверхностного слоя, которые обусловлены особым характером нагружения материала при трении. Рассмотрены особенности динамических процессов, происходящих при трении, а так же некоторые аспекты трения и износа материалов с модифицированными поверхностными слоями в свете представлений физической мезомеханики.

Во второй главе обосновывается выбор материалов, методов исследования и экспериментального оборудования, использованных при выполнении работы.

Материалы для исследований выбирались с учетом следующих факторов: 1) стали 45, 20ХНЗА и 15НЗМА - для изучения импульсного динамического воздействия на поверхность. Они хорошо поддаются цементации, изменяя параметры которой, можно получать макроскопический цементированный слой с различным содержанием углерода и разной величиной перлитных колоний; 2) сложнолегированная бронза - для получения на ее поверхности тонких модифицированных слоев для работы в трибосопряжениях, работающих при относительно невысоких нагрузках в среде со смазкой; 3) сталь Г13Л, которая применяется в узлах трения, работающих в отсутствие смазки и при высоких нагрузках, для изучения генерации акустического сигнала при трении, так как ее упругие характеристики практически не изменяются в процессе трения, что позволяет регистрировать звуковые сигналы продолжительное время.

Модифицирование структуры поверхностного слоя осуществляли ультразвуковым воздействием на поверхность образцов после цементации с помощью установки 160 УЗТК - 18/22 - 0/25 мощностью 200 Вт, которая обеспечивала пластическое деформирование поверхности цементированной стали на глубину до 700 мкм. На конце инструмента располагался твердосплавный индентор со сферическим закруглением, который совершал колебания с частотой 22 кГц и амплитудой 15 мкм. Пружина обеспечивала прижим индентора к поверхности образца с усилием 50 - 70 Н.

Ионную обработку образцов из алюминиевой бронзы выполняли на установке ионной имплантации в Томском политехническом университете. Образцы из алюминиевой бронзы имплантировались в среде аргона и азота с использованием мишени из диборида титана (Т1В2). Так же на поверхность части образцов перед имплантацией механически намазывали дисульфид молибдена МоБ..

Нанесение ионно-плазменных покрытий на стали выполняли в лаборатории плазменной эмиссионной электроники Института сильноточной электроники СО РАН на модернизированной технологической установке вакуумно-дугового напыления ННВ 6.6-И1. Комплексная модификация поверхности образцов проводилась в едином цикле в несколько этапов.

Металлографические исследования образцов проводили на оптическом микроскопе Neophot - 21. Рентгеноструктурный анализ выполнялся на дифрак-тометре ДРОН-УМ1. Микротвердость исследуемых материалов определяли на микротвердомере ПМТ-3.

Сравнительные триботехнические испытания образцов проводили на машинах трения 2168 УМТ-1 и 2070 СМТ-1. На машине трения УМТ-1 использовали схемы «диск-палец», «вал-втулка» и схему шарикоподшипника. На машине трения СМТ-1 использовали схему «вал-колодка» и «вал-втулка». Использовались диапазоны скоростей от 0,068 м/с до 4,7 м/с и нагрузок от 35 H до 2500 Н. Момент трения регистрировали с помощью автоматизированной системы измерения с выводом данных на персональный компьютер. Дискретность измерений 1/сек.

Анализ звукового сигнала при трении проводили с использованием программы цифровой обработки звука Cool Edit Pro 1.2, запись звука и его параметры регистрировали на персональном компьютере. Для записи применяли микрофон Behringer ХМ8500, у которого неравномерность амплитудно-частотной характеристики составляет ± 5 дБ в интервале частот от 100 до 1,5-104 Гц.

Морфология частиц износа изучалась с помощью растрового электронного микроскопа Philips SEM 515, химический состав частиц определяли методом микрорентгеноспектрапьного анализа с помощью приставки EDAX.

В третьей главе приведены результаты исследований генерации звука при трении скольжения стали Гадфильда в отсутствие смазки. Известно, что при определенных условиях в сопряжении возникают вибрации или генерируется звук, воспринимаемый как шум, скрип или визг. При применении специальной аппаратуры фиксируют и ультразвуковые сигналы, которыми сопровождается трение. Все перечисленные эффекты относятся к упругим колебаниям, возникающим в паре трения при относительном перемещении сопряженных поверхностей. Природа появления упругих колебаний при трении изучается в механике давно и к настоящему времени основной причиной, обусловливающей эти колебания, считается ниспадающая зависимость коэффициента трения при увеличении скорости скольжения. Однако механика не учитывает деформирование и изнашивание материалов сопряжения, которые могут оказывать влияние на возбуждение упругих колебаний.

При реальных давлениях порядка нескольких МПа на выступающих микроучастках неровностей поверхности развиваются давления, приводящие к пластическому деформированию, срезу и смятию микронеровностей. При этом нарушается устойчивость относительного перемещения образца и контртела. Тангенциальные напряжения на поверхности изменяются скачком, что приводит к возбуждению упругих колебаний. Эти колебания не постоянны, так как

пластический сдвиг в поверхностном слое идет не непрерывно, а скачкообразно. Каждый новый акт пластической деформации ведет к зарождению в нижележащем материале упругой волны сдвига, которая распространяется вглубь со скоростью, соответствующей скорости поперечной звуковой волны. Далее упругие сдвиговые волны, инициированные пластическим сдвигом (рис. 1), интерферируют, и в системе устанавливаются колебания с частотой, характерной собственным колебаниям трибосопряжения.

Кроме того, при контактировании двух твердых тел между поверхностями возникает адгезионное взаимодействие в пятнах касания с образованием "мостиков сварки". С точки зрения механики разрушение «мостика сварки» аналогично пластическому сдвигу в пятне касания. Следовательно, упругие колебания будут возникать и в этом случае.

Регистрация звукового сигнала при трении стали Г13 показала, что возбуждение звука обусловлено разными причинами, зависящими от параметров испытаний. При относительно невысокой скорости скольжения в сопряжении вал-втулка (0,068 м/с), при которой проводили испытания, изменение энергии трения возможно при варьировании давления и коэффициента трения. При этом энергия расходуется на фрикционный нагрев и деформирование поверхностного слоя, а также на возбуждение упругих колебаний. Так как энергетические затраты, требующиеся для реализации этих процессов различны, различаться будут и звуковые сигналы как по интенсивности, так и по спектральным характеристикам, которые определяются резонансными колебаниями отдельных элементов трибосопряжения. Сопоставляя параметры звука и триботехнические свойства, можно судить об особенностях изнашивания исследуемых материалов. Однако в настоящее время не хватает данных, чтобы связать звуковой сигнал с тем или иным видом деградации материала пары трения. Можно лишь предполагать по интенсивности сигнала и частоте возбуждаемых гармоник, какие элементы трибосопряжения участвуют в резонансных колебаниях и, сопоставляя параметры звучания с характеристиками трения, констатировать причины, вызвавшие эти колебания. Оценки, сделанные в работе, свидетельствуют о том, что на разных стадиях процесса трения резонансные колебания возбуждаются в различных элементах машины трения. Чем больше коэффициент трения, тем больше размеры резонатора, который генерирует звук.

Испытания на трение подтвердили имеющиеся в научной литературе представления о зависимости силы звука от величины коэффициента трения (ктр). При всех вариантах испытаний было установлено, что уменьшение к7р ведет к снижению уровня звучания пары трения. Однако, как показано в диссертации, существует и обратное влияние - изменение интенсивности звука при трении

г Конгртйзю /

Образец

Рис. 1. Генерация упругих колебаний при трении

вызывает изменение коэффициента трения. Были проведены сравнительные испытания на трение образцов из стали Г13 по схеме «вал-втулка» с применением специального демпфирующего устройства, которое позволяло изменять силу звучания при сохранении условий контактирования.

На рис. 2 представлены результаты записи звука и значения кф. при испытании втулки без демпфирующего устройства. Звук возбуждается периодически с частотой, равной ~ 1,5 с'1, о чем свидетельствует амплитуда звукового сигнала, показанная на рис. 2 (а). Спектр звучания (рис. 2, б) состоит из набора гармоник. При этом частота повторения звукового сигнала, его сила и спектр не изменялись в течение всего времени испытаний. На рис. 2 (в) показана зависимость коэффициента трения от времени, который изменяется около среднего значения, равного 0,76, случайным образом с малой амплитудой.

Я Мнге1ииокостыо)к1 ^га

1.231

Рис. 2. Зависимость интенсивности звуковой волны от времени (а), спектр звука (б) при трении втулки 0 31,2 мм и соответствующий им коэффициент трения (в)._

Применение специального демпфирующего узла крепления значительно снизило силу звука (рис. 3, а) и изменило спектр звучания данной пары трения (рис. 3, б) - в нем отсутствуют резонансные частоты. Звук соответствует шуму установки, незначительно превышающему порог слышимости (-120 дБ). Такое изменение параметров звучания трибоузла сопровождается изменением величины ктр, в зависимости от времени. Его среднее значение (рис. 3, в) снизилось по сравнению с показанным на рис. 2, (в), и стало равным 0,62. Кроме того, зависимость коэффициента трения от времени имеет ярко выраженный периодический характер с амплитудой, значительно превышающей флуктуации данной величины, показанной на рис. 2 (в).

Сравнение зависимости коэффициента трения, представленной на рис. 3 (в), с аппроксимирующей синусоидальной кривой показало их хорошее совпадение. Коэффициент корреляции оказался равным г = 0,87, тогда как для кривой, представленной на рис. 2 (в), г = -0,25. Период колебаний кф_ на рис. 3 (в) в несколько раз превосходит время одного оборота втулки, поэтому такое изменение нельзя связать с частотой вращения вала испытательной машины. Подобное периодическое изменение коэффициента трения, скорее всего, обуслов лено периодичностью процесса изнашивания. Изнашивание характеризуется стадией накопления дефектов в поверхностном слое, когда деформация приводит к упрочнению материала, и стадией интенсивного разрушения этого слоя с отделением частиц износа. Каждой стадии может соответствовать свой коэффициент трения.

а Ишелсишють юую 6 "

.ч

.■1К

4с

1- I 4 X и Н.

Рис. 3. Зависимость интенсивности звуковой волны от времени (а) в том же масштабе, что и на рис. 2, спектр звука (б) и коэффициент трения (в) при испытании втулки (0 31,2 мм) с устройством, сниж-аюгцим интенсивность звука при трении._

Отсутствие периодичности в изменении коэффициента трения при испытаниях с обычным креплением трибоузла связано со случайным характером отделения частиц износа, обусловленным высокочастотными вибрациями. В этом случае на каждой стадии в процесс изнашивания значительный вклад вносят упругие напряжения, вызванные колебаниями элементов трибосопряжения. Износ носит стохастический характер, при этом случайным образом изменяется и коэффициент трения.

Различный характер процесса изнашивания выявился при изучении морфологии частиц износа. Распределение частиц износа по размерам (рис. 4) обнаружило определенное различие этих частиц, полученных при трении со звуком и без него. Отметим общее увеличение размеров частиц износа, полученных при испытании, когда при трении возбуждался звук. При изнашивании в отсутствие звукового сигнала частицы износа преимущественно имели малые размеры. Объяснить эти различия в настоящее время не представляется возможным, так как отсутствуют прямые наблюдения эволюции структуры поверхностного слоя от начала деформирования до отделения частиц износа. Можно лишь предположить, что генерация упругих колебаний способствует разрушению поверхностного слоя до достижения им предельного уровня деформирования и начала формирования равновесных частиц износа.

На определенное влияние упругих возбуждений указывает и деформационный рельеф на боковой поверхности образца из стали Г13 в зоне трения (рис. 5). Стационарные напряжения не могут вызвать деформирование на такой глубине (~700мкм), так как деформация в этом случае локализуется на высту-

А г ~Г\ в А и

\1 У 1 1/

4200 4220 4240 * с

Рис. 4. Распределение частиц износа по размерам: 1 - при трении без демпфи-руюгцего устройства; 2 - при трении с устройством, устраняющим звук

и

лающих микроучастках шероховатости поверхности (~1-5мкм). Столь интенсивная пластическая деформация возможна лишь при высокой степени локализации напряжений, превышающих предел текучести стали. Обеспечить ее могут только упругие возбуждения, вызванные адгезионным взаимодействием в пятнах касания, как схематически показано на рис. 1.

Четвертая глава посвящена изучению деформирования поверхностных слоев цементированных сталей в результате ультразвукового ударного воздействия. Проведено сравнение вторичных структур, образующихся при трении и в результате ударного воздействия, на основании которого обоснована ведущая роль упругих возбуждений в формировании модифицированной структуры при трении. Применение цементированных сталей в качестве модельных материалов обусловлено их характерной перлитной структурой, по изменениям которой в

процессе внешних воздействий можно судить о характере деформирования.

Ультразвуковая обработка цементированного слоя стали 15НЗМА вызвала структурные изменения подобные тем, которые наблюдаются при трении. Непосредственно у поверхности на глубине до 30 мкм наблюдали слой белого цвета зеренного строения и без видимой внутренней структуры. Границы зерен окаймляли прерывистые цементитные выделения разной толщины. Микротвердость (Н|,о), измеренная на поверхности образца, составила 2800 - 3000 МПа, а по телу зерна - Н0,2« 2300 - 2400 МПа.

Сравнение микроструктуры исходного и обработанного ультразвуком поверхностного слоя проводили методом просвечивающей электронной микроскопии (рис. 6 и 7). В исходном состоянии пластинчатый перлит представляет

ЧйЭШД

" -ЯО». *а

120«км ■ /

Рис. 5. Рельеф боковой поверхности втулки из стали Гадфильда в зоне трения скольжения_

0,5 мкм

Рис. 6. Микроструктура исходного состояния перлита в цементированном слое стали 15НЗМА

Рис. 7. Микроструктура поверхностного слоя после УЗ обработки

собой колонии чередующихся пластин феррита и цементита с ме;5шластинча-тым расстоянием 0,5 - 1,0 мкм. После ультразвуковой обработки на глубине ~30 мкм сформировалась структура, в которой отсутствует цементитная составляющая перлита. Дислокационная структура поверхностного слоя также претерпела существенные изменения. Если в исходном состоянии дислокации, образованные в результате термических напряжений при перлитном превращении, были распределены в ферритной фазе относительно равномерно, то после ультразвуковой обработки дислокации образовали субструктуру с дискретными разориентировками. Дифракция электронов подтверждает факт разориентиро-вок (рис. 7). На электронограмме также имеются рефлексы цементита, который присутствует в ферритной матрице в виде глобул.

Рентгенограммы поверхности так же показывают изменения после обработки ультразвуком. Рефлекс (110) феррита несколько уширяется, что говорит об искажениях решетки и об уменьшении размеров блоков. О распаде цементита свидетельствует размытие его рефлексов практически до слияния с фоном. Вблизи основания ферритного пика наблюдается асимметрия рефлекса.

Ниже вышеописанного слоя располагалась достаточно протяженная (до 350 мкм) зона смешанного состава, состоящая из колоний перлита пластинчатого строения, зерен без видимой внутренней структуры и зерен с выделениями темной фазы. Выделения имели пластинчатое строение, неодинаковую ширину и протяженность и располагались под углом друг к другу. Тонкие границы темных и светлых зерен местами обозначились цементитными прослойками. Микротвердость перлита составила 2500-2600 МПа, светлых зерен - 5800 МПа и зерен с ленточными выделениями около 3600 МПа. Далее структура постелено становилась полностью перлитной вплоть до границы раздела цементированного слоя и основного материала.

Изучение других сталей с цементированным слоем (стали 45 и 20ХНЗА) после ультразвуковой обработки подтвердило общий характер формирования деформированной структуры поверхностного слоя. Наибольшие изменения претерпевает тонкий поверхностный слой. Измельчение перлитных колоний наблюдается на глубине до 700 мкм. В стали 45 с цементированным слоем заэв-тектоидного строения произошло дробление цементитной сетки на мелкие фрагменты, что свидетельствует о высоком уровне динамических воздействий.

Структуры, образованные при трении, похожи на описанные выше. В результате деформирования при трении также образуется «белый слой», подобный деформированному слою при ультразвуковой обработке. Однако при изучении тонкой структуры данного слоя выявились и особенности. Во-первых, дислокации образуют субмикроструктуру с разориентировками фрагментов, достигающими больших величин (рис. 8, а), превращая зерно фактически в поликристалл (рис. 8, б). Во-вторых, фазовый состав поверхностного слоя характеризуется не только наличием основного материала, но и присутствием значительной доли окислов железа, которые идентифицируются на электронограмме.

Отмеченные различия структур, образованных при трении и ультразвуковой обработке, обусловлены пластическим течением материала в поверхностном слое при трении, которое усиливает процессы массопереноса до такой сте-

пени, что позволяет при минимальном нагреве получить из перлита однородный по фазовому составу материал с субмикрокристаллической структурой.

а б Рис. 8. Микроструктура (а) и микродифракция (б) фрагментированного слоя при трении стали 15НЗМА._

Убедительным подтверждением особой роли упругих возбуждений в процессах деформирования материалов при трении служат также исследования деформационного рельефа на боковой поверхности образцов цементированной стали 15НЗМА. На рис. 9 показаны участки боковой поверхности в наиболее

Рис. 9. Деформирование поверхностного слоя при трении: а - в условиях граничной смазки; б - трение без смазки__

нагруженной области. Видны различия в глубине распространения пластической деформации при трении со смазкой и без. При граничном трении, когда можно говорить о минимальиом влиянии упругих возбуждений, пластическое течение локализуется в поверхностном слое. Материал выдавливается из зоны трения, образуя наплывы. При сухом трении, наряду с течением материала, на боковой поверхности формируется деформационный рельеф примерно на такой же глубине, как и при ультразвуковом ударном воздействии. В этом случае режим трения отличается от предыдущего адгезионным схватыванием контактирующих поверхностей.

В пятой главе представлены результаты исследования трения и изнаши-Еашга материалов с модифицированной структурой поверхностного слоя методами химико-термической и ультразвуковой обработки. Рассмотрен перспективный способуправления триоотехническими свойствами путем модифицирования структуры поверхностного слоя материалов. Модифицирование сталей Гадфильда и 15НЗМА осуществляли методом ультразвуковой ударной обработки поверхности.

Твердость стали Гадфильда в исходном состоянии не превышала 3500 МПа. Для ультразвуковой обработки были выбраны цилиндрические образцы диаметром 15-20 мм. Модифицированию с помощью ультразвука подвергались торцевые поверхности образцов. В результате ультразвуковой обработки поверхностный слой стали Г13 пластически деформировался и упрочнялся за счет наклепа аустенита. Микротвердость на поверхности при этом возрастала до 8400 МПа.

Совпадение микротвердости поверхностного слоя после трибологических испытаний (8200 - 8600 МПа) и ультразвукового ударного воздействия подтверждает общий характер деформирования. Однако есть и различия. Сравнение рентгенограмм поверхностных слоев указывает на более значительные изменения структуры после ультразвукового воздействия. Кроме рефлексов, которые характерны для структуры стали Г13 после испытаний на трение, рентгенограмма, полученная после ультразвукового воздействия, имеет вид, свидетельствующий о диффузном рассеянии рентгеновских лучей. По-видимому, оно обусловлено формированием на поверхности либо нанокристаллической структуры, либо аморфной. Отсутствие диффузного рассеяния на рентгенограммах поверхности, образованной в результате трения, можно объяснить фрикционным нагревом зоны трения, который препятствует стабилизации неравновесной нанокристаллической или аморфной структуры в поверхностном слое.

Что же касается динамического проявления процесса трения, то ультразвуковая обработка торцевой поверхности цилиндрических образцов не вызвала появления характерных резонансных частот в звуковом спектре, но, по сравнению с трением исходных образцов, уменьшила силу звучания трибосоггряжения в области высоких частот. Коэффициент трения в этом случае был ниже, чем при трении исходных образцов. Отмеченные различия в параметрах трения обусловлены специфической структурой поверхностного слоя после ультразвуковой обработки. Характер изнашивания становится иным, что проявляется в снижении коэффициента трения и генерации звука.

Еще одним примером, иллюстрирующим характер влияния ультразвуковой ударной обработки на изнашивание, служат результаты исследований рельефа боковой поверхности образца цементированной стали 15НЗМА после испытаний на трение. Наблюдали различия в степени деформирования металла в зоне контакта при трении не обработанных и обработанных ультразвуком образцов.

Разная степень деформирования при трении, по-видимому, обусловлена особенностями восприятия нагрузки поверхностями металлов, имеющих разную структуру и твердость. Положительные качества ультразвуковой обработки проявились и при испытании на трение качения обработанной ультразвуком

и закаленной цементированной стали 45. Образцы, прошедшие комбинированную упрочняющую обработку, показали существенное увеличение контактной стойкости, которая непосредственно связана с дисперсностью структуры мартенсита, препятствующей образованию макроскопических трещин.

Шестая глава посвящена изучению процесса изнашивания материалов, обработанных ионно-лучевыми методами. Представлены результаты рентгено-структурных исследований эволюции структуры поверхностного слоя материалов с покрытиями, полученными методом ионно-плазменного напыления. Покрытия состава TiN и A1N были нанесены на титан марки ВТ1 методом плаз-менно-ассистированного дугового напыления*. Особенность процесса получения покрытия TiN заключалась еще и в том, что одновременно с титаном распылялась медь с отдельного испарителя. В результате этого покрытие имело нанокристаллическую структуру, чего нельзя добиться при работе только титанового испарителя.

Рентгеноструктурные исследования в процессе трения выполняли в Сибирском международном центре синхротронного излучения при Институте ядерной физики СО РАН г. Новосибирска. Для проведения экспериментов использовали специально разработанную в НГТУ малогабаритную установку на трение. Размер пучка синхротронного излучения составлял 1 х 1 мм, длина волны рентгеновского излучения была X = 1,503 Â. Пучок имел малое расхождение и монохроматичность àX/X = 10"4, отсутствовало аппаратное уширение и другие порядки излучения.

Испытания на трение проводили по схеме «вращающийся дисковый образец - неподвижный индентор». Покрытие, толщиной не более 5 мкм и твердостью 25 ГПа, было нанесено на цилиндрическую поверхность диска; контртелом служил индентор из твердого сплава с плоским концом площадью 0,5 мм2 и нанесенным на него покрытием TiN(Cu). Нагрузка на индентор составляла 17 Н. При испытании образца с покрытием A1N контртелом служил алмаз с радиусом закругления 2,5 мм, нагрузка при этом составила 8,5 Н. Скорость скольжения в обоих случаях была 3• КГ* м/с.

Анализ рентгенограмм, полученных в процессе изнашивания покрытия TiN(Cu) (рис. 10), показал уменьшение интегральной интенсивности рефлексов данной фазы по экспоненциальному закону (рис. 11). Такой характер изнашивания свидетельствует о существовании этапа приработки, после чего износ покрытия практически прекращался. Причиной изнашивания столь твердого покрытия может служить присутствие капельной фракции меди, связанное с особенностями технологии нанесения покрытий, которая, возможно, снижает объемную прочность покрытия.

Иной характер изнашивания наблюдали при трении образца титана с покрытием A1N. В течении всего времени испытаний изменений в соотношении фаз не наблюдали. Отсутствие износа обусловлено особенностями получения твердого слоя A1N, формирование которого осуществлялось диффузионным

'Goncharenko IM . Ivanov Yu F el al The mechanisms of nanocrystal nitride films deposition by arc spalteung of composite cathodes Pioc of 7 th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Ркъпха Flows, (Tomsk. Rubsta) - 2004, - C. 167-170

О АО0 800 1200 1600 С

Рис. 10. Рентгенограммы образца Рис. 11. Отношение объемной концен-с покрытием TiN(Cu), полученные трации фазы T'tN(Cu) к объемной концен-в режиме дифракционного кино трации фазы титана в процессе изнаши-при трении__вания_

путем. Ионы алюминия и азота осаждались на нагретую до 660°С подложку и диффундировали в нее. Избыточный слой алюминия стравливался в результате ионной бомбардировки. Применение в качестве материала подложки деформируемой стали Г13 вместо титана позволило проследить процесс разрушения покрытия A1N. Стадия приработки, которая, как было установлено, связана с разрушением твердого покрытия, состояла из двух этапов и в несколько раз превосходила по длительности стадию приработки образца без покрытия. Первый этап характеризовался постепенным увеличением среднего значения коэффициента трения при больших амплитудах колебаний ктр; длительность его составила ~ 1300 с. После разрушения покрытия амплитуда колебаний ктр уменьшилась. Окончательное время приработки составило более 2000 с. По окончании приработки коэффициент трения образца с покрытием имел более низкие значения, чем у образца без покрытия. Кроме того, процесс трения материала с покрытием отличался отсутствием звукового сигнала.

В данной главе обсуждаются также результаты триботехнических испытаний алюминиевой бронзы с модифицированной поверхностью, полученной способом ионной имплантации. Имплантация привела к улучшению триботехнических характеристик материала как в условиях сухого, так и граничного трения, стабилизации коэффициента трения после приработки и существенному снижению износа.

ВЫВОДЫ

1. Показано, что устранение упругих колебаний в трибосистеме при сохранении условий нагружения и скорости скольжения приводит к снижению коэффициента трения и изменению характера изнашивания, на что указывает морфология частиц износа. При этом установлено, что толщина деформированного слоя, образованного в результате трения, остается одинаковой как при генерации звука, так и без него. Этот результат согласуется с имеющимися представлениями о деформации поверхностного слоя, вы-

званного возбуждением высокочастотных (ультразвуковых) колебаний, которые локализованы вблизи поверхности трения.

2. Модельный эксперимент с применением ультразвукового ударного воздействия показал, что изменения структуры поверхностного слоя под воздействием ультразвука аналогичны изменениям структуры при трении. Это дает нам основание сделать заключение о том, что ультразвуковые возбуждения, которые возникают при трении скольжения в режиме адгезионного изнашивания, ответственны за формировании деформированной структуры поверхностных слоев материалов.

3. Показано, что модифицирование поверхности металлов ультразвуковым воздействием, ионной имплантацией и ионно-плазменным напылением привидиг к улучшению триботехнических характеристик материалов как в условиях сухого, так и граничного трения за счет сочетания относительно стабильного коэффициента трения и низкого износа. Улучшение свойств обусловлено не только повышением твердости поверхностного слоя, но и формированием градиентной структуры, которая обеспечивает равномерное распределение контактных напряжений и повышает демпфирующую способность материала.

4. Методом синхротронного излучения непосредственно в процессе трения выполнен количественный фазовый анализ состава поверхностного слоя материалов с покрытиями, нанесенными ионно-плазменным напылением. Анализ наблюдаемых фазовых изменений при трении покрытия TiN(Cu) показывает, что износ покрытия на начальных стадиях происходит в результате быстрого разрушения рыхлой капельной фракции. Износ покрытия A1N, формирование которого происходило за счет диффузии компонентов в подложку, практически отсутствовал.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Колубаев A.B., Сизова О.В., Трусова Г.В., Колубаев Е.А., Толмачев А.И., Телегин В.В., Макуха H.A. Комплексная химико-термическая и ультразвуковая упрочняющая обработка деталей подвески электровоза // Материалы конференции «Новые технологии - железнодорожному транспорту». -Омск. - 2000. - С. 160-164.

2. Сизова О.В., Колубаев Е.А., Борисов М.Д., Толмачев А.И., Колубаев A.B. Изучение структуры цементированной стали после ультразвуковой упрочняющей обработки // Надежность машин и технических систем. Материалы Международной научно-технической конференции: в 2 т./ под общей ред. О.В. Берестнева. - Минск: Изд-во Института технической кибернетики HAH Беларуси, 2001. - Т. 2 - С. 88-89.

3. Колубаев A.B., Сизова О.В., Колубаев Е.А., Борисов М.Д., Толмачев А.И., Городищенский П.А. Ультразвуковая упрочняющая обработка цементированной стали // Международная научно-техническая конференция, посвященная памяти Генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н.Д. Кузнецова. Доклады. - Самара: РИО Самарского научного центра РАН, 2001. - Часть 2. - С.241-250.

4. Колубаев E.A. Влияние ультразвуковой ударной обработки на структуру перлита // Материалы VIII Российской научной студенческой конференции «Физика твердого тела». - Томск, 2002. - С. 24-26.

5. Сизова О.В., Колубаев Е.А. Структура и триботехнические свойства сталей, обработанных ударным ультразвуком // I Международная конференция «Современные проблемы машиностроения и приборостроения» (Томск), Сборник трудов. - 2002. -С. 45-47.

6. Sizova O.V., Kolubaev Е.А., Tolmachev A.I., Borisov M.D. Structure transformation and associated diffusive and mechanical processes during ultrasonic treatment and friction of cemented steel // Tribologia (Poland) - 2002,- №6. - C. 1601 - 1613.

7. Сизова O.B., Колубаев Е.А. Влияние ультразвуковой ударной (Обработки на структуру и свойства перлита Н Изв. вузов. Физика - 2003. - №2. - С. 27-30.

8. Колубаев Е.А., Сизова О.В. Фрикционные свойства алюминиевой бронзы, подвергнутой ионной имплантации // Материалы II Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии». - Томск: ИФПМ СО РАН, 2003. - С. 47-50.

9. Panin S.V., Kolubaev Е.А., Shakirov I.V., Glukhih A.I., Kustov A.V. Investigations of friction processes by registering emitted acoustic noise and analysis of images of its 2D fourier spectrum. // Proceedings of 8lh Korea-Russia International Symposium on Science and Technology (KORUS), 2004. - C. 143-146.

10. Колубаев E.A., Сизова O.B., Толмачев А.И., Колубаева Ю.А., Иванов Ю.Ф., Девятков В.Н., Гончаренко И.М., Коваль H.H., Щанин П.М. Модифицирование структуры поверхностного слоя конструкционной стали ударным ультразвуковым и импульсным электронно-лучевым воздействиями // Физ. мезомех. - 2004. - Т. 7. - Спец. вып. - 4.2. - С. 165-168.

11. Колубаев Е.А., Вагин И.Н. Исследование генерации звука при трении скольжения. // Физика, радиофизика - новое поколение в науке: Межвузовский сборник научных статей молодых ученых, аспирантов, студентов. Вып.4 / под ред. В.В. Полякова. Барнаул, 2004. - С. 73-78.

12. Сизова О.В., Колубаев Е.А., Брюхов В.В. Триботехнические свойства алюминиевой бронзы после ионной имплантации. // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2005. - №2. - С. 46-50.

13. Колубаев Е.А., Колубаев A.B., Сизова О.В., Рубцов В.Е,, Вагин И.Н., Попов B.JI. Особенности динамики трения стали Гадфильда // Физ. мезомех. -2005.-Т. В.-№4.-С. 49-57.

14. Колубаев A.B., Колубаев Е.А., Вагин И.Н., Сизова О.В. Генерация звука при трении скольжения // Письма в ЖТФ. - 2005. - Т. 31. - №19. - С. 6-13.

Размножено 100 экз. Копировальный центр Св-во ПД-Г № 526, выдано 23 апреля 1996г. г Томск, ул. 19-й Гвардейской дивизии, 75 тел.. 41-34-47

Л/ л/>

РНБ Русский фонд

2007-4 10642

Получено 29 НОЯ 2005

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСОБЕННОСТИ КОНТАКТИРОВАНИЯ И ТРЕНИЯ

СОПРЯЖЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (литературный обзор).

1.1. Анализ контактирования поверхностей.

1.2. Структура поверхностного слоя при трении. ф. 1.3. Общие сведения об изнашивании при трении скольжения.

1.4. Особенности динамики трения.

1.5. Некоторые аспекты трения и износа материалов с модифицированными поверхностными слоями в свете физической мезомеханики.

Поверхностный слой в деформируемом материале, по определению В.Е. Панина, является самостоятельным мезоскопическим структурным уровнем деформации, который играет важную функциональную роль в механическом поведении твердого тела [1]. Это обусловлено не только определенным влиянием структуры поверхностного слоя на свойства твердого тела, что хорошо известно в литературе [2], но и особенностями деформирования, когда наряду с дислокационными механизмами реализуются недислокационные. Низкая сдвиговая устойчивость поверхностного слоя и специфика деформирования обеспечивают течение материала на поверхности, опережающее деформацию в объеме.

Исходя из сказанного, отметим, что. деформирование поверхностных слоев приобретает особое значение в процессах, связананных с контактированием сопряженных поверхностей. К ним относится трение и изнашивание. Трение - сложный и многогранный процесс, при котором возможно объединение макро- и микропластической деформации, квазиупругое взаимодействие контактирующих поверхностей, внутреннее и внешнее трение, схватывание за временные промежутки, значительно меньшие, чем позволяет диффузия; поверхностные волны, возбуждаемые ударными воздействиями, автоколебания и многие другие явления.

При таком многообразии факторов, сопутствующих трению, очень трудно выделить основные, определяющие характер поведения сопряжения в том или ином случае. Как показывает опыт и многочисленные данные о свойствах трибообъектов, поведение одних и тех же материалов в разных условиях контактирования может отличаться кардинально. Материал, обладающий высокой износостойкостью в одних условиях, совершенно непригоден в других. Причины этого связаны не только с материаловедческими проблемами, но зависят и от физики процесса трения. Для определения возможности применения данного материала в конкретном узле трения недостаточно изучить только его триботехнические свойства. Необходимо установить связь параметров трения с другими свойствами материалов, из которых изготовлен узел трения, а также с конструктивными характеристиками данного узла. Перспективы такого подхода к проблеме трения и изнашивания весьма неопределенны из-за необъятности задачи. Но если последовать рекомендациям В.Д. Кузнецова [3], который предлагал последовательно изучать отдельные стороны явлений, возникающих в процессе контактного взаимодействия поверхностей, объединяя и анализируя их затем во взаимосвязи, то можно в отдельных случаях определить основные закономерности и механизмы трения и изнашивания.

К явлениям^ в последнее время; привлекающим; пристальное внимание исследователей, относятся динамические процессы при трении:; скольжения; [4-7], которые являются; результатом автоколебаний или стохастического взаимодействия сопряженных поверхностей в пятнах контактов. Эти взаимодействия приводят к развитию упругой и неупругой деформации, распространению в глубь среды тепловой волны, обусловленной температурными вспышками в пятнах касания [8,9]. В работах [10-14] изложена концепция формирования поверхностного слоя при трении в результате многократного ударного теплового и механического воздействий в пятнах контактов, которая подтверждается экспериментальными данными как при стационарном трении, так и в случае критического трения, сопровождающегося схватыванием поверхностей.

Собственно взаимодействие в пятне контакта можно отнести к мезоскопическому уровню [15,16] и распространить представления мезомеханики на процесс трения и изнашивания [17]. Локализация напряжений и их импульсный характер при взаимодействии шероховатостей сопряженных поверхностей приводят к генерации деформационных дефектов (точечных дефектов, дислокаций, дисклинаций, мезополос сдвига и дислокаций, дисклинаций, мезополос сдвига и др.), которые, зарождаясь на поверхности, перемещаются затем вглубь, обусловливая развитие пластического течения в поверхностном слое материала. В работах [18,19] обосновывается общность характера деформирования твердого тела при трении и объемном нагружении. В этих работах показано как развивается пластическая деформация в поверхностном слое, предшествующая формированию частиц износа. Причины, вызывающие локализацию деформации в тонком поверхностном слое при трении, обсуждались в статьях [20-23], в которых на основе феноменологических представлений делается вывод о том, что локализация деформации при трении является следствием динамического характера на-гружения и фрикционного нагрева поверхности.

Тепловые процессы при треиии наиболее полно рассмотрены в теоретических, работах« А.В. Чичинадзе с сотрудниками [24-27]. Используемый ими подход позволяет найти распределение температур в элементах пары трения, когда на контакте действует переменный по времени и положению источник теплоты. При этом учитывают изменение теплофизических характеристик материалов в зависимости от температуры. Подобная задача решалась в работе [28], в который методами компьютерного моделирования изучались фрикционный нагрев материала в области единичного контакта и развитие пластической деформации под действием силы трения. Главной отличительной особенностью используемой модели являлось то, что она позволяла в процессе расчета одновременно учитывать два конкурирующих процесса - деформационное упрочнение материала основы и его разупрочнение за счет фрикционного нагрева.

Как отмечалось выше, динамические воздействия на трущиеся поверхности вызывают упругую и неупругую деформацию, локализованную в зоне контакта. Кроме того, они приводят к возникновению колебаний в трибосоп-ряжении и к генерации поверхностных волн, которые являются объектом изучения научной дисциплины «Динамика машин». Эта область механики трения наиболее развита. В России основы ее были заложены в трудах Д.М. Толстого, К.В. Фролова, В.А. Кудинова и других ученых [29-32]. Подробные исследования колебательных процессов при трении были проведены Д.Ф. Геккером [33-35], который, используя различные реологические свойства контакта, а также упругие свойства элементов пары трения и их связь с другими деталями, установил законы колебательного движения ползуна и возможности его гашения. Последнее определяет устойчивость, надежность и долговечность механических систем.

Динамика трения достигла больших успехов в области разработки и изготовления сложных узлов трения, но специфика данного раздела трибологии такова, что; она не касается вопросов взаимосвязи! колебательных; процессов^ с эволюцией структуры поверхностных слоев; материалов; при трении,= с влиянием упругих волн на; триботехнические свойства данных материалов. До сих пор структурные исследования триботехнических материалов проводятся в рамках металловедения, и лишь в последние годы анализ процессов деформирования поверхностного слоя твердого тела при трении осуществляется, исходя из принципов физической мезомеханики [36]. Однако и она ограничивается изучением деградации структуры материалов под действием статических напряжений, локализованных в пятнах касания, перенося представления одноосного нагружения на процесс трения.

Надо полагать, что дальнейшее развитие физики трения должно идти в направлении объединения физической мезомеханики с динамикой. Считаем, что первые шаги сделаны в работах С.Г. Псахье с сотрудниками [37-40], в которых представлены результаты исследований эволюции структуры поверхностных слоев при трении методом клеточных автоматов. Метод позволяет моделировать поведение материала в пятне контакта в динамике и детально исследовать механизмы эволюции структуры, отвечающие за те или иные закономерности трения и изнашивания.

В ряде работ, выполненных ранее в ИФПМ, была сформулирована концепция образования деформированного поверхностного слоя при трении в результате многократного ударного теплового и механического воздействий в пятнах контактов. Из нее следовало, что толщина деформированного слоя определяется расстоянием от поверхности, на котором эти воздействия затухают. Для экспериментальной проверки этой концепции необходимы комплексные исследования в области динамики трения и материаловедения, которые могли бы достоверно продемонстрировать особенности динамического характера трения и его роль в процессах деформирования поверхностных слоев при трении.

Целью данной работы является анализ динамики процесса трения и изнашивания, изучение особенностей:: формирования структуры поверхностного слоя; при ультразвуковых ударных воздействиях и в процессе трения; определение: триботехнических свойств материалов с модифицированными поверхностными слоями.

Работа выполнена в рамках госбюджетных НИР, включенных в проект СО РАН «Разработка научных основ формирования неравновесных состояний с многоуровневой структурой методами ионно-плазменных и импульсных электронно-лучевых технологий в поверхностных слоях материалов и получение покрытий с высокими прочностными и функциональными свойствами» и интеграционный проект СО РАН «Создание неравновесных структурно-фазовых состояний в поверхностных слоях материалов на основе разработки новых вакуумных электронно-ионно-плазменных технологий и оборудования для получения покрытий с высокими функциональными свойствами».

Научная новизна:

1. Методами непрерывной регистрации коэффициента трения и звуковых сигналов в процессе трения установлена прямая зависимость между динамикой трения и характером изнашивания, что, в первую очередь, сказывается на формировании частиц износа.

2. На основе сравнительного анализа вторичных структур, образующихся при трении и в результате ультразвукового воздействия, получены доказательства того, что высокочастотные упругие возбуждения играют основную роль в деформировании поверхностного слоя твердого тела. Определены количественные параметры образующихся вторичных структур, получены зависимости степени дисперсности на уровне перлитных колоний от глубины деформации.

3. Впервые получены количественные данные о кинетике износа и состоянии фаз тонких (< 5мкм) нанокристаллических покрытий в режиме дифракционного кино. Обоснованы причины разной степени интенсивности! изнашивания этих: покрытий, нанесенных на жесткую и деформируемую в процессе трения подложку.

Достоверность полученных экспериментальных результатов обеспечивается корректностью постановки решаемых задач, их физической обоснованностью, большим объемом экспериментальных данных и соответствием установленных закономерностей данным, полученным другими авторами.

Научная и практическая значимость работы. В диссертационной работе представлена совокупность экспериментальных результатов и установлены закономерности, расширяющие представления о динамических процессах при трении и механизмах образования деформированных поверхностных слоев.

Предложен метод химико-термической обработки стали, отличающийся от существующих комбинированием цементации и последующей ультразвуковой ударной обработки поверхностного слоя. Описана специфика влияния ультразвукового воздействия на структуру и свойства поверхности, которая может иметь важное прикладное значение при разработке комплексных методов термомеханической обработки сталей.

Результаты проведенных исследований по изучению триботехнических свойств имплантированной бронзы и ионно-плазменных покрытий показали реальные пути повышения износостойкости этого вида композиций, работающих при умеренных нагрузках. На защиту выносятся:

1. Совокупность результатов, раскрывающих закономерности влияния упругих колебаний, сопровождающихся звуковыми сигналами, на коэффициент трения и морфологию частиц износа.

2. Экспериментальное обоснование ведущей роли высокочастотных упругих возбуждений в формировании модифицированной структуры поверхностного слоя при трении, полученное физическим моделированием контактного взаимодействия, присущего трению, посредством ультразвукового воздействия па поверхность.

3. Результаты; комплексных исследований, структуры и триботехнических свойств материалов с модифицированной поверхностью, являющиеся основой для формирования новых представлений о характере контактирования таких поверхностей.

Апробация работы:

Результаты диссертационной работы были представлены на Российских и Международных конференциях: VII Российской научной студенческой конференции «Физика твердого тела», Томск, 2000 г.; Российской конференции «Новые технологии - железнодорожному транспорту», Омск, 2000 г.; Международной научно-технической конференции«Надежность машин и технических систем», Минск, 2001 г.; Международной научно-технической конференции, посвященной памяти Генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н.Д. Кузнецова, 2001 г.; VIII Российской научной студенческой конференции «Физика твердого тела», Томск, 2002 г.; 6th International Symposium "INSYCONT '02" New Achievements, in Tribology, Краков, 2002г.; I Международной конференции «Современные проблемы машиностроения и приборостроения», Томск, 2002 г.; XV Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов», Тольятти, 2003 г.; II Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии», Томск, 2003 г.; Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов, Томск, 2004 г.

Основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, опубликованных в России и за рубежом, из которых 6 - статьи в реферируемых журналах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе проведены, исследования упругих возбуждений, сопровождающихся генерацией звука при трении, которые выявили взаимосвязь динамики трения с триботехиическими характеристиками материалов. Были установлены факторы, влияющие на колебания трибосопряжения; которые: проявляются в реальных системах в виде вибраций и звука, определены условия подавления таких колебаний. Были получены: новые экспериментальные данные о природе и механизмах эволюции структуры поверхности при высокочастотном ударном воздействии, которое может служить аналогом контактирования сопряженных поверхностей при трении* Выполненные исследования« расширяю® представления о закономерностях и механизмах деградации структуры при контактных взаимодействиях и позволяют выработать рекомендации для снижения энергетических потерь при трении и уменьшения износа сопряжений.

На основании изложенного в работе материала можно сделать следующие выводы.

1. Показано, что устранение упругих колебаний в трибосистеме при сохранении условий нагружения и скорости скольжения приводит к снижению коэффициента трения и изменению характера изнашивания, на что указывает морфология частиц износа. При этом установлено, что толщина деформированного слоя, образованного в результате трения, остается одинаковой как при генерации звука, так и без него. Этот результат согласуется с имеющимися представлениями о деформации поверхностного слоя, вызванного возбуждением высокочастотных (ультразвуковых) колебаний, которые локализованы вблизи поверхности трения.

2. Модельный эксперимент с применением ультразвукового ударного воздействия показал, что изменения структуры поверхностного слоя под воздействием ультразвука; аналогичны изменениям структуры при трении. Это дает нам основание сделать заключение о том, что ультразвуковые возбуждения, которые возникают при трении скольжения в режиме адгезионного изнашивания, ответственны за формировании деформированной структуры поверхностных слоев материалов. Показано, что модифицирование поверхности металлов ультразвуковым воздействием, ионной имплантацией и ионно-плазменным напылением приводит к улучшению триботехнических характеристик материалов как в условиях сухого, так и граничного трения за счет сочетания относительно стабильного коэффициента трения и низкого износа. Улучшение свойств обусловлено не только повышением твердости поверхностного слоя, но и формированием градиентной структуры, которая обеспечивает равномерное распределение контактных напряжений и повышает демпфирующую способность материала:

Методом синхротронного излучения непосредственно в процессе трения выполнен количественный фазовый анализ состава поверхностного слоя материалов с покрытиями, нанесенными ионно-плазменным напылением. Анализ наблюдаемых фазовых изменений при трении покрытия TiN(Cu) показывает, что износ покрытия на начальных стадиях происходит в результате быстрого разрушения рыхлой капельной фракции. Износ покрытия A1N, формирование которого происходило за счет диффузии компонентов в подложку, практически отсутствовал.

1. Панин В.Е., Фомин В.М., Титов В.М. Физические принципы мезомеханикиповерхностных слоев и внутренних границ раздела в деформируемом твердом теле // Физ. мезомех. 2003. —Т. 6. - №2. - С. 5-14.

2. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. -280 с.

3. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела. т.4.-Томск: Красное знамя, 1947. -539с.

4. Крагельский И.В. Треиие и износ. М.: Матигиз, 1962. - 383 с.

5. Ишлипский А.Ю. Механика. Идеи- задачи, приложения. М.: Наука, 1985.- 624 с.

6. Геккер Ф.Р., Хайралиев С.И. Об устойчивости скольжения тел по движущемуся основанию // Трение и износ. Т.13. - №4. - 1992. - С. 581-587.

7. Кудипов В.А. Природа автоколебаний при трении;. Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов. М.: Машгиз, 1958.- 243 с.

8. Кершенбаум В.Я. Механотермическое формирование поверхностей трения. М.: Машиностроение, 1987. - 230 с.

9. Богданович П.Н., Белов В.М., Сысоев П.В. Тепловые процессы в зоне контакта трущихся тел //Трение и износ. 1992. - Т. 13. - №4. - С.624-632.

10. Колубаев A.B., Попов В.Л., Тарасов С.Ю. Структура и механизм формирования поверхностных слоев при трении. Томск, 1993. -16с. (Препр. ТФ СО РАН, №15).

11. Колубаев A.B. Изменение структуры поверхности металлических материалов при трении с высокими нагрузками: Дис. . докт. физ. мат. наук. Томск, 1996.-292с.

12. Popov V.L., Kolubaev A.V. Dynamic Models of Surface Structures FormationLin Friction // Proceedings of 10 International Colloquium (Esslingen, Germany): "Tribology Solving Friction and Wear Problems". - 1996, Vol. 3. - P. 1891 - 1897.

13. Kolubaev A.V., Tarasov S.Y., Popov V.L. Structural aspects of surface layer formation by friction // Proceedings of the 2nd International Conference on Wear Resistant Surface Layers. Prague, 1995, P. 17-19.

14. Панин В.Е. Основы физической мезомеханики // Физ. мезомех. 1998. -Т.1. -№1.-С. 5-22.

15. Панин В.Е. Физическая мезомеханика поверхностных слоев?твердых тел II Физ. мезомех. 1999.- Т.2. - №6. - С. 5-23.

16. Паиин В.Е., Колубаев А.В., Слосмаи А.И., Тарасов С.Ю., Паиии С.В.,Шаркеев Ю.П. Износ в парах трения как задача физической мезомеханики // Физ. мезомех. 2000. - Т.З . - № 1. - С. 67-74.

17. Владимиров В.И. Проблемы физики трения и изнашивания // Сборник научных трудов «Физика износостойкости поверхности металлов». Ленинград, 1988.-С. 8-41.

18. Рыбакова JI.М. Деструкция металла при объемном и поверхностном пластическом деформировании // МиТОМ. 1980. - №8. - С. 17-22.

19. Panin V., Kolubaev A., Tarasov S., Popov V. Subsurface layer formation during sliding friction // Wear. 2002, № 249. - P. 860-867.

20. Колубаев A.B., Попов B.JI., Тарасов С.Ю. Формирование субструктуры поверхностного слоя при трении // Изв. вузов. Физика. 1997. - Т.40. -№2. - С. 89-95.

21. Попов В.Л., Колубаев A.B. Анализ механизмов формирования поверхностных слоев при трении // Трение и износ. 1997. - Т.18. - №6. - С. 818826.

22. Чичинадзе A.B., Матвеевский P.M., Браун Э.Д. Материалы в триботехнике нестационарных процессов. М.: Наука, 1986. - 248 с.

23. Чичинадзе A.B., Хованский В.Н., Преженцева Н.П. Тепловая динамика трения и изнашивания скользящих электрических контактов-;. Москва-Будапешт, 1989. №30.- с. 41-62.

24. Чичинадзе A.B.Моделирование трения и изнашивания фрикционных пар // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1996. - №6. - С. 7988.

25. Рубцов В.Е. Моделирование деформационных и тепловых процессов в поверхностном слое упруго-пластичного материала при трении. Автореферат дис. . канд. физ.-мат. наук. Томск: ИФПМ СО РАН, 2004. - 18 с.

26. Толстой Д.М., Каплан Р.Л. К вопросу о роли нормальных перемещений при трении, Сб. «Новое в теории трения» // Под. ред. A.B. Чичинадзе. -М.: Наука, 1966.-280 с.

27. Дерягин Б.В., Пуш В.Э., Толстой Д.М. Теория фрикционных автоколебаний с периодическими остановками. М.: Из-во АН СССР, 1960. - 143 с.

28. Фролов К.В. Методы совершенствованиямашин и современные проблемы машиностроения. — М.: Машиностроение, 1984. 224 с.

29. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967. - 320 с.

30. Геккер Ф.Р. Динамика машин, работающих без смазочных материалов в узлах трения. М.: Машиностроение, 1983 . - 280с.

31. Геккер Ф.Р., Хайралиев С.И. Влияние шероховатости и реологических свойств контактирующих тел на; стационарные режимы скольжения. Известия ВУЗов . М.: Машиностроение. - 1986. - С.23-27.

32. Геккер Ф.Р., Хайралиев С.И. Влияние динамического контактного взаимодействия на силу трения скольжения // Машиноведение. 1985. - №5. -С. 89-93.

33. Панин В.Е. Синергетические принципы физической мезомеханики // Физ. мезомех. 2000; -Т.З. - №6 - С. 5-36.

34. Псахье С.Г., Остермайер Г.П, Дмитриев А.И., Шилько Е.В., Смолин А.Ю., Коростелев С.Ю. Метод: подвижных клеточных автоматов как новое направление дискретной вычислительной механики // Физ. мезомех. -2000 Т.З. - №2.-С. 5-13.

35. Попов В.Л., Псахье С.Г., Шилько Е.В., Дмитриев А.И., Кноте К., Бух ер Ф., Эртц M Исследование зависимости« коэффициента: трения в системе: «рельс колесо» как функции параметров материала и нагружения // Физ. мезомех. - 2002. - Т. 5. - №3. - С. 17-25.

36. Попов B.JL, Псахье С.Г., Жерве А., Кервальд Б., Шилько Е.В., Дмитриев А.И. Износ в двигателях внутреннего сгорания: эксперимент и моделирование методом подвижных клеточных автоматов // Физ. мезомех. 2001. -Т. 4. - №4. - С. 73-83.

37. Дмитриев А.И., Зольников К.П., Псахье С.Г., Гольдин C.B., Ляхов Н.З., Фомин В.М., Панин В.Е. Физическая мезомеханика фрагментации и мас-сопереноса при высокоэнергетическом контактном взаимодействии // Физ. мезомех. 2001. - Т. 4. - №6. - С. 57-66.

38. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука, 1970. - 227 с.

39. Еленевский Д.С., Шапошников Ю.Н. Исследование процессов звукоиз-лучения конструкций методами электронной спекл-интерферометрии // Изв. Самарского научного центра РАН. 2001. - Т. 3. - №2. - С.232-237.

40. А.И. Свириденок, Н.И. Мышкин и др. Акустические и электрические методы в триботехнике. Минск: Наука и техника, 1987.-280 с.

41. Попов ВШ., Колубаев А.В. Генерация поверхностных волн при внешнем трении упругих твердых тел // Письма в ЖТФ.-1995. Т.21. - вып. 19.- С. 91-94.

42. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / Э.Д. Браун, Н.А. Буше, И.А. Буяновский и др. / Под ред. А.В. Чичинадзе: Учебник для технических вузов. М.: Центр «Наука и техника», 1995. - 778 с.

43. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.

44. Рубцов В.Е., Псахье С.Г., Колубаев А.В. Изучение особенностей формирования контакта шероховатых поверхностей на основе метода частиц // Письма в ЖТФ.—1998. — Т. 24. — №5. — С. 28-32.

45. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 111с.

46. Фадин Ю.А., Булатов В.П., Киреенко О.Ф. Взаимосвязь износа и энергозатрат при трении металлов в отсутствие смазочного материала // Трение и износ. 2002. - Т.23. - №5. - С.566-570.

47. Марков Д.П., Келли Д. Адгезионно-инициируемые типы катастрофического изнашивания // Трение и износ. 2002. - Т.23. - №5. - С. 483-493.

48. Любарский И. М., Палатник JI. С. Металлофизика трения. Mi: Металлургия, 1976. - 176 с.

49. Машков Ю.К., Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н., Орлов П.В. Трение и модифицирование материалов трибосистем. М.: Наука, 2000. - 280 с.

50. Рапопорт JI.C. Уровни пластической деформации поверхностных слоев и их связь с процессом изнашивания // Трение и износ. — 1983. Т. 4, № 1. -С. 121-131.

51. Tarasov S. Yu., Kolubaev A.V. Effect of friction on subsurface layer microstructure in austenitic and martensitic steels // Wear. 1999. - V.231 P. 228234.

52. Chue C.H., Chung H.H., Liu J.F., Chou C.C. The effects of strain hardened layer on pitting formation during rolling contact // Wear. 2001. - V.249. P. 109-116.

53. Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Бершадский Л.И. Механохимические процессы при граничном трении. М.: Наука, 1972. - 170 с.

54. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металлов. -М.: Машиностроение, 1982. 212 с.

55. Справочник по триботехнике / Под ред. М. Хебды, А.В. Чичинадзе. В 3 т. Т. 1. Теоретические основы. М.: Машиностроение, 1989. - 400 с.

56. Ригни Д. Процессы изнашивания при трении скольжения // Трение и износ. 1987. - Т.7. - №8.- С. 17-22.

57. Ригни Д. Некоторые замечания по вопросу изнашивания при скольжении // Трение и износ. 1992. - Т. 13.- №1.-С.21-27.

58. Горский В.В., Чу бен ко А Г!. Якубцов И.А. О строении легированных кислородом структур в контактной зоне трения- никеля // Металлофизика, 1987. -Т.9, № 2. С. 116-117.

59. Oesterle W., Gesetzke W., Griepentrog M., Klafflce D., Urban I. Microstrac-tural aspects controlling friction and wear of engineering materials // Proceedings of 2nd World Tribology Congress (Austria). 2001. - P.269-272.

60. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии / Пер. с англ. А.В. Белого, Н.К. Мышкина; Под ред. А.И. Свириден-ка. -М.: Машиностроение, 1986. 360 с.

61. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения материалов. М.: Металлургия, 1984.- 280 с.

62. Рыбин B.B. Большие пластические деформации и разрушение металлов. -М.: Металлургия, 1986. 224 с.

63. Тарасов С.Ю., Колубаев A.B. Структура поверхностных слоев трения сплава 36НХТЮ // Изв. Вузов. Физика. 1991. - Вып. 8. - С. 9-12.

64. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения / И.И. Беркович, Д.Г. Громаковский; Иод ред. Д.Г. Громаковского: Учебник для вузов Самар. гос. техп. ун-т. Самара, 2000. - 268 с.

65. Горбунов В.Ф. Условия микротекучести поверхностного, слоя // Сборник научных трудов «Физика износостойкости поверхности металлов». Ленинград, 1988. - С. 75-77.

66. Тарасов С.Ю., Колубаев A.B., Липницкий А.Г. Применение фракталов к анализу процессов трения // Письма в ЖТФ. 1999. - Т.25. - №31- С. 8288.

67. Легостаева Е.В., Шаркеев Ю.П.Закопомерпости и механизмы изнашивания феррито-перлитной стали, имплантированной: ионами молибдена // Трение и износ. 2002. - Т.23. - №5. - С.529-536.

68. Крагельский ШЗ., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1987.- 526 с.

69. Тушинский Л.И., Потеряев Ю.П. Проблемы материаловедения в трибологии. Новосибирск: НЭТИ, 1991. - 64 с.

70. Фадин Ю.А., Лексовский A.M., Гинзбург Б.М., Булатов В.П. Периодичность акустической эмиссии при сухом трении пары сталь латунь // Письма в ЖТФ.- 1993.-Т. 19. - Вып. 5. - С. 10-13.

71. Фадин Ю.А. Динамика разрушения поверхности при сухом трении // Письма в ЖТФ. 1997. - Т. 23. - №15. - С. 75-78.

72. Колесникова А.Л., Овидько И.А., Романов А.Е. Периодическая эволюция ансамбля дефектов в кристаллах при сухом трении// ФТТ. 1997. - Т. 39. - №3. - С. 497-498.

73. Suh N.P. The delamination theory of wear // Wear. 1973. Vol. 25. - № 1. -P. 111-124.

74. Васильев A.B. Снижение низкочастотного шума и вибрации силовых и энергетических установок // Изв. Самарского научного центра РАН. -2003. Т. 5. - №2. - С.419-429.

75. Погосян А.К., Макарян В.К., Ягубян А.Р. Звук как экологическая характеристика новых фрикционных материалов // Трение и износ. 1993. -Т. 14. - №3. - С.539-544.

76. Крагельский И.В., Гитис Н.В. Фрикционные автоколебания. М.: Паука, 1987.-181 с.

77. Гаркунов Д.Н. Триботехника: Учебник для студентов вузов. -• М: Машиностроение, 1985. 424с.

78. Bergman F., Erriksson М., Jacobson S. Influence of disk topography on generation of brake squeal // Wear. 1999; - V. 225-229. - P. 621-628

79. Jibilci Т., Shima M., Akita H., Tamura M. A basic study of friction noise caused by fretting // Wear. 2001. - V. 251. - P. 1492-1503.

80. Гриценко Б.П., Круковский K.B., Кашин O.A. Деформационное поведение ионно-имплантированных а-железа и стали 45 при трении и износе в условиях подавления акустических колебаний // Физическая мезомеханика. Спец. выпуск. 4.1. 2004. - С. 415-418.

81. Chen G.X., Zhou Z.R. Correlation of negative-velocity slope with squeal generation under reciprocating sliding conditions // Wear. 2003. - V. 255. - P. 376-384.

82. Guangxiong C., Zhongrong Z., Kapsa P., Vincent L. Effect of surface topography on formation of squeal under reciprocating sliding // Wear. 2002. - V. 253. -P. 411-423.

83. Бородин Ф.М., Крюкова И.В. Фрикционные автоколебания, обусловленные деформированием шероховатостей контактирующих поверхностей // Письма в ЖТФ. 1997. - Т.23. - В. 6. - С. 67-73.

84. Eriksson М., Bergman F., Jacobson S. Surface characterization of brake pads after running under silent and squealing conditions // Wear. 1999. - V. 232. - • P. 163-167.

85. Suh N.P. An overview of the delamination theory of wear // Wear. 1977.-Vol.44. - № 1 -P. 1-16.

86. Alexeyev N. M., Kuzmin N. N., Trankovskaya G. R. and Shuvalova E. A. On the similarity of friction and! wear processes at different scale levels // Wear. -1992.-V.156.-P. 251-261.

87. Панин В.E., Витязь П.А. Новые му jiьтидисциплинарные подходы в современном физическом материаловедении // Материалы Международно го конгресса «Наука и образование на пороге III тысячелетия». — Минск: Изд. Аналитического центра НАН Б, 2001. С. 733-743.

88. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука, 1985. - 229 с.

89. Конева Н.А., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности пластической деформации // Структурные уровни пластической деформации и разрушения / Отв. редактор В.Е. Панин. Новосибирск: Наука, 1990. - С.123-186.

90. Конева Н.А., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности пластической деформации // Изв. вузов. Физика. 1990. - № 2. - С. 89 - 106.

91. Журн. «Изв. вузов. Физика»: Тематич. вып. «Физическая механика среды со структурой». 1992. - Вып. 35. - № 4. - 124 с.

92. В.Е. Панин. Современные проблемы пластичности и прочности твердых тел // Изв. вузов. Физика. 1998. - № 1. -СП - 34.

93. Буторин Д.Е. Связь дислокационных механизмов упрочнения с показателями прочности, трещиностойкости и износостойкости углеродистых сталей. Дис. . канд. техн. наук. Новосибирск: НГТУ, 2002. - 200 с.

94. Витязь П.А., Панин В.Е., Белый A.B., Колубаев A.B. Механика пластической деформации и разрушения поверхностно упрочненных твердых тел в условиях трения // Физическая мезомеханика. 2002. - Т. 5. - № 1. - С. 1528.

95. Белый A.B., Кукареко В.А., Рубцов В.Е., Колубаев A.B. Сдвиговая пластическая деформация и износостойкость ионно-модифицированных материалов с твердыми слоями// Физическая мезомеханика. 2002. - Т. 5. -№ 1.-С. 51-57.

96. Панин C.B., Алхимов А.П. и др. Исследование влияния адгезионной прочности на характер развития пластической деформации на мезоуровне композиций; с газодинамически напыленными покрытиями // Физическая мезомеханика. 2000. - Т.З, № 4. - С. 97- 106.

97. Sizowa О., Kolubaev A., Trusova G. Einfluß der Struktur von BoridßSchutzschichten auf Reibung und Gleitverschleiß // Metall. 1997. -51. Jahrgang.-N 12. - S. 713-716.

98. Сизова O.B., Колубаев A.B. Структурные особенности и механические свойства боридных покрытий // Материалы, технологии, инструменты. — 2002.-Т. 7. № 1. - С. 62-68.

99. Минаев A.M., Минаева Л.П. О механизме формирования рельефа на поверхностях контакта при трении // Современные проблемы триботехноло-гии / Тез. докладов. Николаев, 1988,- С. 18-19

100. Савченко H.JL, Кульков С.Н. Структуры, формирующиеся на поверхностях трения и износостойкость трансформационно упрочненной керамики // Вестник Томского гос. университета. Томск: ТГУ, 2003. №13. - С. 5870.

101. Savehenko N.L., Korolev P.V., Melnikov A.G., Tarasov S.Yu., Kulkov S.N. Wear and friction of transformation-toughened CMC and MMC // Wear. -2002.-V.249. -P. 892-900.

102. Дидеико А.Н., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А .И. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. -Томск: Изд. НТЛ, 2004. -328 с.

103. Брюхов В ¿В. Повышение стойкости инструмента методом ионной имплантации?;— Томск: Изд-во ПТЛ, 2003. 120 с.

104. Барвинок В.А., Богданович В.И. Расчет остаточных; напряжений в плазменных; покрытиях; с: учетом^ процесса? наращивания» слоев.// Физика и химия обработки материалов. 1991 .№4. С.95-101.

105. Гоичареико И.М. Комплексное; модифицирование сталей и покрытий« TiN в плазме дуговых разрядов низкого давления. Автореферат дис. . канд. техн. наук. Томск: ИФПМ СО РАН, 2004. - 18 с.

106. Способы металлографического травления: Справ, изд. Пер. с нем. Бек-керт М., Клемм X., 2-е изд. перераб. и доп. М.: Металлургия, 1988. - 400 с.

107. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1958.-322 с.

108. Рубцов В.E., Колубаев А.В., Попов В.Л. Численное исследование температурного режима в пятне контакта при трении со схватыванием // Изв. вуз. Физика. 1999. - Т.42. - №.9. - С. 58-64.

109. Рубцов В.Е., Колубаев А.В. Пластическая деформация и квазипериодические колебания в трибологической системе // ЖТФ. 2004. Т. 74. В. 11. С. 63-69.

110. Власов В.М., Мельниченко Н.В., Рейзер Е.С. Диагностика методом акустической эмиссии процессов разрушения мостиков схватывания при трении сталей без смазочного материала // Трение и износ.- №2.- С.257 -261.

111. Палатник Л.С., Равицкая Т.М., Островская Е.Л. Структура и динамическая долговечность сталей в условиях тяжелого иагружения. Челябинск: Металлургия, 1988.- 160 с.

112. Сизова О.В., Колубаев Е.А. Влияние ультразвуковой ударной обработки на структуру и свойства перлита. // Изв. вуз. Физика. 2003. - №.2. - С. 2730.

113. Sizova O.V., Kolubaev Е.А., Tolmachev A.I., Borisov M.D. Structure transformation and associated diffusive and mechanical processes during ultrasonic treatment and friction of cemented steel // Tribologia (Poland) 2002. №6. - C. 1601-1613.

114. Белоус M. В., Черепин В. Т. Изменения в карбидной фазе стали под влиянием холодной пластической деформации. // ФММ. 1962. - Т. 14, вып. 1.-С. 48 -54.

115. Гаврилюк В.Г., Герцрикен Д.С., Полушкин Ю.А., Фальченко В.М. Механизм распада цементита при пластической деформации стали. // ФММ. 1981.-Т.51.-Вып. 1.-С. 147-152.

116. Тушинский Л.И., Батаев А.А., Тихомирова Л.Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали. Новосибирск: Наука, 1993. - 278 с.

117. Бернштейн M.JI. Структура деформированных металлов. М.: Металлургия, 1977. - 431 с.

118. Гриднев В.Н., Мешков Ю.Я., Пахаренко Г.А. // Металлофизика. 1975. -Вып. 59. - С. 3-13.

119. Heilmann P., Clark W.A., Rigney D.A. Orientation determination of subsurface: cells generated by sliding//Acta. Met. 1983. -v.31,№8.-P.1293-1305.

120. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Металловедение в науке о трении и изнашивании //МиТОМ. 1985. - №5. - С. 16-23.

121. Тушинский Л.И., Плохов A.B., Столбов A.A., Синдеев В.И. Конструктивная прочность композиции основной металл-покрытие. -- Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. 296 с.

122. Колобов Ю. Р., Кашин О. А., Дударев Е. Ф. и др. Влияние ультразвукового деформирования поверхности на структуру и механические свойства поликристаллического и наноструктурного титана. Изв. вузов.Физика.2000. Вып. 9. -С. 45 - 50.

123. Панин А.В., Клименов В.А., Почивалов Ю.И., Сон А.А. Влияние состояния поверхностного слоя на механизм пластического течения: и сопротивление деформации малоуглеродистой стали. // Физ. мезомех.2001. -Т. 4.-№4. С. 85-92.

124. Сизова О.В., Колубаев Е.А., Брюхов В.В. Триботехнические свойства алюминиевой бронзы после ионной имплантации. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2005. - №2. - С. 46-50.

125. Коротаев А.Д., Тюменцев А.Н., Пинжин Ю.П., Овчинников С В Коваль Н.Н., Гончаренко И.М. Сверхтвердые нанокристалличеекие покрытия. // Физ. мезомех. Спец. Выпуск, 4.2. - 2004; - С. 3-7.

126. Белоцерковский M.A. Триботехнические характеристики газоплазменных покрытий // Трение и износ. 2000. Т.21. №5. С.534-538.

127. Девойно О.Г., Кардаполова М.А., Спиридонов П.В. Повышение износостойкости порошковых покрытий на медной основе, полученных лазерным легированием // Трение и износ. 2002. Т.23. №6. С. 675-677.

128. Мубоядгиян C.A., Будиновский C.A., Терехова B.B. Ионно-плазменные диффузионные алюминидные покрытия для лопаток газовых турбин // МиТОМ. 2003. №1. С. 14-21.

129. Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н., Вершинин Г.А., Орлов П.В. Износостойкость твердых сплавов системы WC-Co, модифицированных ионными пучками различной интенсивности // Трение и износ. 1998. Т. 19, № 4. С. 475-479.