Высокотемпературные трибологические свойства аддитивно изготовленных композитов CuAl7-W-WC

Сотрудниками ИФПМ СО РАН разработаны износостойкие композиционные материалы на основе алюминиевой бронзы с добавкой частиц вольфрама и карбида вольфрама. Такие композиты были получены с использованием гибридной аддитивной электронно-лучевой технологии с применением бронзовой проволоки и порошков W и WC.
Определение закономерностей трибологического поведения при сухом трении проводили методом возвратно-поступательного трения цилиндрических контртел из стали AISI 52100 по поверхностям аддитивно-выращенных материалов при температурах 25, 150, 300°С и относительной влажности 40–50 %.
Установлено, что максимальные значения коэффициента трения чистой бронзы и композитов достигались при температуре испытаний 150 °С. Поведение значений коэффициента трения в зависимости от температуры испытаний с максимумом для всех исследованных материалов было связано с тем, что изначально с повышением температуры смазывающее действие меди снижалось под влиянием трибослоя, состоящего из твердых частиц оксида железа. Такое нарушение смазывающего эффекта сопровождалось увеличением среднего коэффициента трения при температуре 150 °С. Затем при дальнейшем повышении температуры до 300 °С образующийся трибослой подвергался процессу частичного спекания, в результате которого материалы покрываются защитным плотным композиционным трибослоем с хорошими антифрикционными свойствами. В случае бронзы CuAl7 такой композиционный трибослой содержал смесь оксидов железа и оксидов меди; в случае композитов CuAl7-W-WC к оксидам железа и меди добавлялись частицы износа, состоящие из W и WC. Поскольку в подповерхностной структуре композитов CuAl7-W-WC присутствовали сильно деформированные вольфрам-содержащие частицы, экранирующие абразивное действие W и WC, это послужило причиной того, что стальное контртело при температуре 300 °С изнашивалось меньше, чем в случае пары “сталь/бронза CuAl7”.

Полученные композиты CuAl7-W-WC представляют большой интерес как для промышленного применения, так и для научных исследований, поскольку изменение их компонентов позволяет создавать материалы с превосходными механическими, физическими и химическими свойствами, адаптированными к конкретным применениям. Следует отметить, что твердые частицы WC не претерпевают фазовых изменений при нагревании и охлаждении и могут сохранять хорошую стабильность при высоких температурах.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема FWRW-2022-0004. Результаты исследования опубликованы в журнале Wear (Q1, Impact factor 5.3).

Evgeny Moskvichev, Nikolay Shamarin, Nickolai Savchenko. High temperature tribological properties of additively manufactured WC reinforced CuAl7–W composites // Wear, Volumes 556–557, 15 November 2024, 205535 https://doi.org/10.1016/j.wear.2024.205535