«Медно-оловянные сплавы имеют тысячелетнюю историю и по-прежнему широко используются для изготовления деталей машин как с антифрикционными (подшипники скольжения, подпятники, вкладыши, направляющие, уплотнения, шарнирные устройства и другие), так и с фрикционными свойствами (тормозные, передаточные узлы и прочие), работающих в условиях термической нагруженности до 600 °C. Триботехнические свойства сплавов зависят от их структурно-фазового состояния, изменяя которое можно задавать определенный уровень антифрикционных и противоизносных свойств медно-оловянного материала», — рассказывает руководитель группы металлических композиционных материалов ИХТТМ СО РАН доктор химических наук Татьяна Фёдоровна Григорьева.

Триботехника — раздел физики, занимающийся изучением процессов взаимодействия контактирующих поверхностей при их относительном перемещении. Основная цель — нахождение путей снижения трения и изнашивания.

Традиционные медно-оловянные бронзы имеют высокую износостойкость, но низкую прочность, поэтому очень важно найти способ повысить второй параметр при сохранении первого. Механохимический подход к получению композитных (многокомпонентных) структур и последующее электроконтактное спекание позволяют варьировать фазовый состав медно-оловянных бронз и, соответственно, их свойства. После изучения механических характеристик материалов, полученных электроконтактным спеканием механохимически синтезированных сплавов меди и олова, стала понятна зависимость свойств от времени механической активации (МА).

«Механохимический подход заключается в физико-химическом изменении свойств соединений и их смесей при механическом воздействии на вещества, участвующие в реакции. Механическая же активация — это ни что иное, как увеличение реакционной способности (или физико-химических свойств) обрабатываемых веществ в последующих процессах и реакциях. То есть мы активируем участвующую в реакции систему и придаем ей необходимые свойства. Электроконтактное спекание является высокоэффективным способом получения твердых материалов из порошкообразных компонентов, в одном процессе совмещается операция формирования и спекания состава, что значительно сокращает как временные, так и энергетические затраты», — комментирует Татьяна Григорьева.

Исследования показали, что при малых временах активации (40 секунд) спеченные материалы имеют плотную структуру с незначительным количеством несплошностей (трещин, пор), при этом высокую износостойкость, но низкую микротвердость. При больших временах (20 минут) материал имел высокую микротвердость, но менее плотную структуру и существенно меньшую износостойкость. Стало понятно, что, варьируя только время МА, не удается обеспечить требуемые механические свойства триботехнического материала. Поэтому ученые смешали прекурсоры (вещества, участвующие в химической реакции), полученные в течение короткого и длительного времени механической активации, в массовом соотношении 40 % к 60 % соответственно и достигли улучшения механических свойств синтезированного материала.

«Благодаря проведенной работе стало понятно, что в случае варьирования соотношения компонентов смеси с различным временем механической обработки можно получать материалы с заданной структурой и требуемыми свойствами. Достоинствами данной технологии являются высокая экономичность, возможность реализации без создания защитной атмосферы и экологическая чистота», — резюмирует Татьяна Григорьева.

Результаты исследования будут использованы при производстве медно-оловянных материалов для узлов трения, работающих при высоких механических и тепловых нагрузках, абразивном изнашивании, в том числе при ограниченной смазке или ее отсутствии.