физика. Нелинейные колебания упругих сферических наночастицв тонких пленках жидких и твердых смазок как механизм

• Название: Нелинейные колебания упругих сферических наночастицв тонких пленках жидких и твердых смазок как механизм
• Анкор: физика
• Дата: 24.05.2023
• Размер: 207.73 Kb.
• Имя файла: nelineynye-kolebaniya-uprugih-sfericheskih-nanochastits-v-tonkih.pdf
• Тип: Документы; #1156856

73
Григорьев С.Н., Лоскутов А.И., Мандель А.М. и др. / Физическая мезомеханика 15 6 (2012) 73–78
УДК 620.179.112
Нелинейные колебания упругих сферических наночастиц
в тонких пленках жидких и твердых смазок как механизм
уменьшения трения
С.Н. Григорьев, А.И. Лоскутов, А.М. Мандель, В.Б. Ошурко,
Г.И. Соломахо, В.Ю. Фоминский
1
Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва, 127055, Россия
1
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, 115409, Россия
Установлено, что небольшие присадки твердосмазочных наночастиц дихалькогенидов переходных металлов (типа WSe
2
, MoS
2
,
WS
2
и т.п.) с фуллереноподобной структурой могут значительно уменьшать коэффициент трения в тонких пленках жидких смазок,
но увеличивать его в пленках твердосмазочных покрытий. Причина отмеченного противоречия — гораздо большая подвижность наночастиц в пленках в случае жидкой смазки. Если шероховатость поверхности сравнима с размерами наночастиц, то основным механизмом уменьшения трения в режимах граничной и смешанной смазки может являться вибрационное уменьшение трения,
вызванное нелинейными вертикальными колебаниями слайдера. Построена математическая модель, описывающая этот процесс.
В твердопленочных покрытиях наночастицы увеличивают шероховатость поверхности, а двигаться могут, только проворачиваясь на месте.
Ключевые слова: наночастицы, трение, пленки твердой и жидкой смазки, нелинейные колебания, вибрационный механизм уменьшения трения
Nonlinear vibrations of spherical elastic nanoparticles in thin fluid and
solid film lubricants as a friction reduction mechanism
S.N. Grigoriev, A.I. Loskutov, A.M. Mandel, V.B. Oshurko, G.I. Solomakho, and V.Yu. Fominsky
1
Stankin Moscow State Technological University, Moscow, 127055, Russia
1
MEPhI National Research Nuclear University, Moscow, 115409, Russia
It is found that small additives of solid lubricant nanoparticles of transition metal dichalcogenides (WSe
2
, MoS
2
, WS
2
, etc.) with a fullerene-like structure can significantly decrease the friction coefficient in thin fluid film lubricants while increasing it in solid film lubricants. The contradiction owes to much higher mobility of nanoparticles in fluid film lubricants. If the surface roughness compares with nanoparticles sizes, the main mechanism for friction reduction in boundary and mixed lubrication can be vibrational friction reduc- tion due to nonlinear vertical slider vibration. A mathematical model describing the process is constructed. In solid films, nanoparticles increase the surface roughness and can move only by rotation in one place.
Keywords: nanoparticles, friction, solid and fluid film lubricants, nonlinear vibrations, vibrational mechanism of friction reduction
© Григорьев С.Н., Лоскутов А.И., Мандель А.М., Ошурко В.Б., Соломахо Г.И., Фоминский В.Ю., 2012
1. Введение
Довольно много работ последнего времени посвя- щено эффекту улучшения трибологических свойств жидких и твердых смазок за счет добавок наночастиц дихалькогенидов переходных металлов типа
2
MX
(М — переходный металл, например W или Мо; Х —
халькоген, например S либо Se), в том числе фуллере- ноподобных [1–8]. Такие наночастицы обычно обла- дают довольно значительной упругостью и твердостью и имеют близкую к сферической форму. Небольшие до- бавки этих частиц к смазочным маслам, как выяснилось,
существенно уменьшают коэффициент трения в режиме смешанной смазки. Однако все авторы отмечают неод- нозначность интерпретаций этого явления и сложность его зависимости от размеров частиц и свойств поверх- ности. С другой стороны, методом молекулярной дина- мики показано, что отдельные наночастицы могут лишь увеличивать коэффициент трения и износ за счет пропа-

Григорьев С.Н., Лоскутов А.И., Мандель А.М. и др. / Физическая мезомеханика 15 6 (2012) 73–78
74
хивания [3]. Иными словами, механизм описываемого явления до сих пор не вполне ясен. Одни авторы [1, 2]
полагают, что трение уменьшается в основном из-за пе- рехода от трения скольжения к трению качения за счет
«проворачивания» наночастиц как своеобразных нано- подшипников. Это, по мнению авторов, подтверждается их сферической формой и графитоподобной структурой со слабой связью отдельных слоев для частиц типа
MX
2
Авторы работ [4–7] считают, что главный механизм уменьшения трения — послойное «растирание» таких наночастиц в тонкие пленки, покрывающие трущиеся поверхности и заполняющие шероховатости как твердо- смазочный материал. Основной аргумент при этом —
слишком большие абсолютные значения итогового коэф- фициента трения, не характерные для процесса качения.
Подобные частицы
2
MX внедрялись и в полимер- ные пленки на твердых поверхностях. Согласно [1], в разных ситуациях это может как улучшать, так и ухуд- шать их трибологические свойства. Естественно поста- вить вопрос о влиянии таких наночастиц на трение в твердосмазочном (а не жидком) покрытии того же мате- риала. В [8–14] описана технология лазерного напыле- ния тонких пленок твердосмазочного покрытия
2
MoSe на поверхность упрочняющего слоя алмазоподобного углерода ?-С с включениями или без включений нано- частиц
MoSe
2
В настоящей работе были получены об- разцы, как содержащие, так и практически не содержа- щие наночастицы
2
MoSe на поверхности покрытия ди- селенида молибдена. Как будет показано ниже, наши измерения показали, что с ростом процентного содер- жания подобных включений трибологические свойства поверхности в целом ухудшаются. Заметим, что этот вывод следует как из анализа результатов трибологи- ческих испытаний, так и из измерений латеральных сил методом атомно-силовой микроскопии.
Основная цель настоящей работы — предложить но- вый, по возможности более обоснованный трибологи- ческий механизм действия наночастиц в тонких плен- ках. Более того, будет предложена математическая мо- дель этого механизма. Она должна, в частности, объяс- нить «противоречивую» роль наночастиц в пленках жидкой и твердой смазки. Кроме того, эта модель ка- чественно описывает скоростную зависимость коэффи- циента трения (в жидкой смазке это аналогично извест- ным кривым Штрибека [4]).
2. Экспериментальные методы и результаты
Образцы твердосмазочных покрытий были получе- ны методом импульсного лазерного напыления, описан- ным подробно в [15]. В данном методе поток частиц от абляционного факела, образуемого (импульсно-перио- дическим) лазерным излучением на поверхности мише- ни, осаждается на выбранной подложке. В качестве под- ложки использовались диски из стали ШХ6. Для увели- чения износостойкости покрытия вначале наносился слой алмазоподобного углерода толщиной около
200 нм. Далее, путем вариации числа импульсов попе- ременно на мишени диселенида молибдена и графито- вой мишени создавалось покрытие с градиентом кон- центрации углерода (50–0 %) в твердосмазочном слое диселенида молибдена толщиной около

100 нм. Как показано в [14], в случае «прямого» пролета частиц от факела к подложке образуется значительное количество частиц («капель») размером от 1 до 5 000 нм. Чтобы избежать напыления таких нано- и микрочастиц, между мишенью и подложкой устанавливался так называемый
«противокапельный» экран, препятствующий прямому пролету частиц. В итоге были изготовлены две серии образцов: с покрытием, содержащим наночастицы, и покрытием практически без таких частиц. Как показал анализ профилей поверхности, полученных методом атомно-силовой микроскопии, шероховатость поверх- ности в обоих случаях составляла величину 15–30 нм,
причем наночастицы на образце 1 имели широкое рас- пределение по размерам с максимумом около 200 нм.
Рис. 1. Профили образцов поверхности, покрытой пленкой с включениями наночастиц МoSe
2
. Правый образец получен с противокапельной заслонкой
100 0
200 300
нм
200 0
400 600 800
нм
0 10 20 30 40
мкм
0 10 20 30 40
мкм
0 10 20 30 40
мкм
0 10 20 30 40
мкм

75
Григорьев С.Н., Лоскутов А.И., Мандель А.М. и др. / Физическая мезомеханика 15 6 (2012) 73–78
Не исключено, что некоторые наночастицы
2
MoSe име- ют «ядро» из чистого молибдена [14]. Различия в профи- лях поверхностей образцов видны на рис. 1.
Трибологические измерения проводились как обыч- ным макроскопическим методом, так и путем измерения латеральных сил средствами зондовой микроскопии. В
качестве макроскопического традиционного триботеста использовалось скольжение стального шарика диамет- ром 3 мм. При этом скорость скольжения достигала
10 см/с, а нормальная нагрузка — 1 Н. Измерения про- водились в воздухе при нормальном атмосферном дав- лении и влажности 50 %. Результаты кратко представле- ны в табл. 1.
В качестве зондового микроскопа использовался се- рийный CSM-Instruments (Switzerland), оборудованный индентором Берковича с алмазным наконечником. С его помощью на каждом образце создавались канавки с це- лью разнообразить структуру поверхности. Измерения проводились отдельно на недеформированной поверх- ности и внутри двух канавок с разной глубиной. Краткие результаты этих измерений сведены в табл. 2.
Опуская детали полученных результатов, видим, что практически всегда макроскопический коэффициент трения на образце с большим содержанием частиц
2
MoSe несколько выше. Этот результат коррелирует с независимыми наноизмерениями (см. также [16]).
3. Обсуждение результатов. Механизм трения с
наночастицами и его простая математическая
модель
Таким образом, различная роль наночастиц в плен- ках твердой и жидкой смазки требует объяснения. С на- шей точки зрения, объяснение достаточно очевидно:
различный характер подвижности частиц в таких сре- дах.
Рассмотрим случай жидкой смазки. В этом случае
«качению» наночастиц практически ничто не препятст- вует. Как известно, «главный выигрыш» при переходе от трения скольжения к трению качения обусловлен сле- дующим фактором: плечо силы реакции опоры пример- но равно радиусу пятна фактического контакта с опо- рой, а плечо силы трения — радиусу «колеса» R. Именно поэтому коэффициент трения качения обратно пропор- ционален радиусу колеса и имеет обычно меньшее абсо- лютное значение. Ясно, однако, что такая ситуация воз- можна лишь при качении по очень гладкой поверхности,
для которой средний размер шероховатостей a
R много меньше R. Рассматриваемую ситуацию хорошо иллюст- рирует схема из статьи [6], представленная на рис. 2.
Легко видеть, что в такой картине гладкое качение невоз- можно. Здесь сопротивление при качении наночастиц обусловлено необходимостью «перекатывания» через
«пороги», средняя высота которых a
R вполне соизмери- ма с R. Это и отвечает, по нашему мнению, на вопрос работы [4]: почему абсолютные значения коэффициента трения столь велики и характерны скорее для сколь- жения?
В такой ситуации сила реакции со стороны шерохо- ватостей поверхности приобретает хаотически меняю- щуюся вертикальную составляющую. Это неизбежно ведет к вертикальным вибрациям слайдера при его дви- жении. Они, разумеется, будут иметь место и в отсутст- вие наноприсадок в режиме граничной и смешанной смазки. Но ясно, что при наличии последних эти верти- кальные колебания будут более ярко выражены, причем наночастицы
2
MX будут работать как «нанопружины»
за счет своей упругости. Ясно также, что колебания бу- дут нелинейными, поскольку жесткость таких «нано- пружин» будет пропорциональна площади контактных пятен, меняющихся по ходу вертикальных колебаний.
Отметим, что учету нелинейных упругих колебаний в твердых и гранулированных средах посвящено доста- точно много работ [17, 18].
Таблица 1
Коэффициент трения как результат «протирания»
шариком поверхности (ball-on-flat test)
Номер образца
1 2
Среднее значение
0.08 0.06
Максимальное значение
0.12 0.11
Таблица 2
Коэффициент трения как результат микроскопических исследований
Средняя латеральная сила, нН Коэффициент трения
Образец 1
Образец 2
Образец 1
Образец 2
Недеформированная
0.440 0.383 0.005 0.004
поверхность
Мелкая канавка
0.488 0.160 0.007 0.003
Глубокая канавка
0.543 0.079 0.007 0.001
Рис. 2. Схема, иллюстрирующая роль наночастиц в зоне трения [6]
Wear debris
Oil
IF nanoparticles
Film of IF sheets

Григорьев С.Н., Лоскутов А.И., Мандель А.М. и др. / Физическая мезомеханика 15 6 (2012) 73–78
76
Можно записать уравнение таких колебаний:
),
(
sin
2
)
(
0 2
t
F
z
Rm
EN
z
a
z
z
?
=
?
+
?
+ 

(1)
где z — вертикальная координата, точкой сверху обозна- чено дифференцирование по времени; ? — время релак- сации колебаний; E — модуль Юнга для диселенида молибдена; а(z) — радиус пятна фактического контакта,
изменяющийся в процессе колебаний; R — радиус нано- частиц; N — общее число наночастиц в интерфейсе тре- ния; m — масса слайдера; ?—циклическая частота вынуждающей силы.Она зависит от скорости движения слайдера v и характерного расстояния между шерохо- ватостями поверхности l:
2
l
v
?
=
?
(2)
Амплитуду вертикальной вынуждающей силы можно представить в виде:
a
2 0
R
m
F
?
=
Вертикальная координата z в (1) отсчитывается от по- ложения равновесия слайдера
0
z (по сути, это средняя деформация отдельной наночастицы), которое можно найти из условия:
,
2
)
(
0 0
2
z
R
E
z
a
N
P
?
=
(3)
где P [H]— вертикальная нагрузка на слайдер.
Если бы величина а в (1) была бы постоянной, реше- ние этого уравнения давало бы обычные колебания с частотой вынуждающей силы и амплитудой резонанс- ного вида:
,
1 1
2 1
2 2
2 2
2 0
a
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
+
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
= R
A
(4)
где собственная частота колебаний слайдера
2 2
2 0
Rm
EN
a
?
=
?
(5)
Уже это обеспечило бы уменьшение силы трения в ре- жиме граничной и смешанной смазки за счет сокраще- ния времени и площади фактического контакта поверх- ностей. Кроме того, формулы (2), (4) обусловливают и скоростную зависимость коэффициента трения. Ясно,
что с ростом скорости амплитуда вертикальных ко- лебаний растет по мере приближения ?к
0
? Нели- нейность дополнительно увеличивает этот эффект за счет среднего всплытия слайдера.
Чтобы оценить и этот эффект, представим в явном виде ангармонический член в (1), разложив функцию
а(z) в окрестности положения равновесия:
)
(
z
a
a
z
a

+
?
Тогда уравнение (1) перепишем в виде:
),
(
sin
0 2
2 0
t
F
z
z
z
z
?
=
?
+
?
+
?
+ 

(6)
где ? — так называемый коэффициент ангармонизма,
определяющий квадратичную нелинейность вертикаль- ных колебаний, имеет вид:
Rm
EN
a
a 
?
=
?
(7)
Как правило, последнее слагаемое в левой части (6)
много меньше предыдущего. Отметим, что всегда ? > 0.
Приближенное аналитическое решение этого уравне- ния, не исчезающее при t > ?, с точностью до членов ?
(например, [19]) имеет вид:
)
2
(
sin
)
(
sin
)
(
2 1
z
t
B
t
A
t
z
?
+
?
?
?
?
+
?
?
?
?
=
(8)
Здесь первый член — обычное решение линейного уравнения; второй описывает известную вторую гармо- нику, всегда появляющуюся в нелинейных колебаниях;
B — ее амплитуда;
2
,
1
?
?
— постоянные фазовые сдвиги этих гармоник относительно фазы внешней силы. Инте- ресующее нас всплытие слайдера определяется послед- ним постоянным слагаемым
1 1
2 2
1 2
2 2
2 2
0 2
0 2
a
2 0
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
+
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
=
?
?
=
?
R
A
z
(9)
Чтобы оценить порядок описываемого явления, при- ведем некоторые численные оценки. В качестве приме- ра возьмем характерные значения величин, подробно приведенные в работе [4]. Деформацию наночастиц
0
z
оцениваем из (3). Учитывая их сферичность и малость
0
z по сравнению с R, из элементарных геометрических соображений имеем:
2 0
2
Rz
a ?
(10)
Площадь зоны контакта (фактически площадь слайде- ра) на
0
z
не влияет, поскольку P и N ей пропорцио- нальны. Давление на поверхность возьмем как при тре- нии плоского слайдера по плоской поверхности [4]
p ? 0.1 МПа. Нагрузку на интерфейсе трения прини- мают на себя, естественно, наиболее крупные частицы.
Их поверхностную концентрацию легко оценить, зная среднюю площадь сечения частицы
3 2
2
R
?
и их объем- ную концентрацию. Радиус крупнейших частиц оценим как R ? 300 нм, а их типичная концентрация — 1 %.
Модуль упругости наночастиц
2
MoSe имеет очень большое значение, сильно зависящее от характера на- грузки [20–22]. Мы возьмем достаточно умеренное зна- чение Е ? 1 ГПа. Подставляя в (3), получаем
0
z
? 25 нм.
Оценим теперь частоты и амплитуду линейных вы- нужденных колебаний (5). Верхний трибоэлемент в опыте [4] представлял собой диск радиусом 15 мм. Тол- щина его составляла 3 мм, а материал — сталь. Поэтому масса такого слайдера оценивается как 4 г. Также имела место нагружаемая платформа сверху. Поэтому примем значение массы слайдера по порядку величины m ? 10 г.
Учитывая (10), получаем из (5) значение собственной частоты
4 0
10 5
8 ?
?
?
Гц. Ввиду (2) частота вынуждаю- щей силы имеет скоростную зависимость. Выбираем характерное значение l на порядок больше a
R ? 100 нм.
В результате
v
3 10 3
6 ?
?
?
[Гц], причем скорость здесь

77
Григорьев С.Н., Лоскутов А.И., Мандель А.М. и др. / Физическая мезомеханика 15 6 (2012) 73–78
следует подставлять в мм/с. К сожалению, что-либо определенное сказать о времени релаксации колебаний
?трудно. Поэтому релаксацией для грубых оценок будем пренебрегать. Это адекватно, конечно, только вдали от точки резонанса
0
?
?
?
Скоростная зависимость амп- литуды колебаний в таком приближении представлена на рис. 3. Диапазон скоростей соответствует опыту flat- on-flat в [4]. Легко видеть, что амплитуда колебаний со- измерима с деформацией наночастиц. Это безусловно должно снижать трение за счет уменьшения площади и времени фактического контакта поверхностей.
Оценим теперь коэффициент ангармонизма и вели- чину всплытия слайдера. Учитывая сферичность час- тиц, имеем из геометрических соображений (10):
2 2
)
(
2
R
a
a
a
=
?
=
?
Из (7) получаем для коэффициента ангармонизма:
2 0
0
z
?
? =
(11)
и для скоростной зависимости всплытия слайдера из
(9):
2
)
(
0 2
z
A
z
v
=
?
(12)
График этой величины приведен на рис. 4. Она также,
хотя и в несколько раз меньше, но сравнима с величиной деформации наночастиц.
Сделаем некоторые выводы из рассмотрения поведе- ния частиц в жидкой смазке. Возможность их свобод- ного качения приводит к тому, что при относительном перемещении слайдера по поверхности возникают не- линейные вертикальные колебания. Из-за них движение становится в некоторой степени аналогично движению
«глиссера» по поверхности воды. Слайдер, во-первых,
ощутимо всплывает относительно своего равновесного уровня и, во-вторых, колеблется с заметной амлитудой.
По нашему мнению, именно этот вибрационный фактор может являться основным механизмом, обусловливаю- щим уменьшение и скоростную зависимость трения в жидких смазках с присадками наночастиц. Конечно, он наиболее существенен при небольших нагрузках и ско- ростях на начальном этапе эксплуатации поверхности.
Роль «растирания» частиц в тонкие пленки [4–7], по- крывающие и выравнивающие шероховатости, разуме- ется, также нельзя отрицать, особенно при длительной эксплуатации покрытия. Оценка количественного влия- ния рассмотренных механизмов на коэффициент трения требует самостоятельных исследований.
Остановимся кратко на исследованном нами случае внедрения наночастиц MoSe
2
в твердую пленку описан- ного выше покрытия. Ясно, что в этой ситуации части- цы гораздо менее подвижны. При минимальных сдви- говых нагрузках слайдер не может их «зацепить». Соот- ветствующее условие имеет вид:
,
p
2 2
1
S
a
?
?
?
?
(13)
где p
S — часть внешней площади частицы, погружен- ная в пленку;
1
? и
2
? — сдвиговые напряжения между слайдером и частицей и между пленкой и частицей. Они совершенно необязательно равны, но точно не слишком велики из-за графитоподобной структуры диселенида.
С ростом сдвиговой нагрузки
1
? возможно наруше- ние условия (13) и переход к проскальзыванию на месте.
Почему не к качению? Дело в том, что «наноподшип- нику» энергетически выгоднее «проскальзывать» в окружении твердой пленки, чем «затаптывать» ее при поступательном движении. Соответствующее динами- ческое условие имеет вид:
,
n f
2 1
S
E
a ?
?
?
(14)
где f
E
— модуль Юнга твердосмазочной пленки; n
S
—
площадь вертикального сечения погруженной части зерна. Их произведение дает силу, которую наночастица должна преодолеть, чтобы перейти к поступательному движению. Нарушение этого условия крайне малове- роятно, учитывая графитоподобную структуру
2
MX ,
т.е. малость
1
? Разумеется, вращение крупной наночас- тицы на месте будет сопровождаться ее расслоением на пленки и дроблением на фрагменты (рис. 2). Малень- кие частицы из-за большого тепловыделения и малой теплопроводности углерода могут плавиться. Пятна
Рис. 3. Зависимость амплитуды линейных вынужденных колебаний
А от скорости относительного движения трибоэлементов. Диапазон скорости взят из опыта flat-on-flat в [4]
Рис. 4. Зависимость всплытия слайдера ?z от скорости относитель- ного движения трибоэлементов. Диапазон скорости взят из опыта flat-on-flat в [4]

Григорьев С.Н., Лоскутов А.И., Мандель А.М. и др. / Физическая мезомеханика 15 6 (2012) 73–78
78
Сведения об авторах
Григорьев Сергей Николаевич, д.т.н., проф., зав. каф. МГТУ «СТАНКИН», [e-mail]
Лоскутов Александр Иванович, к.х.н., доцент МГТУ «СТАНКИН», [e-mail]
Мандель Аркадий Михайлович, к.ф.-м.н., проф. МГТУ «СТАНКИН», [e-mail]
Ошурко Вадим Борисович, д.ф.-м.н., зав. каф. МГТУ «СТАНКИН», [e-mail]
Соломахо Георгий Игнатьевич, к.ф.-м.н., проф. МГТУ «СТАНКИН», [e-mail]
Фоминский Вячеслав Юрьевич, д.ф.-м.н., проф., зав. лаб. НИЯУ «МИФИ», [e-mail] таких локальных «расплавов» наблюдались под микро- скопом в наших экспериментах. Вероятно, поступатель- ное движение наночастиц может вызвать только жест- кий макроиндентор, погруженный в твердую пленку и толкающий эти частицы «вбок» (типа алмазного бура или стального шарика).
4. Заключение
Обнаружено, что внедрение наночастиц Mo и
2
MoSe в антифрикционное покрытие диселенида мо- либдена (на упрочняющем слое алмазоподобного угле- рода), изготовленное методом импульсного лазерного напыления, в целом ухудшает трибологические харак- теристики покрытия. Рост процентного содержания и размеров наночастиц увеличивает коэффициент трения пленки. Вывод этот подтверждается как макротриболо- гическими исследованиями, так и методами зондовой микроскопии. В пленках жидкой смазки подобные час- тицы, как известно, играют совершенно иную роль. Как показал теоретический анализ на основе построенной нами математической модели, причиной этого скорее является разная подвижность частиц в жидких и твер- дых пленках, чем переход от скольжения к качению, как предполагалось ранее. Предложенный механизм осно- ван на том, что в жидкой смазке на шероховатой поверх- ности наночастицы ведут себя как упругие опоры. Они вызывают нелинейные вертикальные колебания, сопро- вождающиеся «всплытием» слайдера над равновесным уровнем. Показано, что эти колебания эффективно уменьшают площадь и время фактического контакта трущихся поверхностей. В твердосмазочных пленках этот эффект отсутствует, поскольку наночастицы, скорее всего, в процессе трения либо неподвижны, либо про- скальзывают, вращаясь на месте.
Работа поддержана Минобрнауки России (контракт
№ 16.552.11.7052). При выполнении работы использо- валось оборудование Государственного инжинирин- гового центра МГТУ «СТАНКИН».
Литература
1. Singer I.L. Solid Lubrication Processes // Fundamental of Friction:
Macroscopic and Microscopic Processes / Ed. by I.L. Singer, H.M.
Pollock. – Dordrecht: Kluwer, 1992. – P. 237–261.
2. Wang Q., Pei X. The Influence of Nanoparticle Fillers on the Friction and Wear Behavior of Polymer Matrices // Tribology of Polymeric
Nanocomposites. – Berlin: Springer-Vcrlag, 2008. – P. 62–81.
3. Lee W.G., Cho К.H., Jang H. Molecular dynamics simulation of roll- ing friction using nanosize spheres // Tribol. Lett. – 2009. – V. 33. –
C. 37–43.
4. Greenberg R., Halperin G., Etsion I., Tenne R. The effect of WS2
nanoparticles on friction reduction in various lubrication regimes //
Tribol. Lett. – 2004. – V. 17. – P. 179–184.
5. Perfiliev V., Moshkovith A., Verdyan A., Tenne R., Rapoport L.P. A
new way to feed nanoparticles to friction interfaces // Tribol. Lett. –
2006. – V. 21. – P. 89–93.
6. Rapoport L., Leshchinsky V., Lapsker I., Volovik Yu., Nepomnya-
shchy O., Lvovsky M., Popovitz-Biro R., Feldman Y., Tenne R. Tribo- logical properties of WS2 nanoparticles under mixed lubrication //
Wear. – 2003. – V. 255. – P. 785–793.
7. Grigor’ev S.N., Mandel’ A.M., Oshurko V.B., Solomakho G.I. Deter- mining the effective fractal dimension of nanodimensional coatings with the aid of magnetic field // Tech. Phys. Lett. – 2011. – V. 37. –
No. 12. – P. 1176–1178.
8. Фоминский В.Ю., Григорьев С.Н., Романов Р.И., Неволин Ю.В.
Влияние условий импульсного лазерного осаждения на трибологи- ческие свойства тонкопленочных наноструктурированных покры- тий на основе диселенида молибдена и углерода // ЖТФ. – 2012. –
Т. 82. – № 4. – С. 96–104.
9. Fominski V.Yu., Nevolin V.N., Romanov R.I., Smurov I. Ion-assisted deposition of MoSx films from laser-generated plume under pulsed electric field // J. Appl. Phys. – 2001. – V. 89. – P. 1449–1457.
10. Неволин Ю.В., Фоминский В.Ю., Гнедовец А.Г., Романов Р.И. Им- пульсное лазерное осаждение наноструктурированных композит- ных покрытий. I. Исследование структуры и свойств // Физика и химия обработки материалов. – 2009. – № 4. – С. 39–47.
11. Неволин Ю.В., Фоминский В.Ю., Гнедовец А.Г., Романов Р.И. Осо- бенности импульсного лазерного осаждения тонкопленочных по- крытий с применением противокапельного экрана // Физика и хи- мия обработки материалов. – 2010. – № 1. – С. 54–64.
12. Григорьев С.Н., Фоминский В.Ю., Гусаров А.В. Ионно-имплан- тационная обработка при использовании импульсной лазерной плазмы // МиТОМ. – 2012. – № 1. – С. 34–40.
13. Fominskii V.Yu., Grigor’ev S.N., Romanov R.I., Nevolin V.N. Effect of the pulsed laser deposition conditions on the tribological properties of thin-film nanostructured coatings based on molybdenum diselenide and carbon // Tech. Phys. – 2012. – V. 57. – No. 4. – P. 516–523.
14. Grigoriev S.N., Fominski V.Yu., Gnedovets A.G., Romanov R.I. //
Appl. Surf. Sci. – 2012. – V. 258. – No. 18. – P. 7000–7007.
15. Pulsed Laser Deposition of Thin Films / Ed. by D.B. Chrisey,
G.K. Hubler. – NY: Wiley, 1994. – 648 p.
16. Bhushan B. Nanotribology and Nanomechanics. – Heidelberg–Ber- lin: Springer-Verlag, 2008. – 1516 p.
17. Гарагаш И.А. Модель динамики фрагментированных сред с по- движными блоками // Физ. мезомех. – 2002. – Т. 5. – № 5. – C. 71–
77.
18. Сибиряков Б.П. Возникновение нелинейных колебаний при сла- бых возмущениях и генерализация трещин в процессе разрушения
// Физ. мезомех. – 2006. – Т. 9. – № 6. – C. 53–57.
19. Kittel Ch., Knight D., Ruderman M.A. Mechanics. Berkeley Physics
Course. V. l. – New York: McGraw-Hill Book Company, 1965. – 480 p.
20. Kaplan-Ashiri I., Cohen S.R., Gartsman K. et al. Mechanical beha- vior of individual WS2 nanotubes // J. Mater. Res. – 2004. – V. 19. –
P. 454–462.
21. Zhu Y.Q., Sekine T., Brigatti K.S. et al. Shock-wave resistance of
WS2 nanotubes // J. Am. Chem. Soc. – 2003. – V. 125. – P. 1329–
1335.
22. Leshchinsky K., Popovitz-Biro R., Gartsman K. et at. Behavior of solid lubricant nanoparticles under compression // J. Mater. Sci. –
2004. – V. 39. – P. 4119–4127.
Поступила в редакцию
03.05.2012 г.