Структура и состав медно-алюминиевых фрикционных покрытий для деталей машин

Прогнозировать свойства фрикционного покрытия для деталей машин, полученного в результате термомеханических и диффузионных процессов, можно при установлении корреляции параметров морфологии, элементного распределения и условий синтеза покрытий. С целью установления взаимосвязи этих факторов исследованы структура и состав медно-алюминиевого покрытия, синтезированного методом in situ фрикционного натирания на стальных подложках. Морфология поверхности и поперечного сечения изучена с помощью сканирующей электронной микроскопии в режиме обратно рассеянных электронов. Для количественной характеристики сложной системы трещин выполнен фрактальный анализ методом равномерных сеток. Глубинное распределение элементов Cu, Al, O и толщина слоев определены методом спектроскопии резерфордовского обратного рассеяния (RBS). Полученное медно-алюминиевое покрытие характеризуется выраженной многоуровневой структурой. Данные RBS подтвердили формирование многослойной системы, включающей в себя поверхностную оксидную пленку Al₂O₃ (~5…15 нм), слой, обогащенный алюминием с градиентом меди, переходную диффузионную зону и медную подложку. СЭМ-анализ выявил масштабно-инвариантную организацию дефектов: от мозаичной полигонизации (20…80 мкм) до ультрамелкозернистой субструктуры (0,5…2 мкм) – и наличие оксидных включений (50…200 нм). Фрактальная размерность трещиноватой сети 1,917±0,076 свидетельствует о ее высокой степени самоподобия в диапазоне масштабов 10…300 мкм. Плотность дефектов на микроуровне достигает 45,7%. Трещинообразование обусловлено комбинированным действием термомеханических напряжений и хрупкости интерметаллидных фаз, возникающих в условиях активной междиффузии. Одновременно фрикционный нагрев активирует поверхностное окисление. Раскрытие фундаментальной связи между параметрами фрикционного процесса, фрактальной природой дефектов и составом покрытий позволит целенаправленно задавать свойства биметаллическим системам.

1. Аверин В.А., Евенко В.В. Современные возможности защиты машин и оборудования от фрикционного, абразивного и коррозионного износа // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2023. № 37. С. 76-78. EDN: CURRRT

2. Balabanov V.I., Dobryakov D.V., Alipichev A.Yu. Developing the technology of friction alitising. Agricultural Engineering (Moscow). 2023;25(5):52-56. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2023-5-52-56

3. Benraouda А. Optimal control for an elastic frictional contact problem. Journal of Siberian Federal University. Mathematics & Physics 2024;17(2):151-161. EDN: AAVCFR

4. Погонышев В.А., Мокшин И.А., Погонышева Д.А. Условия формирования качественного покрытия при финишной антифрикционной безабразивной обработке // Упрочняющие технологии и покрытия. 2023. Т. 19, № 6 (222). С. 247-249. EDN: TZPPMM

5. Букреев О., Пилюшина Г.А. Перспективные материалы для фрикционных механизмов машин лесного комплекса // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2021. № 34. С. 89-93. EDN: OBKHYS

6. Балабанов В.И., Ивахненко Н.Н., Добряков Д.В., Дорошкевич А.С., Кругляк А.И. Исследование структуры покрытий, полученных методом фрикционного алитирования // Техника и оборудование для села. 2026. № 1. C. 34-37. EDN: FLPAHZ

7. Goryacheva I.G., Meshcheryakova A.R. Modeling of surface fracture in friction interaction of fiber composites. Journal of Siberian Federal Universit. Mathematics and Physics. 2021;14(6):690-699. EDN: KBIZGB

8. Балабанов В.И., Голубев И.Г., Добряков Д.В. Совершенствование технологического процесса фрикционного нанесения защитных покрытий // Техника и оборудование для села. 2023. № 10 (316). С. 31-34. EDN: FCIBDY

9. Касимов Р.М., Алехина Р.А., Блинов Н.Д., Свиридов А.С. Исследование влияния разбавителя на реологические и технологические свойства эпоксидных композитов // Агроинженерия. 2025. Т. 27, № 5. С. 68-74. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2025-5-68-74

10. Куксенова Л.И., Козлов Д.А., Алексеева М.С. Влияние структуры медных покрытий на работоспособность тяжелонагруженных стальных пар трения // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2022. № 4 (354). С. 150-160. EDN: PSHUAV

11. Куксенова Л.И., Козлов Д.А., Алексеева М.С. Триботехнические и структурные характеристики модифицированных медью поверхностных слоев тяжелонагруженных сопряжений // Трение и износ. 2021. Т. 42, № 5. С. 596-608. EDN: XNLYUV

12. Kharytonchyk S.V., Kusyak V.A., Le N.V. Control of pneumatic actuator for automated mechanical transmission dry friction clutch base on the pulse width modulation signal. Science and Technique. 2021;20(1):26-32. EDN: WUTAOQ

13. Балабанов В.И., Ивахненко Н.Н., Добряков Д.В. Теоретические основы нанесения антиизносных покрытий // Агроинженерия. 2025. Т. 27, № 5. С. 61-67. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2025-5-61-67

14. Yusubov F. The impact of surface-active inert lubricants on brake friction composites. Journal of Technical Research. 2024;10(3):54-60. EDN: STIJST

15. Javadov M.Y., Volchenko D.A., Skrypnyk V.S. et al. Physical methods for evaluating the load of friction pairs of braking devices (Part I). Herald of the Azerbaijan Engineering Academy. 2021;13(2):58-68. https://doi.org/10.52171/2076-0515_2021_13_02_58_68