resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2022-27-2-305-315resar-110Research ArticleМатериаловедениеMaterials scienceИспытания на износ порошковых покрытий и исследования микрогеометрии поверхностей трения в условиях холодаWear testing of powder coatings and investigations of microgeometry of friction surfaces under cold conditionshttps://orcid.org/0000-0003-3078-0709СтручковН. Ф.StruchkovN. F.

СТРУЧКОВ Николай Федорович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Сибирское отделение Российской академии наук, 677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1

STRUCHKOV, Nikolay Fedorovich, senior researcher, Cand. Sci. (Eng.)

Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 1 Oktyabrskaya st., Yakutsk 677980

struchkov_n@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4176-4771ЛебедевД. И.LebedevD. I.

ЛЕБЕДЕВ Дмитрий Иосифович, кандидат технических наук, научный сотрудник

Сибирское отделение Российской академии наук, 677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1

LEBEDEV, Dmitriy Iosifovich, researcher, Cand. Sci. (Eng.)

Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 1 Oktyabrskaya st., Yakutsk 677980

uranhai@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1454-6293ВинокуровГ. Г.VinokurovG. G.

ВИНОКУРОВ Геннадий Георгиевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Сибирское отделение Российской академии наук, 677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1

VINOKUROV, Gennady Georgievich, leading researcher, Cand. Sci. (Eng.)

Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 1 Oktyabrskaya st., Yakutsk 677980

g.g.vinokurov@iptpn.ysn.ruИнститут физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАНРоссияV.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North SB RASRussian Federation202210092022272305315Copyright © Стручков Н.Ф., Лебедев Д.И., Винокуров Г.Г., 20222022Стручков Н.Ф., Лебедев Д.И., Винокуров Г.Г.Struchkov N.F., Lebedev D.I., Vinokurov G.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/110

Интенсивная эксплуатация техники в природно-климатических условиях Севера часто приводит к преждевременному износу деталей ее узлов трения. При низкой температуре запуска техники происходят повторные термические расширения уже приработанных деталей узлов трения и изменения их геометрических размеров. Повышение вязкости технических смазочных материалов при холоде также снижает износостойкость узлов трения. Снижение ресурса рабочих элементов и деталей ходовой системы землеройной и горнодобывающей техники Севера обусловлено также мерзлыми грунтами в криолитозоне. Основной задачей трибологии для техники Севера становится исследование узлов трения машин и механизмов, эксплуатирующихся в условиях холода. Следует выявить, как низкие климатические температуры внешней среды будут влиять на процессы изнашивания материалов узлов трения, в том числе порошковых износостойких покрытий. Проведены испытания на износ при низких климатических температурах модифицированных порошковых покрытий, профилометрические и теплофизические измерения поверхностей трения. Исследования проводились на специальном низкотемпературном стенде в период зимних низких климатических температур в г. Якутск (ниже –40 °С, декабрь 2020 г., январь и декабрь 2021 г.). Выявлены закономерности установления рабочей температуры узла трения «порошковое покрытие–стальное контртело» при холоде. Получены данные массового износа покрытий и стальных контртел, параметры шероховатости контактных поверхностей при их трении скольжения в условиях низких климатических температур.

Intensive operation of the machinery in the natural and climatic conditions of the North often leads to premature wear of the elements of its friction units. A start-up of the equipment at low temperatures brings repeated thermal expansions of already run-in elements of friction units and changes in their geometric dimensions. An increase in the viscosity of technical lubricants in cold weather also reduces the wear resistance of friction units. The decrease in the resource of working elements and parts of the running system of earth-moving and mining equipment in the North is also due to frozen soils in the permafrost zone. Therefore, the main task of tribology for the technology of the North is the study of friction units of machines and mechanisms operated in cold conditions. The low climatic temperatures effect on the wear processes of materials of friction units, including wear-resistant powder coatings is also a task. We carried out the wear tests of modified powder coatings, profilometric and thermophysical measurements of friction surfaces on a special low-temperature stand during winter in Yakutsk (below –40 °С, December 2020, January and December 2021). We have revealed the regularities of establishing the operating temperature of the friction unit «powder coating–steel counterbody» in the cold. We have also obtained the data of mass wear of coatings and steel counterbodies, roughness parameters of contact surfaces during their sliding friction at low climatic temperatures.

испытания на износнизкие климатические температурыизносостойкое покрытиеконтртелотрение скольженияизноспрофильwear testslow climatic temperatureswear-resistant coatingcounterbodysliding frictionwearprofileReferencesИшлинский А.Ю., Белый В.А. Развитие науки о трении и износе в СССР // Трение и износ. 1980. Т. 1, № 1. С. 7–12.Ishlinskiy A.Yu., Belyy V.A. Razvitiye nauki o trenii i iznose v SSSR // Treniye i iznos. 1980. Vol. 1, No. 1. P. 7–12.Ермолаев С.В., Болдаев А.П. Прогнозирование износа деталей тяжелых бульдозеров // Колыма. 1981. № 2. С. 24–26.Yermolayev S.V., Boldayev A.P. Prognozirovaniye iznosa detaley tyazhelykh bul’dozerov // Kolyma. 1981. No. 2. P. 24–26.Ларионов В.П., Ковальчук В.А. Хладостойкость и износ деталей машин и сварных соединений. Новосибирск: Наука, 1976. 206 с.Larionov V.P., Koval’chuk V.A. Khladostoykost’ i iznos detaley mashin i svarnykh soyedineniy. Novosibirsk: Nauka, 1976. 206 p.Черский И.Н. О критериях работоспособности и прогнозирования долговечности металлополимерных узлов трения // Трение и износ. 1980. Т. 1, № 6. С. 1021–1026.Cherskiy I.N. O kriteriyakh rabotosposobnosti i prognozirovaniya dolgovechnosti metallopolimernykh uzlov treniya // Treniye i iznos. 1980. Vol. 1, No. 6. P. 1021–1026.Исследование триботехнических систем в условиях холодного климата. Сборник научных трудов. Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1985. 120 c.Issledovaniye tribotekhnicheskikh sistem v usloviyakh kholodnogo klimata. Sbornik nauchnykh trudov. Yakutsk: Izd-vo YAF SO AN SSSR, 1985. 120 p.Черский И.Н., Моров В.А. Прогнозирование долговечности и оптимизация подшипников и уплотнений из полимерных и композитных материалов // Механика композитных материалов. 1980. № 6. С. 1094–1102.Cherskiy I.N., Morov V.A. Prognozirovaniye dolgovechnosti i optimizatsiya podshipnikov i uplotneniy iz polimernykh i kompozitnykh materialov // Mekhanika kompozitnykh materialov. 1980. No. 6. P. 1094–1102.Богатин О.Б., Моров В.А., Черский И.Н. Основы расчета полимерных узлов трения. Новосибирск: Наука, 1983. 213 с.Bogatin O.B., Morov V.A., Cherskiy I.N. Osnovy rascheta polimernykh uzlov treniya. Novosibirsk: Nauka, 1983. 213 p.Пернебеков С.С., Балабеков З.А., Асылбек Г.У., Рахимберды Б.К., Манкараева М.А. Анализ факторов, определяющих интенсивность износа двигателя при низких температурах // Молодой ученый. 2017. № 1 (135). С. 76–77.Pernebekov S.S., Balabekov Z.A., Asylbek G.U., Rakhimberdy B.K., Mankarayeva M.A. Analiz faktorov, opredelyayushchikh intensivnost’ iznosa dvigatelya pri nizkikh temperaturakh // Molodoy uchenyy. 2017. No. 1(135). P. 76–77.Андреева И.А., Хомич А.И. Пластические свойства и износ материалов при низких температурах // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2014. Технические науки. С. 5–6.Andreyeva I.A., Khomich A.I. Plasticheskiye svoystva i iznos materialov pri nizkikh temperaturakh // Aktual’nyye problemy aviatsii i kosmonavtiki. 2014. Tekhnicheskiye nauki. P. 5–6.Gradt T., Schneider T., Hübner W., Börner H. Friction and wear at low temperatures // International Journal of Hydrogen Energy. 1998. Vol. 23, Iss. 5. P. 397–403. DOI: https://doi.org/10.1016/S0360-3199(97)00070-0Gradt T., Schneider T., Hübner W., Börner H. Friction and wear at low temperatures // International Journal of Hydrogen Energy. 1998. Vol. 23, Iss. 5. P. 397–403. DOI: https://doi.org/10.1016/S0360-3199(97)00070-0Ma L., Shi L.B., Guo J., Liu Q.Y., Wang W.J. On the wear and damage characteristics of rail material under low temperature environment condition // Wear. 2018. Vol. 394-395. P. 149–158. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2017.10.011Ma L., Shi L.B., Guo J., Liu Q.Y., Wang W.J. On the wear and damage characteristics of rail material under low temperature environment condition // Wear. 2018. Vol. 394-395. P. 149–158. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2017.10.011Khadem M., Kim Dae-Eun. Friction and wear behaviors of bare and diamond-like carbon/chromium bilayer coated SKH51 steel at low temperatures // Surface and Coatings Technology. 2021. Vol. 412. 127018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127018Khadem M., Kim Dae-Eun. Friction and wear behaviors of bare and diamond-like carbon/chromium bilayer coated SKH51 steel at low temperatures // Surface and Coatings Technology. 2021. Vol. 412. 127018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127018Кудинов В.В., Пекшев П.Ю., Белащенко В.Е., Солоненко О.П., Сафиуллин В.А. Нанесение покрытий плазмой. М.: Наука, 1990. 408 c.Kudinov V.V., Pekshev P.YU., Belashchenko V.Ye., Solonenko O.P., Safiullin V.A. Naneseniye pokrytiy plazmoy. M.: Nauka, 1990. 408 p.Бороненков В.Н., Коробов Ю.С. Основы дуговой металлизации. Физико-химические закономерности. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2012. 268 с.Boronenkov V.N., Korobov Yu.S. Osnovy dugovoy metallizatsii. Fiziko-khimicheskiye zakonomernosti. Yekaterinburg: Izd-vo Ural’skogo universiteta, 2012. 268 p.Архипов В.Е. Газодинамическое напыление. Структура и свойства покрытий. М.: Красанд, 2017. 239 с.Arkhipov V.Ye. Gazodinamicheskoye napyleniye. Struktura i svoystva pokrytiy. M.: Krasand, 2017. 239 p.Тушинский Л.И., Плохов А.В., Токарев А.О., Синдеев В.И. Методы исследования материалов: Структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий. М.: Мир, 2004. 384 с.Tushinskiy L.I., Plokhov A.V., Tokarev A.O., Sindeyev V.I. Metody issledovaniya materialov: Struktura, svoystva i protsessy naneseniya neorganicheskikh pokrytiy. M.: Mir, 2004. 384 p.Усольцев А.А., Кибко Н.В., Козырев Н.А., Бащенко Л.П., Гусев А.И. Исследование качества металла, наплавленного порошковыми проволоками системы Fe–C–Si–Mn–Cr–Ni–Mo // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2018. № 1 (23). С. 4–9.Usol’tsev A.A., Kibko N.V., Kozyrev N.A., Bashchenko L.P., Gusev A.I. Issledovaniye kachestva metalla, naplavlennogo poroshkovymi provolokami sistemy Fe–C–Si–Mn–Cr–Ni–Mo // Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial’nogo universiteta. 2018. No. 1 (23). P. 4–9.Капралов Е.В., Райков С.В., Будовских Е.А., Громов В.Е., Ващук Е.С., Иванов Ю.Ф. Структурнофазовые состояния и свойства покрытий, наплавленных на поверхность стали порошковыми проволоками // Известия РАН. Серия Физическая. 2014. Т. 78, № 10. С. 1266–1272. DOI: https://doi.org/10.7868/S0367676514100093Kapralov Ye.V., Raykov S.V., Budovskikh Ye.A., Gromov V.Ye., Vashchuk Ye.S., Ivanov YU.F. Strukturnofazovyye sostoyaniya i svoystva pokrytiy, naplavlennykh na poverkhnost’ stali poroshkovymi provolokami // Izvestiya RAN. Seriya Fizicheskaya. 2014. Vol. 78, No. 10. P. 1266–1272. DOI: https://doi.org/10.7868/S0367676514100093.Патент 93019989/02 Российская Федерация. Порошковая проволока для получения покрытий; заявл. 14.04.1993; опубл.20.11.1995, Бюл. № 32. 3 с.Patent 93019989/02 Rossiyskaya Federatsiya. Poroshkovaya provoloka dlya polucheniya pokrytiy; zayavl. 14.04.1993; opubl. 20.11.1995, Byul. No. 32. 3 p.Патент 2040570 Российская Федерация, МПК C22C19/05, C23C4/06. Порошковый материал для газотермического напыления / Болотина Н.П., Милохин С.Е., Ларионов В.П., Виноградов А.В., Стафецкий Л.П., Циелен У.А., Смилга А.А., Лобзов С.Н. // заявитель и патентообладатель Ин-т физико-техн. проблем Севера СО РАН; заявл. 06.07.92; опубл. 25.07.95.Patent 2040570 Rossiyskaya Federatsiya, MPK C22C19/05, C23C4/06. Poroshkovyy material dlya gazotermicheskogo napyleniya / Bolotina N.P., Milokhin S.Ye., Larionov V.P., Vinogradov A.V., Stafetskiy L.P., Tsiyelen U.A., Smilga A.A., Lobzov S.N. // zayavitel’ i patentoobladatel’ In-t fiziko-tekhn. problem Severa SO RAN; zayavl. 06.07.92; opubl. 25.07.95.Патент 2042728 Российская Федерация, МПК C22C19/05, C23C4/06. Порошковый материал для газотермического напыления / Болотина Н.П., Милохин С.Е., Ларионов В.П., Виноградов А.В., Стафецкий Л.П., Циелен У.А., Смилга А.А., Лобзов С.Н. // заявитель и патентообладатель Ин-т физико-техн. проблем Севера СО РАН; заявл. 06.05.93; опубл. 27.08.95.Patent 2042728 Rossiyskaya Federatsiya, MPK C22C19/05, C23C4/06. Poroshkovyy material dlya gazotermicheskogo napyleniya / Bolotina N.P., Milokhin S.Ye., Larionov V.P., Vinogradov A.V., Stafetskiy L.P., Tsiyelen U.A., Smilga A.A., Lobzov S.N. // zayavitel’ i patentoobladatel’ In-t fiziko-tekhn. problem Severa SO RAN; zayavl. 06.05.93; opubl. 27.08.95.Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.Kragel’skiy I.V., Dobychin M.N., Kombalov V.S. Osnovy raschetov na treniye i iznos. M.: Mashinostroyeniye, 1977. 526 p.Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. кн. 1, 2. 400 с.Treniye, iznashivaniye i smazka: Spravochnik. V 2-kh kn. / Pod red. I.V. Kragel’skogo, V.V.Alisina. M.: Mashinostroyeniye, 1978. kn. 1, 2. 400 p.Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин / В.Д. Зозуля, Е.Л. Шведков, Э.Д. Браун и др. Киев: Наукова думка, 1990. 264 с.Slovar’-spravochnik po treniyu, iznosu i smazke detaley mashin / V.D.Zozulya, Ye.L. Shvedkov, E.D. Braun i dr. Kiyev: Naukova dumka, 1990. 264 p.Каржавин В.В., Зимин А.И. Трение, износ, смазочные материалы: Учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во РГППУ, 2003. 83 с.Karzhavin V. V., Zimin A I. Treniye, iznos, smazochnyye materialy: Ucheb. Posobiye. Yekaterinburg: Izd-vo RGPPU, 2003. 83 p.Лужнов Ю.М., Калачкв Ю.Н., Александров В.Д., Морщилов М.В. Анализ видов изнашивания рабочих поверхностей деталей: учебно-методическое пособие. М.: Изд-во МАДИ, 2018. 48 с.Luzhnov Yu.M., Kalachov Yu.N., Aleksandrov V.D., Morshchilov M.V. Analiz vidov iznashivaniya rabochikh poverkhnostey detaley: uchebno-metodicheskoye posobiye. M.: Izd-vo MADI, 2018. 48 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.