О механизме уменьшения трения наноразмерных многослойных покрытий

Abstract

Рассмотрены возможные сценарии поведения фуллереноподобных наночастиц в матрице многослойного покрытия. Показано, что в зависимости от внешних условий и от соотношения характеристик матрицы и самой частицы может реализоваться скольжение частиц относительно индентора, проскальзывание на месте в твёрдой смазке и качение. В частности, при достаточно больших нагрузках и скоростях индентора фуллереноподобные частицы могут играть роль микроскопических подшипников, что значительно улучшает трибологические характеристики поверхностей. Анализируются механические и термодинамические условия устойчивости такого движения. Получены оценки для оптимальной поверхностной плотности и размеров наночастиц.

Розглянуто можливі сценарії поведінки фуллереноподібних наночастинок у матриці багатошарового покриття. Показано, що залежно від зовнішніх умов і від співвідношення характеристик матриці та самої частинки може реалізуватися ковзання частинок відносно індентора, проковзування на місці у твердому мастилі та кочення. Зокрема, при досить великих навантаженнях і швидкостях індентора фуллереноподібні частинки можуть відігравати роль мікроскопічних підшипників, що значно поліпшує трибологічні характеристики поверхонь. Аналізуються механічні та термодинамічні умови стабільности такого руху. Одержано оцінки для оптимальної поверхневої густини та розмірів наночастинок.

The possible scenarios of the behaviour of fullerene-like nanoparticles in the multilayer coating matrix are considered. As shown, depending on external conditions and on the relationship of the matrix and particle characteristics, the sliding of particles relative to the indenter, slip in a solid lubricant, and rolling can be realized. In particular, at sufficiently high loads and speeds of the indenter, fullerene-like particles can behave as microscopic bearings, which greatly improve the tribological properties of surfaces. The mechanical and thermodynamical conditions of such motion stability are analysed. Estimates for the optimal surface density and size of nanoparticles are obtained.