Алюминий является перспективным триботехническим материалом, поскольку обладает рядом полезных функциональных свойс тв. Однако номенк лат ура таких сплавов сильно ограниченна [ГОСТ 14113–78] по причине склонности алюминия к схватыванию при сухом трении в паре со сталью. Как следствие, материал на участках схватывания вырывается из основы и переносится на сопряженную поверхность, образуя там наросты. Большое их количество, помимо ускоренного износа алюминиевого подшипника, может привести к заеданию узла трения и поломке агрегата.
Однако согласно теории окислительного изнашивания [1], для любого склонного к окислению материала существует режим сухого трения с минимальной интенсивностью изнашивания, при котором скорость образования оксидной пленки не ниже скорости ее разрушения. Алюминий активен по отношению к кислороду и в обычных условиях всегда покрыт оксидной пленкой, следовательно теория окислительного изнашивания может быть применена и к нему. Однако работ по исследованию триботехнических свойств алюминия в условиях сухого трения немного, поэтому целью настоящей работы является исследование формирующейся на сопряженных поверхностях при сухом трении структуры и определение ее связи с триботехническими характеристиками алюминия.
Образцы из технически чистого алюминия имели размеры 3 х 3 х 8 мм. Их испытание на трение проводили при отсутствии смазки по схеме «палец-диск». Диск был изготовлен из закаленной малоуглеродистой стали марки Ст. 45, имеющей твердость 47–49 единиц по шкале HRC . Использовалс я триботестер фирмы Tribotechnic (Франция), позволяющий измерять величину коэффициента трения в автоматическом режиме с заданной частотой. Для определения величины интенсивности изнашивания измеряли исходную и конечную высоту образца в мкм и нормировали полученную разность на длину пути трения (м). Структуру и состав поверхностей трения изучали с помощью РЭМ марки LEO EVА 50 (ЦКП ИФПМ СО РАН) со встроенным микроанализатором.
Величину коэффициента трения определяли после прохождения образцом по стальному диску 150 м со скоростью 0,6 м/с. Как показали испытания (рис. 1а), этого расстояния вполне достаточно для выхода на стационарный режим трения при малом давлении, не говоря уже об испытаниях при высоких давлениях. На рис. 1б приведена зависимость величины коэффициента трения алюминия (m = τ0/ρr +β, т. е. при малых давлениях коэффициент определяется величиной τ0, а при больших — β). При трении алюминия по сухой стали ρr = 230 МПа, τ0 = 30 МПа, a β = 0,124, так что m = 0,043 [2].