Российские исследователи разработали методику, которая позволяет изучать изменения кристаллической структуры материалов в процессе трения.
Исследование механизмов возникновения и эволюции структурных дефектов поможет глубже понять процессы изнашивания и в дальнейшем разработать новые, более прочные материалы для транспортного и горнодобывающего машиностроения, а также металлургической отрасли.
Трение и износ имеют большое значение как с научной, так и с практической точки зрения, так как они приводят к энергетическим потерям и снижают надежность машин, а смазочные вещества не всегда могут устранить износ в условиях граничной или сухой смазки. Тем не менее, в некоторых системах трение необходимо, например, в тормозах или при прокатке. В процессе трения изменяются структура приповерхностных слоев и свойства материала из-за накопления дефектов и образования новых фаз, и поэтому для понимания износа важно исследовать динамику этих изменений.
«Группа ученых разработала метод, который сочетает испытания в процессе трения с регистрацией дифракционных картин (изображение, возникающее из-за рассеяния рентгеновских лучей на атомах вещества и отражающее особенности его внутренней структуры) с использованием синхротронного излучения. Данный подход позволяет отслеживать изменения фазового состава и характеристик кристаллической структуры материала именно в процессе трения», — говорится в сообщении.
Как отметил один из авторов разработки Кемал Эмурлаев, когда материал трется о другую поверхность, его верхние слои изменяются, и структура становится совершенно иной, чем была изначально. Эти изменения существенно влияют на то, как материал будет вести себя при трении в дальнейшем, поэтому ученым важно поэтапно отслеживать, как в нем накапливаются дефекты и меняются свойства. Исследователи уже научились фиксировать такие изменения прямо во время трения, в том числе замечать, когда в материале появляются новые фазы.
Для этих экспериментов в Новосибирском государственном техническом университете была создана специальная машина трения, работающая в сочетании с синхротронной установкой. Она имитирует трение и позволяет наблюдать структурные изменения в реальном времени. Эксперименты подтвердили эффективность метода. Они проводились на синхротроне в Гренобле, где испытывались алюминий, медь, титан, железо и различные стали. Чтобы быстро обрабатывать большой объем данных, ученые разработали программу, которая автоматически анализирует дифракционные картины и отслеживает изменения структуры материала. Результаты исследований помогают лучше понять, почему материалы изнашиваются, и в будущем это позволит создавать более долговечные сплавы или грамотно подбирать условия их эксплуатации.
О конференции
Международная научная конференция SKIF-2026 проходит с 18 по 23 октября в Новосибирской области. Мероприятие собрала более 700 российских и зарубежных ученых для обсуждения применения синхротронных методов в фундаментальных исследованиях и промышленности, развития экспериментальных технологий и перспектив междисциплинарных исследований. Конференция организована при финансовой и организационной поддержке Российского научного фонда.
Фото: hi-tech.mail.ru