Учёные НИЯУ МИФИ в составе научной группы разработали уникальную твёрдую смазку для высокоточной техники, которая подходит для работы в экстремальных условиях. По их данным, состав на основе вольфрама, серы и селена снижает трение в несколько раз лучше аналогов. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда № 19-19-00081. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nanomaterials.
В машиностроении обычно применяются жидкие смазочные материалы. Однако их нельзя использовать в экстремальных условиях: например, в узлах космических аппаратов или внутри вакуумных манипуляторов и микроэлектромеханических устройств. Для этих целей применяются твёрдые смазочные материалы.
Исследователи НИЯУ МИФИ в сотрудничестве с коллегами из БФУ им. И. Канта разработали уникальный твёрдый смазочный материал с оригинальной наноструктурой. В его основе – сульфоселенид вольфрама с равномерно распределёнными сферическими наночастицами чистого вольфрама.
Новый смазочный материал значительно превосходит аналоги на основе дисульфидов или диселенидов молибдена или вольфрама по эффективности и износостойкости, отметил один из авторов разработки, главный научный сотрудник кафедры физики твёрдого тела и наносистем НИЯУ МИФИ Вячеслав Фоминский.
«Нам удалось подобрать оптимальное сочетание «матричного» материала и наночастиц, которое позволяет добиться повышенной твёрдости и пластичности смазочного покрытия. При трении на поверхности покрытия формируется нанопленка (трибопленка) толщиной 20 нм, которая значительно снижает трение за счёт слабого взаимодействия между атомными плоскостями в своей структуре», — рассказал он.
Эксперименты показали, что коэффициент трения для полученных покрытий при комнатной температуре не превышал 0,02 по сравнению с 0,04–0,07 для аналогов.
«Изменяя содержание серы в аморфной матрице, мы можем создавать качественные смазочные покрытия для сложных условий эксплуатации, например, таких как при сильном охлаждении узлов трения (до -100°С) в инертной атмосфере при низкой концентрации паров воды», — добавил Вячеслав Фоминский.
Для получения таких покрытий требуемой структуры учёные использовали модернизированный метод реакционного импульсного осаждения.
«Мы использовали лазерное испарение диселенида вольфрама в сероводороде, которое приводило к образованию атомарного потока селена, серы и вольфрама и наночастиц вольфрама. Покрытие осаждалось при комнатной температуре основы. Лазерный метод осаждения позволяет гибко регулировать состав и структурное состояние покрытий и открывает возможность получения материалов со свойствами суперсмазки при различных условиях», — отметил учёный.
