eng
Выпуск #3/2016
И. Гершман
Научная школа трибологического материаловедения (к 100летию со дня рождения Н.А. Буше)
Научная школа трибологического материаловедения (к 100летию со дня рождения Н.А. Буше)
Просмотры: 2103
23 сентября 2016 года исполняется 100 лет со дня рождения выдающегося советского и российского ученого триболога и материаловеда Николая Александровича Буше. Н.А. Буше был лауреатом Государственной премии СССР, Премии Совета министров СССР, заслуженным деятелем науки России, лауреатом золотой медали международного союза трибологов за 2002 год. Золотая медаль международного союза трибологов вручается Британским правительством раз в год одному человеку. Н.А. Буше родился в 1916 году в Тульской области в семье учителя словесности. В 1941 году он закончил Московский институт цветных металлов и золота. С 1941 по 1945 год Н.А. Буше находился на фронте. Всю Великую Отечественную войну он провел на передовой, будучи сапером в десантных войсках. После демобилизации Николай Александрович работал во Всесоюзном научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) или, как он тогда назывался, ЦНИИ МПС. В этом институте он проработал до своей смерти в 2008 году. Во ВНИИЖТе Н.А. Буше основал лабораторию цветных металлов и трибологии. На базе этой лаборатории он создал единственную в мире школу трибологического материаловедения, которая целенаправленно занималась и занимается разработкой новых износостойких и антифрикционных материалов для различных узлов трения. Разработка новых антифрикционных материалов осуществлялась по некоторым эмпирическим правилам (в основном правилам Шарпи), разработанным более 100 лет назад. Сложность состояла в том, что к антифрикционным материалам предъявляются противоречивые требования. С одной стороны, материал не должен быть слишком твердым, чтобы интенсивно не изнашивать контртело (обычно стальной вал), и иметь высокую прирабатываемость, а с другой - он не должен быть слишком мягким, чтобы самому интенсивно не изнашиваться. Также материал должен обладать необходимой прочностью, чтобы не повреждаться вследствие усталостного разрушения. Материал должен обладать повышенной задиростойкостью (сопротивлением к схватыванию). К материалам для механической обработки металлов предъявляются следующие основные требования: материал должен обладать как можно более высокой твердостью и жаропрочностью. Традиционный путь создания подобных материалов является тупиковым, так как для данной основы материала возможности повышения прочностных и характеристик жаропрочности будут быстро исчерпаны. В 70-х годах прошлого века Н.А. Буше ввел понятие совместимости трущихся поверхностей [1]. Совместимость представлялась как «способность трущихся пар в данных условиях работы, при определенном типе смазочного материала приспосабливаться друг к другу в процессе взаимного перемещения, обеспечивая заданную долговечность без повреждений поверхности трения, приводящих к выходу из строя деталей». Оценку совместимости трущихся поверхностей предлагалось устанавливать на основе количественных показателей, которые Н.А. Буше назвал критериями [2]. Показатели могут характеризовать минимальную вероятность задира, минимальную интенсивность изнашивания, максимальную усталостную прочность, максимальную эффективность преобразования энергии. Как правило, достаточно обеспечить наилучшее состояние по одному из показателей, при заданных ограничениях на остальные показатели. В результате, удается получить сочетание параметров, обеспечивающее заданный уровень надежности трибосистемы, при ограничениях, накладываемых на остальные параметры. При этом было предложено рассматривать совместимость узлов трения отдельно в режимах жидкостной и смешанной смазки, а также трения без смазки. Введенное Н.А.Буше понятие совместимости трущихся поверхностей было принято в трибологии и в дальнейшем получило развитие как в направлении расширения номенклатуры показателей (критериев), так и методов их определения и практического использования. Кроме того, по мере развития экспериментальных и расчетных методов совместимости трущихся поверхностей был осуществлен переход к изучению совместимости в сложных трибосистемах. Были также рассмотрены физические концепции совместимости и роль самоорганизации в обеспечении совместимости трибосистем [3, 4]. Н.А. Буше в основном занимался разработкой новых антифрикционных материалов, таких как баббиты, антифрикционные медные, алюминиевые, цинковые и другие сплавы. Применение теории самоорганизации и неравновесной термодинамики, примененной учениками Н.А. Буше к процессам трения и изнашивания, позволило получить ряд общих результатов, которые можно использовать в любых трибосистемах. Самый важный результат применения упомянутых выше теорий к процессам трения - это снижение интенсивности изнашивания компонентов систем при прохождении процессов, не являющихся самопроизвольными [5]. Несамопроизвольные процессы - физико-химические процессы, протекание которых характеризуется увеличением свободной энергии и отрицательным производством энтропии. В [6] наглядно показано протекание такого процесса в антифрикционной оловянно-свинцово-цинковой бронзе, в которой олово при трении выделяется из твердого раствора в меди. Наиболее интенсивно подобные процессы происходят в результате самоорганизации и образования диссипативных структур. Следовательно, разрабатывать износостойкие материалы нужно так, чтобы эти процессы начинались при относительно мягких условиях трения и протекали с максимально возможной интенсивностью. Для этого нужно исследовать механизм таких процессов и соответствующим образом легировать материалы трущихся тел. В [7] теоретически было доказано, что повышение сложности трибосистемы приводит к повышению вероятности прохождения самоорганизации. Там же показано применение этого тезиса к материалу покрытия фрез. Усложнение состава покрытия привело к повышению его износостойкости. Для интенсификации несамопроизвольных процессов в [8] было предложено использовать катализатор в качестве легирующего элемента. В той же статье показано практическое применение катализатора для легирования токосъемных вставок, что привело к значительному снижению интенсивности их изнашивания. Для применения катализатора в трибосистеме верен обратный тезис о том, что если интенсифицировать самопроизвольные процессы, то интенсивность изнашивания возрастет. Это было использовано при механической обработке искусственных алмазов [9]. Для этого был предложен катализатор, переводящий алмаз в графит в процессе трения при температурах ниже 100 єС. В результате значительно была облегчена шлифовка искусственных алмазов. В [10] было показано, что при условии прохождения самоорганизации интенсивность изнашивания покрытия режущего инструмента будет снижаться в зоне нормального трения (без схватывания), если в эту зону будет осуществляться преимущественный перенос относительного легкого элемента. Для этого в составе покрытия было увеличено в 1,5 раза содержание легкого элемента. В результате интенсивность изнашивания снизилась в 1,3 раза. В [11] было показано, что при условии прохождения самоорганизации и уменьшения площади схватывания покрытия режущего инструмента с обрабатываемым материалом в зону схватывания должен осуществляться преимущественный перенос относительного тяжелого элемента. Для чего в состав покрытия был введен вольфрам. Исследованиями поверхности трения с помощью сканирующей электронной микроскопии с микроанализатором и электронной микроскопии на просвет доказано, что при преимущественном массопереносе в зону трения вольфрама (относительно тяжелого элемента) схватывание практически исчезало. В результате значительно повышался срок службы инструмента. Обратный тезис о том, что добавки относительно легкого элемента в трибосистему со схватыванием может привести к увеличению площади схватывания, был использован для восстановления изношенных поверхностей контактных проводов [12]. К порошку меди был добавлен более легкий порошок цинка. С помощью сканирующей электронной микроскопии с микроанализатором было показано, что при условии образования на восстанавливаемой медной поверхности подслоя порошка, обогащенного цинком, образуется надежное сцепление (схватывание) напыляемого порошка с подложкой. Если такой подслой не образуется, то происходит отслоение. Приведенные примеры показывают, что применение теории, основы которой были заложены Н.А. Буше, позволяет разрабатывать износостойкие материалы для любых пар трения - от трения с токосъемом до режущего инструмента. Все работы, на которые сделаны ссылки, выполнены прямыми учениками и последователями Н.А. Буше.</text>
- <references>
<reference>Буше Н.А. Об исследованиях в области оценки совместимости трущихся пар // Проблемы трения и изнашивания. 1971. № 1. Киев. Техника. 1971. С.17-21.</reference>
<reference>Буше Н.А., Копытько В.В. Совместимость трущихся поверхностей. - М.: Наука, 1981. 126 с.</reference>
<reference>Gershman I.S., Bushe N.A. “Elements of Thermodynamics and SelfOrganization during Friction” в книге “SelfOrganization During Friction. Advanced Surface Engineered Materials and Systems Designed” Taylor & Francis Group. Boca Raton. London New York. 2006. Ch. 2. РР. 13-58.</reference>
<reference>Gershman I.S., Bushe N.A. “Compatibility of Tribosystem” в книге “SelfOrganization During Friction. Advanced Surface Engineered Materials and Systems Designed” Taylor & Francis Group. Boca Raton. London New York. 2006. Ch. 3. РР. 59-80.</reference>
<reference>Гершман И.С., Буше Н.А. Реализация диссипативной самоорганизации поверхностей трения в трибосистемах // Трение и износ. 1995. Т. 16. № 1. С. 61-70.</reference>
<reference>Iosif S. Gershman, Alexander E. Mironov, Eugeniy I. Gershman, German S. FoxRabinovich and Stephen C. Veldhuis «SelfOrganization during Friction of Slide Bearing Antifriction Materials» Entropy 2015, 17, 7967-7978.</reference>
<reference>FoxRabinovich G.S., Gershman I.S., Yamamoto K., Biсsa A., Veldhuis S.C., Beake B.D., Kovalev A.I. «SelfOrganization During Friction in Complex Surface Engineered Tribosystems” Entropy 2010, 12, p. 275-288.</reference>
<reference>Гершман И.С., Гершман Е.И. Каталитическое действие при трении // Трение и износ. 2011. Т. 32. № 6. С. 489-496.</reference>
<reference>Ашкинази Е.Е., Ральченко В.Г., Фролов В.Д., Басов А.А., Конов В.И., Гершман И.С. Трение пары CVDалмаз - интерметаллид // Трение и износ. 2008. Т. 29. № 4. С. 369-374.</reference>
<reference>FoxRabinovich G.S., Gershman I.S., Kovalev A.I., Yamamoto K. “Development of the Ternary and Higher - Ordered Protective or WearResistant Materials and Coatings for High - temperature Applications and Thermodynamics - Based Principles of their Synergetic Alloying” в книге “SelfOrganization During Friction. Advanced Surface Engineered Materials and Systems Designed” Taylor & Francis Group. Boca Raton. London New York. 2006. Ch. 11. РР. 335-380.</reference>
<reference>FoxRabinovich G.S., Kovalev A.I., Endrino J.L., Veldhuis S.C., Shuster L.S., Gershman I.S. “Surface Engineered Tool Materials for High Perfomance Machining” в книге “SelfOrganization During Friction. Advanced Surface Engineered Materials and Systems Designed” Taylor & Francis Group. Boca Raton. London New York. 2006. Ch. 9. РР. 231-297.</reference>
<reference>Гершман И.С., Гершман Е.И. Восстановление изношенных участков контактных проводов без их демонтажа // Вестник машиностроения. 2016. № 3. С. 85-88.</reference>
- <references>
<reference>Буше Н.А. Об исследованиях в области оценки совместимости трущихся пар // Проблемы трения и изнашивания. 1971. № 1. Киев. Техника. 1971. С.17-21.</reference>
<reference>Буше Н.А., Копытько В.В. Совместимость трущихся поверхностей. - М.: Наука, 1981. 126 с.</reference>
<reference>Gershman I.S., Bushe N.A. “Elements of Thermodynamics and SelfOrganization during Friction” в книге “SelfOrganization During Friction. Advanced Surface Engineered Materials and Systems Designed” Taylor & Francis Group. Boca Raton. London New York. 2006. Ch. 2. РР. 13-58.</reference>
<reference>Gershman I.S., Bushe N.A. “Compatibility of Tribosystem” в книге “SelfOrganization During Friction. Advanced Surface Engineered Materials and Systems Designed” Taylor & Francis Group. Boca Raton. London New York. 2006. Ch. 3. РР. 59-80.</reference>
<reference>Гершман И.С., Буше Н.А. Реализация диссипативной самоорганизации поверхностей трения в трибосистемах // Трение и износ. 1995. Т. 16. № 1. С. 61-70.</reference>
<reference>Iosif S. Gershman, Alexander E. Mironov, Eugeniy I. Gershman, German S. FoxRabinovich and Stephen C. Veldhuis «SelfOrganization during Friction of Slide Bearing Antifriction Materials» Entropy 2015, 17, 7967-7978.</reference>
<reference>FoxRabinovich G.S., Gershman I.S., Yamamoto K., Biсsa A., Veldhuis S.C., Beake B.D., Kovalev A.I. «SelfOrganization During Friction in Complex Surface Engineered Tribosystems” Entropy 2010, 12, p. 275-288.</reference>
<reference>Гершман И.С., Гершман Е.И. Каталитическое действие при трении // Трение и износ. 2011. Т. 32. № 6. С. 489-496.</reference>
<reference>Ашкинази Е.Е., Ральченко В.Г., Фролов В.Д., Басов А.А., Конов В.И., Гершман И.С. Трение пары CVDалмаз - интерметаллид // Трение и износ. 2008. Т. 29. № 4. С. 369-374.</reference>
<reference>FoxRabinovich G.S., Gershman I.S., Kovalev A.I., Yamamoto K. “Development of the Ternary and Higher - Ordered Protective or WearResistant Materials and Coatings for High - temperature Applications and Thermodynamics - Based Principles of their Synergetic Alloying” в книге “SelfOrganization During Friction. Advanced Surface Engineered Materials and Systems Designed” Taylor & Francis Group. Boca Raton. London New York. 2006. Ch. 11. РР. 335-380.</reference>
<reference>FoxRabinovich G.S., Kovalev A.I., Endrino J.L., Veldhuis S.C., Shuster L.S., Gershman I.S. “Surface Engineered Tool Materials for High Perfomance Machining” в книге “SelfOrganization During Friction. Advanced Surface Engineered Materials and Systems Designed” Taylor & Francis Group. Boca Raton. London New York. 2006. Ch. 9. РР. 231-297.</reference>
<reference>Гершман И.С., Гершман Е.И. Восстановление изношенных участков контактных проводов без их демонтажа // Вестник машиностроения. 2016. № 3. С. 85-88.</reference>
Отзывы читателей
