ВПЛИВ БІНАРНОГО СПЛАВУ СИСТЕМИ AL-MN НА ТРИБОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ НАДВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛІЕТИЛЕНУ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-2884.47.2025.4Ключові слова:
надвисокомолекулярний поліетилен, загартований з рідини сплав Al-Mn, трибологічні властивості, показник абразивного стирання, інтенсивність лінійного зношування, твердістьАнотація
Комплексний підхід до зменшення адгезійного та абразивного зношування робочих органів сільськогосподарської техніки є важливим чинником підвищення їх довговічності та загальної економічної ефективності аграрного сектору, оскільки майже 90 % випадків передчасного виходу з ладу пов’язані саме з поверхневим руйнуванням. Одним із найбільш перспективних шляхів вирішення цієї проблеми є застосування сучасних полімерних композиційних матеріалів на основі термопластичних полімерів, зокрема надвисокомолекулярного поліетилену, модифікованого порошковими наповнювачами. У статті розглянуто вплив відсоткового вмісту загартованого з рідкого стану дисперсного (50—100 мкм) бінарного сплаву системи Al-Mn на трибологічні властивості надвисокомолекулярного поліетилену в різних умовах експлуатації: при дії жорсткозакріплених абразивних часток та за умов тертя без змащення за схемою «диск-колодка». Встановлено, що введення дисперсних часток твердого сплаву (HV ≈ 600 МПа) дозволяє суттєво зменшити інтенсивність лінійного зношування (у 8,7 разів) та показник абразивного стирання (у 1,8 рази) порівняно з чистим полімером. Підвищення зносостійкості пояснюється ефектом мікропідсилення, що забезпечує рівномірний розподіл прикладеного навантаження у зоні контакту, зниження локальних напружень та зменшення ймовірності утворення мікротріщин. Морфологічний аналіз поверхонь тертя підтвердив формування більш однорідної та стабільної структури поверхневого шару композиту. Водночас показано, що збільшення вмісту сплаву понад 20 мас.% призводить до агломерації часток у полімерній матриці, утворення локальних концентраторів напружень та, як наслідок, до погіршення трибологічних характеристик. Композит із ефективним вмістом бінарного сплаву системи Al-Mn 20 мас.% можна рекомендувати для виготовлення робочих органів машин і механізмів аграрної промисловості, експлуатація яких відбувається в умовах комбінованого адгезійного та абразивного зношування.
Посилання
Valizade, N. & Farhat, Z. (2024). A review on abrasive wear of aluminum composites: mechanisms and influencing factors. Journal of Composites Science. 8(4). P. 149.
Zhang, H., Goltsberg, R. & Etsion, I. (2022). Modeling adhesive wear in asperity and rough surface contacts: A review. Materials. 15(19). Р. 6855.
Kobets, A.S. [et al.]. (2022). Zastosuvannia polimernykh kompozytiv v ahropromyslovomu kompleksi [Application of polymer composites in the agro-industrial complex] Dnipro: Zhurfond, 356 p [in Ukrainian].
Burya, O. [et al.]. (2019). Polimerni kompozyty na osnovi termoplastychnykh v’iazhuchykh. [Polymer composites based on thermoplastic binders] Dnipro: Srednyak T. K. Press. 239 р. [in Ukrainian].
Deplancke, T., Lame, O., Barrau, S., Ravi, K. & Dalmas F. (2017). Impact of carbon nanotube prelocalization on the ultra-low electrical percolation threshold and on the mechanical behavior of sintered UHMWPE-based nanocomposites. Polymer. Vol. 111. P. 204–213.
Tomin, S.V., Yeromenko, О.V. & Yeriomina, Ye.A. (2024). Influence of dispersed filler on the abrasive wear index of ultra-high molecular polyethylene. Functional Materials. 31 (2). P. 210–214.
Borges, J. F. M., Cintho, O. M. Camilo Júnior, A., & Michel, M. D. (2024). Ultra-high mo-lecular weight polyethylene filled with iron by mechanical alloying. Revista delos, 17(61), e2660.
Baena, J., Wu, J. & Peng, Z. (2015). Wear performance of UHMWPE and reinforced UHMWPE Composites in Arthroplasty Applications. A Review. Lubricants., 3(2), Р. 413–436;
Wang, L., Gao, S., Wang, J., Wang, W., Zhang, L., & Tian, M. (2018). Surface modification of UHMWPE fibers by ozone treatment and UV grafting for adhesion improvement. The Journal of Adhesion. 94. Р.30–45.
Mudryi, S.I., Kulik Yu.O. & Yakymovych A.S. (2017). Renthenostrukturnyi analiz u materialoznavstvi [X-ray structural analysis in materials science]: teaching and methodical manual Lviv: I. Franko Lviv National University, 2017. 226 p [in Ukrainian].
Jones, H. (2005). Some effects of solidification kinetics in microstructure formation in Al-based alloys. Materials Science and Engineering A. 413-414. Р.165–173.
Yesikov, K.Y., Tomina, A.-M.V. & Bashev V.F. (2025). Vplyv binarnoho splavu systemy Al-Mn na pokaznyk abrazyvnoho styrannia nadvysokomolekuliarnoho polietylenu [The effect of a binary alloy of the Al-Mn system on the abrasive wear index of ultrahigh molecular weight polyethylene]. Man and Space: Collection of Abstracts of the XXVII International youth scien-tific and practical conference (Dnipro, 16-18 april. 2025 р.). Dnipro, 2025. P.309. [in Ukraini-an].
Khimko, M.S. (2024). Development and modernization of a complex of installations for wear testing of metal-polymer composite materials for spherical sliding bearings. Problems of fric-tion and wear, 1(102). P. 73–83.
Yeriomina, Ye.A., Lysenko, O.B., Nosenko, V.K. & Yarovyi, Ya.E. (2021). Study of the in-fluence of quick-hardened alloy on the properties of metal polymers. Journal Of Physics And Electronics. 29 (1). P. 41–44.
Zare, Ya. (2016). Study of nanoparticles aggregation/agglomeration in polymer particulate nanocomposites by mechanical properties. Composites Part A: Applied science and manufac-turing. Vol.84. P. 158–164.
Valizade N., Farhat Z. A review on abrasive wear of aluminum composites: mechanisms and influencing factors. Journal of Composites Science. 2024. Vol.8, No.4. P.149.
Zhang, H., Goltsberg, R. Etsion, I. Modeling adhesive wear in asperity and rough surface con-tacts: A review. Materials. 2022. Vol.15, No.19. Р. 6855.
Застосування полімерних композитів в АПК / А.С. Кобець [та ін.]; – Дніпро: Журфонд, 2022. 356 с.
Полімерні композити на основі термопластичних в’яжучих / О.І. Буря [та ін.];- Дніпро: Середняк Т.К., 2019. 239 с.
Deplancke T., Lame O., Barrau S., Ravi K., Dalmas F. Impact of carbon nanotube prelocaliza-tion on the ultra-low electrical percolation threshold and on the mechanical behavior of sintered UHMWPE-based nanocomposites. Polymer. 2017. Vol. 111. P. 204–213.
Tomin S.V., Yeromenko О.V., Yeriomina Ye.A. Influence of dispersed filler on the abrasive wear index of ultra-high molecular polyethylene. Functional Materials. 2024. Vol.31, No.2. P. 210–214.
Borges J.F.M., Cintho O.M., Camilo Junior, A., Michel M.D. Ultra-high molecular weight pol-yethylene filled with iron by mechanical alloying. Revista delos, 2024. Vol.17, No.61. e2660.
Baena J., Wu J. Peng Z. Wear performance of UHMWPE and reinforced UHMWPE Compo-sites in Arthroplasty Applications. A Review. Lubricants. 2015. Vol.3, No.2. Р. 413–436.
Wang L., Gao S., Wang J., Wang W., Zhang L., Tian M. Surface modification of UHMWPE fibers by ozone treatment and UV grafting for adhesion improvement. The Journal of Adhesion. 2018. Vol. 94. P.30–45.
Мудрий С.І. Рентгеноструктурний аналіз у матеріалознавстві: навч.-метод. посібник / С.І. Мудрий, Ю.О Кулік, А.С. Якимович. Львів: ЛНУ імені І .Франка, 2017. 226 с.
Jones H. Some effects of solidification kinetics in microstructure formation in Al-based alloys. Mat .Sci. and Eng.A.-413-414. 2005. Р.165–173.
Єсіков К.Ю. Вплив бінарного сплаву системи Al-Mn на показник абразивного стирання надвисокомолекулярного поліетилену / К.Ю. Єсіков, А.-М.В. Томіна, В.Ф. Башев // Лю-дина і космос: зб. тез. доп. ХХVIІ міжн. молод. наук.-практ. конф., (м. Дніпро, 16-18 квіт. 2025 р.). Дніпро, 2025. С.309.
Khimko M.S. Development and modernization of a complex of installations for wear testing of metal-polymer composite materials for spherical sliding bearings. Problems of friction and wear. 2024. 1(102). P. 73–83.
Yeriomina Ye.A., Lysenko O.B., Nosenko V.K., Yarovyi Ya.E. Study of the influence of quick-hardened alloy on the properties of metal polymers. Journal Of Physics And Electronics. 2021. 29 (1). P. 41–44.
Zare Ya. Study of nanoparticles aggregation/agglomeration in polymer particulate nanocompo-sites by mechanical properties. Composites Part A: Applied science and manufacturing. 2016. Vol.84. P. 158–164.
