Ученые НИЯУ МИФИ в составе научной группы разработали уникальную твердую смазку для высокоточной техники, которая подходит для работы в экстремальных условиях (в том числе в космосе). По их данным, состав на основе вольфрама, серы и селена снижает трение в несколько раз лучше аналогов.
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 твердые смазочные материалы.
Исследователи НИЯУ МИФИ в сотрудничестве с коллегами из БФУ им. И. Канта разработали уникальный твердый смазочный материал с оригинальной наноструктурой. В его основе – сульфоселенид вольфрама с равномерно распределенными 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 твердого тела и наносистем Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Вячеслав Фоминский.
«Нам удалось подобрать оптимальное сочетание «матричного» материала и наночастиц, которое позволяет добиться повышенной твердости и пластичности смазочного покрытия. При трении на поверхности покрытия формируется нанопленка (трибопленка) толщиной 20 нм, которая значительно снижает трение за счет 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 ученые 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 ученый.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда №19-19-00081. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Nanomaterials.