pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2016-7-3-115-123pimi-271Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТРЕНИЯ И ИЗНОСА МЕТОДОМ «ДИСК НА ПЛОСКОСТИ»HARDWARE AND SOFTWARE COMPLEX FOR FRICTION AND WEAR INVESTIGATIONS BY THE «DISC ON PLATE» METHODКомаровФ. Ф.KomarovF. F.ПилькоВ. В.PilkoV. V.

Адрес для переписки: Пилько В.В. – Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко Белорусского государственного университета, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь   e-mail: pilkow@mail.ru

Address for correspondence: Pilko V.V. – A.N. Sevchenko Research Institute of Applied Physical Problems, Belarusian State University, Kurchatov st., 7, 220045, Minsk, Belarus e-mail: pilkow@mail.ru

pilkow@mail.ruКулешовВ. Н.KuleshovV. N.Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко Белорусского государственного университетаБеларусьA.N. Sevchenko Research Institute of Applied Physical Problems, Belarusian State UniversityBelarusБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarus20160712201673279285Copyright © Комаров Ф.Ф., Пилько В.В., Кулешов В.Н., 20162016Комаров Ф.Ф., Пилько В.В., Кулешов В.Н.Komarov F.F., Pilko V.V., Kuleshov V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/271

Переход точного машиностроения и приборостроения к широкому использованию наноразмерных структур и тонких слоев требует повышения локальности методов измерения по глубине материала. Унифицированные и общепризнанные стандарты методов измерения износостойкости и коэффициента трения слоистых структур и поверхностно-упрочненных материалов в настоящее время отсутствуют. Целью работы являлось создание универсальной машины трения, отличающейся максимально упрощенными требованиями к подготовке и геометрической форме образцов. Важным требованием, предъявляемым к установке и методу измерения, является возможность измерения коэффициента трения и определения стойкости к износу покрытий и упрочненных слоев микронной и субмикронной толщины. Вторым важным требованием является воспроизведение в эксперименте ацикличного процесса трения, максимально приближенного к реальным условиям эксплуатации узлов и деталей. Оба эти условия успешно реализуются при использовании метода «диск на плоскости». Использование метода «диск на плоскости» ведет к упрощению и повышению экспрессности измерений, минимизации используемых нагрузок на узел трения, снижению температуры трибопары, увеличению чувствительности и улучшению термостабилизации тензомоста. Разработана, изготовлена и апробирована установка для исследования процессов трения и износа различных пар материалов в условиях, близких к эксплуатационным. Апробирована конструкция измерительной консоли с низкой величиной паразитных нагрузок на тензодатчики. Создан компьютеризированный программно-аппаратный комплекс для регистрации параметров процесса трения. Разработано программное обеспечение для обработки и хранения результатов эксперимента. Программное обеспечение совместимо с современными операционными системами Windows. Формат файлов для хранения результатов измерения коэффициента трения совместим с основными графическими редакторами и допускает математическую обработку средствами Exсel. Последовательно изложены основные принципы анализа и обработки результатов. Приведены типичные результаты использования разработанной машины трения для измерения коэффициента трения и определения стойкости к износу массивных, однородных и поверхностно упрочненных материалов и сплавов с покрытиями. Показана высокая эффективность созданного комплекса оборудования при исследовании и оптимизации процессов нанесения покрытий и модификации поверхностных слоев. Работоспособность комплекса подтверждена при исследовании модифицированных слоев и покрытий микронной толщины. Установлено, что коэффициент трения и износостойкость конструкционных материалов, тонких микрокристаллических упрочняющих покрытий и наноструктурированных слоев эффективно контролируется c помощью созданного комплекса. 

Transition of the precision engineering and instrumentation to the widespread use of nanoscale structures and thin layers requires improved localization methods for measuring the depth of the material. Unified standards and the generally accepted methods for measuring the wear resistance and friction coefficient are not currently available. The aim of this work was the development of a universal friction machine with the simplified requirements for the preparation and the geometric shape of the sample and the opposing disc. An important requirement for the equipment and the method of measurement is the ability to measure the friction coefficient and the determination of the wear resistance of coatings and hardened layers of micron and submicron thicknesses. Another important requirement is modeling in the experiment of acyclic friction process, as close as possible to the real operating conditions of components and parts. Both of these conditions are successfully realized by using the method of «disc on plate». Implementation of «disk on plate» method was used to simplify and improve the rapid measurement, and to minimize load on the friction assembly, reduce friction pair temperature, increase the sensitivity and improve the resistive bridge thermal stabilization. The complex for the study of friction and wear processes of various materials pairs in conditions close to operational was manufactured and tested. The measuring console with a low value of the parasitic load on the measuring cell was designed. A computerized hardware and software system for the registration of the friction parameters of the process was developed. The software for processing and storage of experiment results was developed. The software is compatible with modern Windows operating systems. The file format for measurement results storage is compatible with the conventional graphic editors and could be processed by means of Exсel. The main principles of the analysis and processing of the results are consequentially described. Typical results of usage of the developed machine for friction coefficient measurements and the determination of the wear resistance of massive, homogeneous surfacehardened materials and alloys with coatings are shown. The high efficiency of the created equipment complex during investigation of coatings, optimization of coating depositing processes and the modification of the surface layers are shown in the study. The efficiency of the complex was confirmed by the study of the modified layers and micron thickness coatings. It was found that the friction coefficient and wear resistance of construction materials, modified thin microcrystalline layers and nanostructured coatings was effectively controlled by using of the created complex. 

измерительный комплекскоэффициент тренияизносостойкостьmeasurement complexfriction coefficientwear resistanceReferencesKenzari, S. Complex metallic alloys as new materials for additive manufacturing / S. Kenzari, D. Bonina, J.M. Dubois, V. Fournée // Sci. Technol. Adv. Mater. – 2014. – Vol. 15. – P. 1–9.Kenzari S., Bonina D., Dubois J.M., Fournée V. Complex metallic alloys as new materials for additive manufacturing. Sci. Technol. Adv. Mater., 2014, vol. 15, pp. 1–9. doi: 10.1088/1468-6996/15/2/024802Totten, G.E. Surface modification and mechanisms: friction, stress and reaction engineering / G.E. Totten, H. Liang. – Marcel Dekker Inc. New York – Basel, 2004. – 940 p. ISBN 0-203-02154-10-203-02154-1 Master e-book ISBN.Totten G.E., Liang H. Surface modification and mechanisms: friction, stress and reaction engineering. Marcel Dekker Inc. New York–Basel, 2004, 940 p.Voyevodin, A.A. Recent Advances in Hard, Tough, and Low Friction Nanocomposite Coatings / A.A. Voyevodin, J.S. Zabinski, C. Muratore // Tsinghua Science & Technology. – 2005. – Vol. 10, no. 6. – P. 665– 679.Voyevodin A.A., Zabinski J.S., Muratore C. Recent Advances in Hard, Tough, and Low Friction Nanocomposite Coatings. Tsinghua Science & Technology, 2005, vol. 10, no. 6, pp. 665–679. doi: 10.1016/S1007-0214(05)70135-8Rylyakin, E.G. Research of Hydrounits Details Wear Resistance / E.G. Rylyakin, V.I. Kostina // Contemporary Engineering Sciences. – 2015. – Vol. 8, no. 11. – P. 477–480 (in English).Rylyakin E.G., Kostina V.I. Research of Hydrounits Details Wear Resistance. Contemporary Engineering Sciences, 2015, vol. 8, no. 11, pp. 477–480. doi: org/10.12988/ces.2015.5257 (in English)Vekatesh, B. Wear Characteristics of Hardfacing Alloys: State-of-the-art / B. Vekatesh, K. Sriker, V.S.V. Prabhakar // Procedia Materials Science. – 2015. – Vol. 10. – P. 527–535.Vekatesh B., Sriker K., Prabhakar V.S.V. Wear Characteristics of Hardfacing Alloys: State-of-the-art. Procedia Materials Science, 2015, vol. 10, pp. 527–535. doi: 10.1016/j.mspro.2015.06.002Cavaleito, A. Nanostructured Coatings / A.Cavaleito, J.Т. De Hossou. – Berlin, Springer-Verlag, 2006.Cavaleito A., De Hossou J.Т. Nanostructured Coatings. Berlin, Springer-Verlag, 2006. doi: 10.1007/978-0-387-48756-4Komarov, F.F. Influence of conditions employed in application of Ti–Zr–Si–N nanostructured coatings on their composition, structure, and tribomechanical properties / F.F. Komarov, V.V. Pilko, I.M. Klimovich // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2015. – Vol. 88, no. 2. – P. 358–363.Komarov F.F., Pilko V.V., Klimovich I.M. Influence of conditions employed in application of Ti– Zr–Si–N nanostructured coatings on their composition, structure, and tribomechanical properties. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2015, vol. 88, no. 2, pp. 358–363. doi: 10.1007/s10891-015-1200-zSel’kin, V.P. Friction machine for testing materials under boundary lubrication / V.P. Sel’kin, S.V. Kopylov // Journal of Friction and Wear. – 2016. – Vol. 37, no. 2. – P. 184–186.Sel’kin V.P., Kopylov S.V. Friction machine for testing materials under boundary lubrication. Journal of Friction and Wear, 2016, vol. 37, no. 2, pp. 184–186. doi: 10.3103/S1068366616020136Grigor’ev, A.Ya. Reciprocating MTU–2KZ millitribometer / A.Ya. Grigor’ev [et al.] // Journal of Friction and Wear. – 2014. – Vol. 35, no. 6, – P. 455–459.Grigor’ev. A Ya., Gutsev D.M., Zozulya A.P., Kovaliova I.N., Kudritskii V.G., Myshkin N.K., Semenyuk M.S. Reciprocating MTU–2KZ millitribometer. Journal of Friction and Wear, 2014, vol. 35, no. 6, pp. 455–459. doi: 10.3103/S1068366614060063Komarov, F.F. Effect of He+ ion irradiation on structure and wear resistance of TiAlN coatings deposited by magnetron sputtering / F.F. Komarov, S.V.Konstantinov, V.V. Pilko, V.A. Kukarеko // Proceedings of 8 international conference Plasma Physics and Plasma Technology, 14– 18 September. – Minsk, 2015. – P. 297–300.Komarov F.F., Konstantinov S.V., Pilko V.V., Kukarеko V.A. Effect of He+ ion irradiation on structure and wear resistance of TiAlN coatings deposited by magnetron sputtering. Proceedings of 8 international conference Plasma Physics and Plasma Technology, 14– 18 September, Minsk, 2015, pp. 297–300.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.