pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2019-10-3-263-270pimi-452Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsИсследование износостойкости поверхности алюминиевого сплава, модифицированного минералами, методом склерометрииResearch of Surface Wear Resistance of Aluminum Alloy Modified with Minerals using Sclerometry MethodСказочкинА. B.SkazochkinA. V.

Address for correspondence: A.V. Skazochkin – Kaluga branch of the Russian Presidential Academy of National Economy and Public Administration, Okruzhnaya str., 4, building 3, Kaluga 248030, Russia     e-mail: avskaz@rambler.ru

avskaz@rambler.ruБондаренкоГ. Г.BondarenkoG. G.ЖуковскийП.ŻukowskiP.Калужский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службыРоссияKaluga branch of the Russian Presidential Academy of National Economy and Public AdministrationRussian FederationНациональный исследовательский университет «Высшая школа экономики»РоссияNational Research University Higher School of EconomicsRussian FederationЛюблинский технологический университетПольшаLublin University of TechnologyPoland201909092019103263270Copyright © Сказочкин А.B., Бондаренко Г.Г., Жуковский П., 20192019Сказочкин А.B., Бондаренко Г.Г., Жуковский П.Skazochkin A.V., Bondarenko G.G., Żukowski P.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/452

Повышение износостойкости поверхности металлических деталей, используемых в различных отраслях промышленности, является одним из актуальных направлений материаловедения. Целью данной работы являлось сравнительное исследование износостойкости образца из алюминиевого сплава (EN AW-2024, алюминиевый сплав системы Al-Cu-Mg), модифицированного ультрадисперсными частицами минералов с использованием метода склерометрии, позволяющего измерить физикомеханические свойства материала в микромасштабе, а также определение некоторых трибологических параметров (твердости и модуля упругости) образца из дюралюминия с минеральным покрытием.Измерение износостойкости было выполнено с помощью сканирующего твердомера «НаноСкан4D» методом многоциклового трения сапфировой сферой с контролем силы прижима и углубления наконечника в образец. Использование такой системы измерения особенно важно при испытании тонких модифицированных слоев, когда толщина слоя сопоставима с параметрами шероховатости поверхности и исключено влияние подложки.Результаты измерений показали, что износостойкость поверхности образца из алюминиевого сплава, модифицированной ультрадисперсными частицами минералов, увеличилась более чем 12 раз по сравнению с износостойкостью поверхности из алюминиевого сплава без модификации. Также выполнены измерения твердости и модуля упругости поверхности модифицированного образца с учетом особенностей измерения механических параметров тонких слоев.Полученные параметры модифицированной поверхности алюминиевого сплава могут быть в дальнейшем использованы для построения моделей процессов трения и износа поверхности, модифицированной ультрадисперсными частицами минералов. Отсутствие в настоящее время приемлемого объяснения природы особых свойств поверхности, модифицированной частицами минералов природного происхождения, не исключает использования наблюдаемых эффектов для значительного повышения ресурса различных деталей и механизмов.

Improving the wear resistance of the surface of metal parts used in various industries is one of the relevant areas of materials science. The aim of this work was a comparative study of the wear resistance of a sample of an aluminum alloy (EN AW-2024, an aluminum alloy of the Al-Cu-Mg system) modified with ultrafine particles of minerals using the sclerometry method, which makes it possible to measure the physicomechanical properties of the material at the microscale, as well as determining some tribological parameters (hardness and elastic modulus) of a duralumin sample with a mineral coating.

Wear resistance was measured using a NanoScan-4D scanning hardness tester using the multi-cycle friction method using a sapphire sphere with control of the pressing force and the deepening of the tip into the sample. The use of such a measurement system is especially important when testing thin modified layers, when the layer thickness is comparable with the surface roughness parameters and the influence of the substrate is excluded.

The measurement results showed that the wear resistance of the surface of an aluminum alloy sample modified with ultrafine mineral particles increased by more than 12 times compared to the wear resistance of an aluminum alloy surface without modification. Also, measurements of the hardness and elastic modulus of the surface of the modified sample were performed taking into account the features of measuring the mechanical parameters of thin layers.

The obtained parameters of the modified surface of the aluminum alloy can be further used to build models of the processes of friction and wear of the surface modified by ultrafine particles of minerals. The lack of an acceptable explanation of the nature of the special properties of the surface modified by particles of minerals of natural origin does not exclude the use of the observed effects to significantly increase the resource of various parts and mechanisms.

surface modificationaluminum alloywear resistancehardnessmineral coatingsReferencesFrank W.B., Haupin W.E., Vogt H., Bruno M., Thonstad J., Dawless R.K., Kvande H., Taiwo O.A. Aluminium in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2009, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. DOI: 10.1002/14356007.a01_459.pub2Frank W.B., Haupin W.E., Vogt H., Bruno M., Thonstad J., Dawless R.K., Kvande H., Taiwo O.A. Aluminium in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2009, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. DOI: 10.1002/14356007.a01_459.pub2Light Metals 2016, The Minerals, Metals & Mate-rials Society, 2016, 1053 p. DOI: 10.1002/9781119274780Light Metals 2016, The Minerals, Metals & Mate-rials Society, 2016, 1053 p. DOI: 10.1002/9781119274780Wan Y., Wang H., Zhang Y., Wang X., Li Y. Study on Anodic Oxidation and Sealing of Aluminum Alloy. Int. J. Electrochem. Sci., 2018, vol. 13, pp. 2175–2185. DOI: 10.20964/2018.02.78Wan Y., Wang H., Zhang Y., Wang X., Li Y. Study on Anodic Oxidation and Sealing of Aluminum Alloy. Int. J. Electrochem. Sci., 2018, vol. 13, pp. 2175–2185. DOI: 10.20964/2018.02.78Kumar K., Davim J.P. Composites and Advanced Materials for Industrial Applications. Hershey, USA: IGI Global, 2018, 423 p.Kumar K., Davim J.P. Composites and Advanced Materials for Industrial Applications. Hershey, USA: IGI Global, 2018, 423 p.Kala H., Mer K.K.S., Kumar S. A Review on Mechanical and Tribological Behaviors of Stir Cast Aluminum Matrix Composites. Procedia Materials Science, 2014, vol. 6, pp. 1951–1960. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.07.229Kala H., Mer K.K.S., Kumar S. A Review on Mechanical and Tribological Behaviors of Stir Cast Aluminum Matrix Composites. Procedia Materials Science, 2014, vol. 6, pp. 1951–1960. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.07.229Adebisi A.A., Maleque M.A., Rahman Md.M. Metal matrix composite brake rotor: historical development and product life cycle analysis. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 2011, vol. 4, pp. 471–480. DOI: 10.15282/ijame.4.2011.8.0038Adebisi A.A., Maleque M.A., Rahman Md.M. Metal matrix composite brake rotor: historical development and product life cycle analysis. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 2011, vol. 4, pp. 471–480. DOI: 10.15282/ijame.4.2011.8.0038Khodabakhshi F., Simchi A., Kokabi A.H. Surface modifi of an aluminum-magnesium alloy through reactive stir friction processing with titanium oxide nanoparticles for enhanced sliding wear resistance. Surface and Coatings Technology, 2017, vol. 309, pp. 114–123. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.11.060Khodabakhshi F., Simchi A., Kokabi A.H. Surface modifi of an aluminum-magnesium alloy through reactive stir friction processing with titanium oxide nanoparticles for enhanced sliding wear resistance. Surface and Coatings Technology, 2017, vol. 309, pp. 114–123. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.11.060Montealegre M.A., Castro G., Rey P., Arias J.L., Vázquez P., Gonzál M. Surface Treatments by Laser Technology. Contemporary Materials, 2010, I−1, pp. 19– 30. DOI: 10.5767/anurs.cmat.100101.en.019MMontealegre M.A., Castro G., Rey P., Arias J.L., Vázquez P., Gonzál M. Surface Treatments by Laser Technology. Contemporary Materials, 2010, I−1, pp. 19– 30. DOI: 10.5767/anurs.cmat.100101.en.019MKislov S.V., Kislov V.G., Skazochkin A.V., Bondarenko G.G., Tikhonov A.N. Effective mineral coatings for hardening the surface of metallic materials. Russian Metallurgy (Metally), 2015, no. 7, pp. 558–564. DOI: 10.1134/S0036029515070095Kislov S.V., Kislov V.G., Skazochkin A.V., Bondarenko G.G., Tikhonov A.N. Effective mineral coatings for hardening the surface of metallic materials. Russian Metallurgy (Metally), 2015, no. 7, pp. 558–564. DOI: 10.1134/S0036029515070095Skazochkin A.V., Useinov A.S., Kislov S.V. Surface hardening of titanium alloy by minerals. Letters on Materials, 2018, no. 8(1), pp. 81–87. DOI: 10.22226/2410-3535-2018-1-81-87Skazochkin A.V., Useinov A.S., Kislov S.V. Surface hardening of titanium alloy by minerals. Letters on Materials, 2018, no. 8(1), pp. 81–87. DOI: 10.22226/2410-3535-2018-1-81-87Skazochkin A., Bondarenko G., Kislov S. Research of Tribological Features of Steel Surface by Creating Mineral Coatings. Journal of Engineering Science and Technology Review, 2018, vol. 11, iss. 6, pp. 138–143. DOI: 10.25103/jestr.116.17Skazochkin A., Bondarenko G., Kislov S. Research of Tribological Features of Steel Surface by Creating Mineral Coatings. Journal of Engineering Science and Technology Review, 2018, vol. 11, iss. 6, pp. 138–143. DOI: 10.25103/jestr.116.17Maslenikova I., Reshetov V.N., Useinov A.S. Mapping the Elastic Modulus of a Surface with a NanoScan 3D Scanning Microscope. Instruments and Experimental Techniques, 2015, vol. 58, no. 5, pp. 711–717. DOI: 10.1134/S0020441215040223Maslenikova I., Reshetov V.N., Useinov A.S. Mapping the Elastic Modulus of a Surface with a NanoScan 3D Scanning Microscope. Instruments and Experimental Techniques, 2015, vol. 58, no. 5, pp. 711–717. DOI: 10.1134/S0020441215040223Useinov A., Gogolinskiy K., Reshetov V. Mutual consistency of hardness testing at microand nanometer scales. Int. J. Mater. Res., 2009, vol. 100, pp. 968–972. DOI: 10.3139/146.110138Useinov A., Gogolinskiy K., Reshetov V. Mutual consistency of hardness testing at microand nanometer scales. Int. J. Mater. Res., 2009, vol. 100, pp. 968–972. DOI: 10.3139/146.110138Bhushan B. Modern Tribology Handbook, Two Volume Set. USA, CRC Press Inc., 2000, 1760 p.Bhushan B. Modern Tribology Handbook, Two Volume Set. USA, CRC Press Inc., 2000, 1760 p.Panjkovic V. Friction and the Hot Rolling of Steel. New York, CRC Press Inc., 2014, p. 223.Panjkovic V. Friction and the Hot Rolling of Steel. New York, CRC Press Inc., 2014, p. 223.ISO/TR 11811:2012 Nanotechnologies – Guidance on methods for nanoand microtribology measurements.ISO/TR 11811:2012 Nanotechnologies – Guidance on methods for nanoand microtribology measurements.

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