Том 28 № 3 2026 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 28 № 3 2026 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Дамдхар В., Панде К., Аути А. Влияние морфологии наполнителя на эффективность криогенной обработки спеченных ПТФЭ-нанокомпозитов............................................................................................................................................................................ 6 Невар Г.В., Рощупкин С.И., Братан С.М., Харченко А.О. Аналитическая оценка производительности обработки комплексных заготовок на основе марковских моделей...................................................................................................................................... 29 Кожухова Н.И., Сирота В.В., Чуриков А.С., Зайцев С.В., Прохоренков Д.С. Влияние режимов лазерной наплавки на дефектность покрытий из Ni-Al.............................................................................................................................................................. 44 Бобровский Н.М., Кисель А.Г., Каменов Р.У., Подашев Д.Б., Целиков П.В., Кисель К.Х. Исследование температуры при обработке никелида титана ТН-1............................................................................................................................................................ 58 Елисеев А.А., Панфилов А.О., Воронцов А.В., Зыкова А.П., Черемнов А.М. Влияние тепловложения на формирование покрытия из алюминиевой бронзы на нержавеющей стали при электронно-лучевой наплавке..................................................... 70 Ширзадов Ф.М. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на эволюцию микроструктуры, перераспределение легирующих элементов и твёрдость поверхностных слоев компактного графитового чугуна EN-GJV-400, полученных TIG-модификацией.................................................................................................................................................................................. 83 Умеров Э.Д., Соловьев А.Н., Егоров Ю.А., Скакун В.В., Соболевский И.В., Джемалядинов Р.М. Оценка контактной и оптической профилометрии при контроле шероховатости криволинейных поверхностей деталей машин................................ 112 Перков А.С., Силкин С.А., Кусманов С.А., Тамбовский И.В. Сравнительная оценка износостойкости комбинированных покрытий на углеродистых сталях, включающих электролитно-плазменную обработку с последующим осаждением Cr или Co-W.................................................................................................................................................................................................... 129 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Гвинджилия В.Е., Заковоротный В.Л. Зависимость изнашиваемости инструментов от эволюционных изменений параметров динамической системы резания..................................................................................................................................................... 147 Джагтап К.Р., Дешмукх Р.Р. Влияние продолжительности глубокой криогенной обработки на микроструктуру и трибологические свойства режущих инструментов из WC-Co......................................................................................................................... 167 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Гири С.В., Аути А., Кадам А., Шинде Р. Структурные исследования графенового покрытия на медной подложке, полученного методом масштабируемого распыления из ксилольной дисперсии............................................................................... 185 Худорожкова Ю.В., Буров С.В., Поволоцкая А.М., Вичужанин Д.И. Определение взаимосвязи между структурой, свойствами и деформированным состоянием при растяжении стали 09Г2С............................................................................................ 205 Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Тарасов С.Ю., Семенчук Н.В. Влияние интенсивной пластической деформации и термической обработки на структурные, механические и трибологические свойства бронзы системы Cu-9Al-2Mn........................ 229 Логинов П.А., Федотов А.Д., Муканов С.К., Романенко Б.Ю., Чканникова Ю.Г., Кольцов Н.А., Бычкова М.Я., Манакова О.С. Влияние легирования углеродом и термической обработки на структуру, механические и трибологические свойства порошкового высокоэнтропийного сплава CoCrCuFeNi...................................................................................................................... 250 Карлина Ю.И., Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Повышение твердости и износостойкости стали 110Г13Л после дробеструйной обработки........................................................................................................................................................................................... 269 Карлина А.И., Гладких В.А., Витькина Г.Ю., Кононенко Р.В., Кондратьев В.В. Оценка возможности снижения остаточного аустенита при лазерной цементации низкоуглеродистой стали дополнительной криогенной обработкой........................... 286 Астахов И.И., Корчмарчик С.О., Климова М.В., Задыкян Г.Г., Корсмик Р.С., Степанов Н.Д. Влияние параметров процесса прямого лазерного выращивания на структуру и механические свойства новых жаропрочных никелевых сплавов на основе ЖС6К......................................................................................................................................................................................................... 315 Агравал Д., Патил С., Амбхоре Н., Вашимкар Д., Агравал Д. Исследование влияния параметров процесса аддитивного производства на изготовление 3D-печатного прототипа таранной кости........................................................................................... 331 Дударева А.А., Есикова Е.Д., Станкевич С.В., Шикалов В.С., Малютина Ю.Н., Хомяков М.Н., Домаров Е.В., Эмурлаев К.И. Структура и износостойкость горячекатаных покрытий системы Fe-Cr-B......................................................................... 345 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 360 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 371 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 04.09.2026. Выход в свет 15.09.2026. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 46,5. Уч.-изд. л. 86,49. Изд. № 122. Заказ 164. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 28 No. 3 2026 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 28 No. 3 2026 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 28 No. 3 2026 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY DamdharV., PandeK.,AuteeA. Eff ect of fi ller morphology on cryogenic treatment sintered PTFE nanocomposites.............................. 6 Nevar G.V., Roshchupkin S.I., Bratan S.M., Kharchenko A.O. Analytical assessment of the processing productivity of complex workpieces based on Markov models ....................................................................................................................................................... 29 Kozhukhova N.I., Sirota V.V., Churikov A.S., Zaitsev S.V., Prokhorenkov D.S. The infl uence of laser cladding modes on the defectiveness of Ni-Al coatings................................................................................................................................................................. 44 Bobrovsky N.M., Kisel’ A.G., Kamenov R.U., Podashev D.B., Tselikov P.V., Kisel’ K.Kh. Investigation of temperature during machining of titanium nickelide TN-1...................................................................................................................................................... 58 Eliseev A.A., Panfi lov A.O., Vorontsov A.V., Zykova A.P. Cheremnov A.M. Eff ect of heat input during electron beam cladding on the formation of an aluminum bronze coating on stainless steel......................................................................................................... 70 Shirzadov F.M. Infl uence of high-frequency electromagnetic fi eld-assisted TIG surface modifi cation on microstructural evolution, elemental redistribution and hardness of EN-GJV-400 compacted graphite iron..................................................................................... 83 Umerov E.D., SolovievA.N., Egorov Y.A., Skakun V.V., Sobolevsky I.V., Dzhemalyadinov R.M. Evaluation of contact and optical profi lometry in the control of the roughness of curved surfaces of machine parts................................................................................... 112 Perkov A.S., Silkin S.A., Kusmanov S.A., Tambovskiy I.V. Comparative assessment of wear resistance of combined coatings on carbon steels produced by electrolytic-plasma treatment followed by Cr or Сo–W electrodeposition.................................................... 129 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Gvindjiliya V.E., Zakovorotny V.L. Dependence of tool wear on evolutionary changes in parameters of the dynamic cutting system........................................................................................................................................................................................................ 147 Jagtap K.R., Deshmukh R.R. Eff ect of deep cryogenic treatment duration on microstructure and tribological behaviour of WC–Co cutting tools............................................................................................................................................................................................... 167 MATERIAL SCIENCE Giri S.V., Autee A., Kadam A., Shinde R. Structural characterization of graphene-coated copper substrate prepared by scalable In-Situ spray coating using xylene dispersion......................................................................................................................................... 185 Khudorozhkova Yu.V., Burov S.V., Povolotskaya A.M., Vichuzhanin D.I. Determination of the relationship among the structure, properties and strain state of the 0.09C-2Mn-Si steel under tension...................................................................................... 205 Filippov A.V., Shamarin N.N., Tarasov S.Yu., Semenchuk N.A. Eff ect of severe plastic deformation and heat treatment on the structural, mechanical and tribological properties of Cu-9Al-2Mn bronze.................................................................................................. 229 Loginov P.A., Fedotov A.D., Mukanov S.K., Romanenko B.Yu., Chkannikova Yu.G., Koltsov N.A., Bychkova M.Ya., Manakova O.S. Eff ect of carbon alloying and heat treatment on the microstructure, mechanical properties, and tribological behaviour of a powder-metallurgy CoCrCuFeNi high-entropy alloy (HEA)............................................................................................ 250 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Increased hardness and wear resistance of 1.1% C-13% Mn steel after shot peening...................................................................................................................................................................................................... 269 Karlina A.I., Gladkikh V.A., Vitkina G.Y., Kononenko R.V., Kondratiev V.V. Evaluation of the possibility of reducing residual austenite during laser carburization of low-carbon steel by additional cryogenic treatment.................................................................... 286 Astakhov I.I., Korchmarchik S.O., Klimova M.V., Zadykyan G., Korsmik R., Stepanov N.D. Eff ect of direct laser deposition process parameters on the microstructure and mechanical properties of new nickel-base superalloys based on ZhS6K........................ 315 Agrawal D., Patil S., Ambhore N., Washimkar D., Agrawal D. Investigation of the eff ect of additive manufacturing process parameters on the fabrication of a 3D-printed talus bone prototype......................................................................................................... 331 Dudareva A.A., Esikova E.D., Stankevich S.V., Shikalov V.S., Malyutina Yu.N., Khomyakov M.N., Domarov E.V., Emurlaev K.I. Structure and wear resistance of hot-rolled Fe–Cr–B coatings........................................................................................ 345 EDITORIALMATERIALS 360 FOUNDERS MATERIALS 371 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 28 № 3 2026 6 ТЕХНОЛОГИЯ Влияние морфологии наполнителя на эффективность криогенной обработки спеченных ПТФЭ-нанокомпозитов Винод Дамдхар 1, 2, a, *, Кавита Панде 3, b, Арун Аути 1, c 1 Кафедра машиностроения, Технологический институт Махараштры, г. Чхатрапати Самбхаджинагар (Аурангабад), штат Махараштра, 431010, Индия 2 Центр инженерных разработок, Инженерный колледж им. Чхатрапати Шаху Махараджа Образовательного фонда CSMSS, г. Чхатрапати Самбхаджинагар (Аурангабад), штат Махараштра, 431010, Индия 3 ООО «Матвёрс Вижн» (Matverse Vision Pvt Ltd), г. Нагпур, штат Махараштра, 440001, Индия a https://orcid.org/0000-0002-3719-0157, vinod.damdhar@gmail.com; b https://orcid.org/0000-0003-3201-4418, kavita19pande@gmail.com; c https://orcid.org/0000-0003-2132-0532, arun.autee@mit.asia Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2026 Том 28 № 3 с. 6–28 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2026-28.3-6-28 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Политетрафторэтилен (ПТФЭ) широко используется в качестве твердого смазочного материала и функционального покрытия благодаря своей исключительной химической инертности, низкому коэффициенту трения и высокой ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 678.073:621.892:539.4 История статьи: Поступила: 02 мая 2026 Рецензирование: 25 мая 2026 Принята к печати: 05 июня 2026 Доступно онлайн: 15 сентября 2026 Ключевые слова: Спеченные ПТФЭ-композиты Наноразмерный оксид алюминия Наноразмерная слюда Криогенная обработка Геометрия наполнителя АННОТАЦИЯ Введение. Политетрафторэтилен (ПТФЭ) обладает исключительной химической стойкостью и малым коэффициентом трения, однако низкие прочностные характеристики и износостойкость существенно сужают область применения ПТФЭ в трибологических узлах. В связи с этим целью настоящей работы являлось установление закономерностей совместного влияния геометрического фактора нанонаполнителей и параметров криогенной обработки на структурно-фазовую эволюцию и комплекс свойств ПТФЭ-нанокомпозитов. Материалы и методы исследования. Объектами исследования служили ПТФЭ без наполнителей и оптимизированные нанокомпозитные системы, содержащие 1,0 масс. % наноразмерной слюды и 1,5 масс. % наноразмерного оксида алюминия соответственно. Формование образцов осуществляли методом холодного прессования с последующим спеканием. Криогенную выдержку проводили в среде жидкого азота при температуре −185 °C, варьируя время выдержки (8, 12 и 16 ч). Оценку механических и трибологических характеристик, а также анализ структурных превращений выполняли с использованием рентгенофазового анализа (РФА), ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье (ИК-Фурье) и растровой электронной микроскопии (РЭМ). Результаты и обсуждение. Установлено, что введение обоих типов нанонаполнителей в исходный ПТФЭ (предел прочности при растяжении ~27,6 МПа) обеспечивает повышение предела прочности и износостойкости. При этом установлено, что чувствительность композиционных материалов к криогенной обработке зависит от геометрии частиц наполнителя. Для композита с наноразмерной слюдой максимальная прочность зафиксирована при минимальной длительности выдержки (8 ч) и составляет ~37,9 МПа; для композита с наноразмерным оксидом алюминия максимальное значение зафиксировано после выдержки в течение 16 ч (~36,5 МПа). Аналогичные закономерности установлены для твердости и износостойкости. Данные РФА свидетельствуют об упорядочении кристаллической структуры и усилении межфазного взаимодействия наполнителя с полимерной матрицей, а результаты РЭМ подтверждают формирование более стабильных межфазных границ в композитах с наноразмерным оксидом алюминия. Продолжительная криогенная обработка приводит к развитию межфазной гетерогенности и образованию дефектов в материале с наноразмерной слюдой, что обусловлено ее чешуйчатой морфологией. Заключение. Морфология наполнителя является ключевым фактором, определяющим эффективность криогенной обработки ПТФЭ-нанокомпозитов. После длительной криогенной обработки глобулярный наноразмерный оксид алюминия обеспечивает превосходные показатели прочности при растяжении, твердости и износостойкости по сравнению с чешуйчатой наноразмерной слюдой. Установленные структурно-свойственные корреляции имеют большое значение для разработки ПТФЭ-нанокомпозитов, ориентированных на работу в условиях интенсивного трения и износа. Для цитирования: Дамдхар В., Панде К., Аути А. Влияние морфологии наполнителя на эффективность криогенной обработки спеченных ПТФЭ-нанокомпозитов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2026. – Т. 28, № 3. – С. 6–28. – DOI: 10.17212/1994-6309-2026-28.3-6-28. ______ *Адрес для переписки Винод Дамдхар, доцент Инженерный колледж им. Чхатрапати Шаху Махараджа Образовательного фонда CSMSS, г. Чхатрапати Самбхаджинагар (Аурангабад), 431010, штат Махараштра, Индия Тел.: 91 9607200527, e-mail: vinod.damdhar@gmail.com
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 28 No. 3 2026 7 TECHNOLOGY термической стабильности в широком температурном диапазоне [1–3]. Совокупность указанных свойств делает ПТФЭ востребованным материалом для уплотнителей, подшипников, зубчатых колес, поршневых колец и антипригарных покрытий, где критически важны низкий коэффициент трения и химическая стойкость [3, 4, 5–14]. Тем не менее присущие ПТФЭ без наполнителей низкая износостойкость и невысокая несущая способность существенно ограничивают его применение в условиях высоких нагрузок и абразивного износа. В связи с этим активно ведутся исследования ПТФЭ-микро- и нанокомпозитов, наполненных минеральными и керамическими частицами, с целью повышения износостойкости без ущерба для антифрикционных свойств материала [11–15]. Среди широкого спектра исследуемых наполнителей технологически значимыми и принципиально различными являются два минеральных нанонаполнителя – наноразмерная слюда и наноразмерный оксид алюминия. Наноразмерная слюда представляет собой слоистый силикат с чешуйчатой морфологией и высоким аспектным отношением, что, как установлено, существенно повышает жесткость, прочность и термическую стабильность различных полимерных матриц, включая эпоксидные смолы, полистирол, полиметилметакрилат, полиарилэфиркетон и полиэтилен. Напротив, наноразмерный оксид алюминия, применяемый преимущественно в равноосной или близкой к сферической форме, представляет собой твердую керамику, которая увеличивает твердость и износостойкость и зарекомендовала себя как один из наиболее эффективных наполнителей для снижения износа ПТФЭ [5–10]. Систематические исследования ПТФЭ/Al2O3-нанокомпозитов не только показали снижение интенсивности износа на несколько порядков при малых концентрациях нанонаполнителя, но и выявили механизмы упрочнения, такие как межчастично-фибриллярное сцепление, измельчение частиц износа и формирование стабильных пленок переноса [11–15]. Морфология наполнителя и его аспектное отношение определяют поведение композитов, влияя на упаковку частиц, распределение напряжений и траектории распространения трещин. Пластинчатые наполнители (с высоким аспектным отношением), такие как слюда, обеспечивают высокопрочное анизотропное армирование и более эффективное перераспределение нагрузки, однако их протяженные плоские межфазные границы могут служить зонами инициирования расслоения и очагами зарождения трещин [8–10]. В литературе показано, что наполненные слюдой и волластонитом композиты на основе полиэтилена высокой плотности демонстрируют принципиально различные механические характеристики исключительно вследствие формы частиц [10], а в исследованиях ПТФЭ-слюдяных композитов ориентация пластинчатых частиц и морфология межфазной границы связываются с вариациями поверхности трения и механизмов износа [16–18]. Напротив, близкие к сферическим наночастицы оксида алюминия выступают в роли более изотропных концентраторов напряжений, способствуя трехмерному перераспределению нагрузки и отклонению трещин без образования протяженных слабых плоскостей [11–15]. Следовательно, даже при одинаковых объемных долях чешуйчатая наноразмерная слюда и глобулярный наноразмерный оксид алюминия формируют принципиально различающиеся микроструктуры и характер эволюции повреждений в спеченном ПТФЭ. В предыдущей работе [16] проведено сравнительное исследование ПТФЭ-нанокомпозитов, наполненных наноразмерной слюдой и наноразмерным оксидом алюминия. Испытания на абразивный износ выполняли по схеме «палец – диск» при комнатной температуре в диапазоне содержания наполнителя от 0,5 до 5 масс. %. Для наноразмерной слюды установлено немедленное снижение удельной интенсивности износа (УИИ) с выходом на плато при концентрациях выше 1 масс. %. Данное содержание признано эффективным (улучшение относительно ненаполненного ПТФЭ ~16 %). В случае наноразмерного оксида алюминия отклик оказался более резким и концентрационно-чувствительным: оптимум зафиксирован при 1,5 масс. % (снижение УИИ ~22 %), а превышение этого порога сопровождается ухудшением характеристик вследствие агломерации и абразивного воздействия третьего тела [19–29]. В указанном исследовании установлено оптимальное содержание нанонаполнителей и выявлены взаимосвязи «состав – износ». Однако роль морфологии наполнителя и влияние после-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 28 № 3 2026 8 ТЕХНОЛОГИЯ дующей криогенной обработки на структурносвойственные и износные корреляции не рассматривались. Помимо состава и морфологии наполнителя, криогенная обработка выступает дополнительным технологическим параметром, позволяющим модифицировать микроструктуру и трибологические характеристики полимерных материалов. Глубокое криогенное воздействие способствует снятию внутренних напряжений, изменению кристалличности и измельчению микроструктурных элементов, что в ряде систем приводит к повышению износостойкости и размерной стабильности [17, 26–28]. Для ПТФЭ-композитов криогенная обработка исследовалась на примере слюдонаполненных покрытий кухонной посуды. Показано, что криоциклирование изменяет доминирующие механизмы износа и может повысить эксплуатационные характеристики при соответствующих режимах [16]. Наполненные наночастицами ПТФЭ-системы также демонстрируют чувствительность вязкоупругих и износных свойств к термической предыстории, что указывает на потенциал постобработок (включая криогенное воздействие) для стабилизации микроструктуры и улучшения трибологических свойств [13, 25–30]. Вместе с тем большинство существующих исследований ограничены либо одним типом наполнителя, либо покрытиями и не затрагивают объемные спеченные компоненты. Систематические сравнения влияния криогенной обработки на композиты с различной морфологией наполнителя в литературе отсутствуют. В последние годы механические и трибологические свойства ПТФЭ-композитов улучшены за счет введения наночастиц, применения синергетических твердых наполнителей и криогенной обработки [4, 6, 11–15, 25–30]. Однако большинство доступных исследований ограничиваются либо одной системой наполнителей, либо необработанными композитами, либо традиционным трибологическим анализом. Работы, посвященные совместному влиянию морфологии наполнителя и длительности криогенной обработки на структурно-свойственные соотношения в спеченных ПТФЭ-нанокомпозитах, немногочисленны. Сравнительные данные о поведении чешуйчатой наноразмерной слюды и глобулярного наноразмерного оксида алюминия после продолжительной криогенной выдержки в литературе практически отсутствуют. Цель настоящей работы – установление механических, трибологических, структурных и микроструктурных характеристик спеченных ПТФЭ-нанокомпозитов, наполненных наноразмерной слюдой и наноразмерным оксидом алюминия различной морфологии. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи. 1. Изготовить методом холодного прессования с последующим спеканием образцы ПТФЭ без наполнителей и образцы ПТФЭ-нанокомпозитов с оптимизированным содержанием наполнителей (1,0 масс. % наноразмерной слюды и 1,5 масс. % наноразмерного оксида алюминия). 2. Оценить влияние длительности криогенной выдержки (8, 12 и 16 ч) на комплекс механических свойств (прочность при растяжении и сжатии, твердость, относительное удлинение) и трибологические характеристики (удельную интенсивность износа). 3. Определить роль чешуйчатой наноразмерной слюды и глобулярного наноразмерного оксида алюминия в формировании межфазного взаимодействия с матрицей, кристалличности, стабильности межфазных границ и механизмов износа в условиях криогенного воздействия. 4. Выявить корреляции между механическими, трибологическими характеристиками и микроструктурными изменениями, установленными методами РФА, ИК-Фурье и РЭМ. 5. Установить оптимальные параметры (морфологию наполнителя и длительность криогенной обработки), обеспечивающие наилучшие трибологические характеристики для перспективных инженерных приложений. Материалы и методы исследования Материалы В качестве матрицы использовали порошок первичного политетрафторэтилена (Inofl on® 610, Gujarat Fluorochemicals Ltd., Индия). По данным производителя, средний номинальный размер частиц равен ~200 мкм, насыпная плотность – 450 г · л−1, стандартный удельный вес – 2,15, усадка при формовании составляет ~3,2 %.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 28 No. 3 2026 9 TECHNOLOGY В работе применяли два минеральных нанонаполнителя: 1) наноразмерную слюду (слоистый силикат чешуйчатой морфологии); 2) наноразмерный оксид алюминия (Al2O3 равноосной/глобулярной морфологии). Оба наполнителя приобретены в виде порошков у компании Platonic Nanotech Pvt. Ltd. (Джаркханд, Индия) с заявленным средним размером частиц ~50 нм. Содержание наполнителей (1,0 масс. % наноразмерной слюды и 1,5 масс. % наноразмерного оксида алюминия) выбрано на основе результатов предыдущего исследования абразивного износа ПТФЭ-нанокомпозитов [29]. Перед смешиванием порошки ПТФЭ и наполнителей подвергали предварительному нагреву при 100 °C в течение 2 ч для удаления влаги. Затем компоненты смешивали с использованием высокоскоростного механического перемешивания с последующей ультразвуковой диспергацией для обеспечения равномерного распределения и минимизации агломерации частиц. Методы испытаний и статистическая обработка Испытания на растяжение проводили не менее чем на пяти образцах для каждого экспериментального режима. Испытания на сжатие и износ выполняли как минимум с тремя повторами для каждого условия. Для всех измеряемых свойств рассчитывали средние значения и стандартные отклонения. Статистическую значимость наблюдаемых различий оценивали с использованием однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) с последующим посткритерием Тьюки (p < 0,05). Планки погрешностей на графических результатах соответствуют стандартному отклонению. Изготовление композитов и спекание ПТФЭ без наполнителей, ПТФЭ + 1,0 масс. % наноразмерной слюды и ПТФЭ + 1,5 масс. % наноразмерного оксида алюминия изготавливали методом холодного прессования под давлением 13,8 МПа с последующим циклом спекания. Для определения твердости, а также проведения испытаний на сжатие и изнашивание формовали образцы кубической формы с размерами 10×10×10 мм в соответствии с требованиями стандартов ASTM. Криогенную обработку проводили выдержкой в среде жидкого азота при температуре −185 °C в течение 8, 12 и 16 ч. На рис. 1 представлен внешний вид образцов после криогенной обработки. Здесь PU – необработанный ПТФЭ без наполнителей; P8, P12 и P16 – образцы ПТФЭ без наполнителей с выдержкой 8, 12 и 16 ч соответственно;A8,A12 и A16 – композиты с наноразмерным оксидом алюминия; M8, M12 и M16 – композиты с наноразмерной слюдой. Рис. 1. Репрезентативные образцы ПТФЭ-нанокомпозитов для механических и трибологических испытаний после криогенной обработки Fig. 1. Representative mechanical and tribological specimens of PTFE nanocomposites after cryogenic treatment ПТФЭ без наполнителей, ПТФЭ + 1,0 масс. % наноразмерной слюды и ПТФЭ + 1,5 масс. % наноразмерного оксида алюминия изготавливали методом прессования с последующим спеканием. Предварительно смешанные порошки прессовали раздельно под давлением 13,8 МПа. Сформованные образцы спекали по термовременному режиму, представленному на рис. 2. Рис. 2. Термовременной цикл спекания, использованный для ПТФЭ и нанокомпозитов на его основе Fig. 2. Sintering cycle used for PTFE and its nanocomposites
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1