donstuAdvanced Engineering Research (Rostov-on-Don)Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)2687-1653Don State Technical University10.12737/16053donstu-42Research ArticleMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕThermophysical, diffusion, and segregation processes in the frictional contact zoneТеплофизические, диффузионные и сегрегационные процессы в зоне фрикционного контактаКолесниковИгорь ВладимировичKolesnikovIgor Vkvi@rgups.ruРостовский государственный университет путей сообщенияРоссияRostov State Transport UniversityRussian Federation2015301220151545462Copyright © Kolesnikov I.V., 20152015Колесников И.В.Kolesnikov I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/42

The calculation of the temperature field for the tribosystem of wheel - composition brake shoe of the rolling stock has shown that the maximum temperature in the wheel is not on the surface, but at 200-1000 micron distance from the friction surface. Under friction, as a result of the thermomechanical destruction of the polymer shoe there evolves hydrogen that is absorbed by the contact surface of the wheel. At that, the maximum hydrogen concentration coincides with the maximum temperature. The research results of the segregation phenomena of alloying and impurity elements in the iron grain boundaries are presented. It is shown that the consistency of the rates of the transfer film formation and its destruction is the kinetic condition of self-organization on the antifriction tribo-contact. The atomic-binding energy of different elements to the grain surface is a periodic function of the atomic numbers of the elements. This may serve as a theoretical basis for predicting the strength properties of steel with a different composition of alloying and impurity elements. The obtained results indicate the promising application of XPS and AES of quantum chemistry in solving tribological tasks.

Расчет температурного поля для трибосистемы колесо - тормозная композиционная колодка подвижного состава показал, что максимальное значение температуры в колесе находится не на поверхности, а на расстоянии 200-1000 мкм от поверхности трения. При трении в результате термомеханической деструкции полимерной колодки выделяется водород, который адсорбируется и поглощается контактирующей поверхностью колеса. При этом максимум концентрации водорода совпадает с максимум температуры. Представлены результаты по исследованию сегрегационных явлений легирующих и примесных элементов на границах зерен железа. Показано, что основой кинетического условия самоорганизации на антифрикционном трибоконтакте является согласованность скоростей образования пленки переноса и ее разрушение. Энергия связи атомов различных элементов с поверхностью зерен находится в периодической зависимости от атомного номера элементов. Этот факт может служить теоретической базой для прогнозирования прочностных свойств стали с различным составом легирующих и примесных элементов. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения методов рентгенноэлектронной и оже-электронной спектроскопии (РЭС, ОЭС) квантовой химии при решении трибологических задач.

емпературадиффузиясегрегацияпленка переносаtemperaturediffusionsegregationtransfer filmReferencesДе Брейн, Н. Г. Асимптотические методы в анализе / Н. Г. де Брейн. - Москва : ИЛ, 1961. - 247 С.De Bruijn, N.G. Asimptoticheskiye metody v analize. [Asymptotic methods in analysis.] Moscow: IL, 1961, 247 p. (in Russian).Вишик, М. Н., Асимптотическое поведение решений линейных дифференциальных уравнений с большими или быстроменяющимися коэффициентами и граничными условиями / М. Н. Вишик М. Н., Л. А. Люстерник // Успехи математических наук. - 1960. - Т. 15. - № 4. - С. 27-95.Vishick, M.N., Lyusternick L.A. Asimptoticheskoye povedeniye resheniy lineynykh differentsial'nykh uravneniy s bol'shimi ili bystromenyayushchimisya koeffitsiyentami i granichnymi usloviyami. [The asymptotic behavior of solutions of linear differential equations with large or quickly changing coefficients and boundary conditions.] Russian Mathematical Surveys, 1960, vol. 15, no. 4, pp. 27-95 (in Russian).Ломов, С. А. Введение в общую теорию сингулярных возмущений / С. А. Ломов. - Москва : Наука, 1981. - 399 с.Lomov, S.A. Vvedeniye v obshchuyu teoriyu singulyarnykh vozmushcheniy. [Introduction to the general theory of singular perturbations.] Мoscow: Nauka, 1981, 399 p. (in Russian).Колесников, В. И. Теплофизические процессы в металлополимерных трибосистемах / В. И. Колесников. - Москва : Наука, 2003. - 279 с.Kolesnikov, V.I. Teplofizicheskiye protsessy v metallopolimernykh tribosistemakh. [Thermal and physical processes in the metal and polymeric tribosystems.] Мoscow: Nauka, 2003, 279 p. (in Russian).Совместимость химических элементов на границах зерен в стали и ее влияние на износостойкость стали / В. И. Колесников [и др.] // Трение и износ. - 2015. - Т. 36. - № 1. - С. 1-8.Kolesnikov, V.I., Migal, Yu.F., Kolesnikov I.V., Novikov, E.S. Sovmestimost' khimicheskikh elementov na granitsakh zeren v stali i yeye vliyaniye na iznosostoykost' stali. [Compatibility of chemical elements on grain boundaries in steel and its influence on wear resistance of steel.] Journal of Friction and Wear, 2015, vol. 36, no. 1, pp. 1-8 (in Russian).Взаимодействие атомов примесных и легирующих элементов с поверхностью зерен в стали / В. И. Колесников [и др.] // Вестник Южного научного центра РАН. - 2012. - Т. 8. - № 4. - С. 27-33.Kolesnikov V.I., Migal Yu.F., Doronkin V.N., Novikov E.S., Kolesnikov I.V. Vzaimodeystviye atomov primesnykh i legiruyushchikh elementov s poverkhnost'yu zeren v stali. [Interaction of atoms of impurity and alloying elements with the steel grain surface. ] Vestnik SSC RAS, 2012, vol. 8, no. 4, pp. 27-33 (in Russian).Разработка гибридных наполнителей для антифрикционных композиционных материалов / В. И. Колесников [и др.] // Вестник РГУПС. - 2014. - № 4. - С. 14-19.Kolesnikov, V.I., Migal, Yu.F., Kolesnikov, I.V., Myasnikova, N.A. Razrabotka gibridnykh napolniteley dlya antifriktsionnykh kompozitsionnykh materialov. [Development of hybrid filler for antifrictional composite materials.] Vestnik RGUPS, 2014, no. 4, pp. 14-19 (in Russian).Исследование процессов трения и износа с помощью методов рентгеноэлектронной, оже-электронной спектроскопии и квантовой химии / В. И. Колесников [и др.] // Вестник Южного научного центра РАН. - 2013. - Т. 9, юбил. вып. - С. 29-36.Kolesnikov, V.I., Kozakov, A.T., Migal, Yu.F., Kolesnikov, I.V. Issledovanie protsessov treniya i iznosa s pomoshch'yu metodov rentgenoelektronnoy, ozhe- elektronnoy spektroskopii i kvantovoy khimii [Study of friction and wear by X-Ray Electron and Auger-electron spectroscopy and quantum chemistry.] Vestnik SSC RAS. Anniversary iss., 2013, vol. 9, pp. 29-36 (in Russian).Te Velde G., Bickelhaupt F.M., van Gisbergen S. J. A., Fonseca Guerra C., Baerends E. J., Snijders J.G., Ziegler T. Chemistry with ADF // J. Comput. Chem., 2001, vol. 22, pp. 931-967.Te Velde, G., Bickelhaupt, F.M., van Gisbergen, S.J.A., Fonseca Guerra, C., Baerends, E.J., Snijders, J.G., Ziegler, T. Chemistry with ADF. Journal of Computational Chemistry, 2001, vol. 22, pp. 931–967.Seah, M. P. Adsorption-induced interface decohesion // Acta Metallurgica, 1980, vol. 28, pp. 955-962.Seah, M.P. Adsorption-induced interface decohesion. Acta Metallurgica, 1980, vol. 28, pp. 955–962.Mosey, N. J. Atomistic Modeling of Friction / N. Y. Mosey, M. H. Műser, K. B. Lipkowitz, T. R. Cundari // Reviews in Computational Chemistry, 2007, vol. 25, 67-124 pp.Mosey, N.J., Műser, M.H., Lipkowitz, K.B., Cundari, T.R. Atomistic Modeling of Friction. Reviews in Computational Chemistry, 2007, vol. 25, pp. 67–124.

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