Новости науки 04.04.02. Фуллерены и нанотрубки повышают износостойкость материалов.

Мы чаще пишем о "нанотехнологических" применениях фуллеренов и углеродных нанотрубок. Но фуллерены, нанотрубки и другие углеродные наноструктуры становятся все более привычными и доступными материалами и для "обычных" областей. Так, они уже используются в качестве упрочняющих наполнителей для новых композиционных материалах.

Ученые разных стран активно ведут работы по получению новых материалов, использующих различные углеродные наноструктуры и имеющих хорошие трибологические (прочность при трении) характеристики. Например, композиционные материалы, полученные российскими учеными из порошковых смесей фуллеритов и металлов, обладают высокой износостойкостью. Для изготовления таких материалов использовался метод горячего изостатического прессования (давление 1-5 ГПа, температура 1000 - 1600 С) смесей, содержащих от 1 до 60 % фуллеритов (C₆₀ + 15 % C₇₀), порошки различных металлов (Fe, Mo, Ti, Zr, W, Ni, Co) и сплавов на основе железа. В результате были получены композиты нового типа, состоящие из металлической матрицы с включениями сверхтвердой алмазоподобной аморфной фазы углерода. Ранее алмазоподобные аморфные углеродные соединения, обладающие высокой твердостью и низким коэффициентом трения, получали только в виде очень тонких пленок, исследователям же из Черноголовки удалось получить алмазоподобные частицы в объеме матрицы. Полученные композиты C₆₀ + (Fe и Co) по абразивной износостойкости значительно превосходят известные износостойкие стали.

Пример использования другого рода углеродных наноструктур - недавняя работа французских и бельгийских ученых. Методом имплантации ионов углерода в слои серебра они получили композит из металла и диспергированных в нем углеродных "луковиц" со сферическими концентрическими оболочками. На первой стадии на разные подложки были осаждены пленки серебра толщиной 400 нм, затем при 500 С в них были имплантированы 120 кэВ ионы углерода. Исследования показали высокую износостойкость полученных композитных пленок. После отжига пленок в вакууме при температуре 850 С, приведшего к испарению серебра, были получены тонкие пленки, состоящие только из углеродных нанолуковиц диаметром 3 - 15 нм. К сожалению, из-за очень малой толщины пленок только из углеродных нанолуковиц не удалось провести их испытания на имеющейся аппаратуре.

Китайские ученые исследовали покрытия из никелевой матрицы, упрочненной углеродными нанотрубками, синтезированные методом электроосаждения. Композитные покрытия из металлической матрицы с диспергированными карбидами, оксидами, алмазными частицами давно известны своими антикоррозионными свойствами и износоустойчивостью. Диспергированные в них частицы, однако, имеют микронные размеры и не являются идеальными наполнителями. Более перспективными наполнителями представляются углеродные нанотрубки (у них модуль Юнга достигает 1.8 ТПа). Введение нанотрубок в никелевую матрицу приводит к снижению коэффициента трения и существенно улучшает износостойкость покрытия (износ покрытий "нанотрубки-Ni" в 4 раза меньше, чем для углеродистой стали и в 2 раза меньше по сравнению с покрытиями из чистого никеля).

перейти к началу страницы