satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2025-24-2-98-108sat-2846Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMECHANICAL ENGINEERING АND ENGINEERING SCIENCEВлияние магнитного поля на структуру полимерных медьсодержащих композитов для узлов стационарного тренияEffect of Magnetic Field on Structure of Copper-Containing Polymer Composites for Stationary Friction Units A. G. Anisovich1), S. N. Bukharov2), V. K. Merinov2), V. P. Sergienko2)АнисовичА. Г.AnisovichA. G.

Доктор физико-математических наук, профессор

Адрес для переписки:Анисович Анна Геннадиевна -Государственное научное учреждение «Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси»,ул. Академическая, 16,220072, г. Минск, Республика Беларусь.Тел.: +375 29 664-65-56аnna-anisovich@yandex.ru

Address for correspondence:Anisovich Anna G. -State Scientific Institution “Institute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of Belarus”,16, Academic str.,220072, Minsk, Republic of Belarus/Tel.: +375 29 664-65-56аnna-anisovich@yandex.ru

anna-anisovich@yandex.ruБухаровС. Н.BukharovS. N.

Кандидат технических наук, доцент

г. Гомель

Gomel

МериновВ. К.MerinovV. K.

г. Гомель

Gomel

СергиенкоВ. П.SergienkoV. P.

Кандидат технических наук, доцент 

г. Гомель

Gomel

Институт прикладной физики Национальной академии наук БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of BelarusBelarusИнститут механики металлополимерных систем имени В. А. Белого Национальной академии наук БеларусиБеларусьInstitute of Mechanics of Metal-Polymer Systems named after V. A. Bely of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus20251504202524298108Copyright © Анисович А.Г., Бухаров С.Н., Меринов В.К., Сергиенко В.П., 20252025Анисович А.Г., Бухаров С.Н., Меринов В.К., Сергиенко В.П.Anisovich A.G., Bukharov S.N., Merinov V.K., Sergienko V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/2846

Исследовано влияние предварительной обработки импульсным магнитным полем на композиционную смесь порошков (политетрафторэтилен,  порошок медный стабилизированный, базальтовое волокно, дисперсная неорганическая фрикционная добавка) для получения прессованных полимерных фрикционных материалов. Для обработки использовался экспериментальный прибор ИМИ-И. Варьировались напряженность магнитного поля, количество импульсов и их полярность. Методом оптической микроскопии исследовано изменение структуры поверхности композиционного материала после прессования, разрезки, а также поверхности после испытаний на трение. Установлено существенное влияние магнитного поля на структуру образцов. Повышается однородность свободной поверхности, снижается пористость, существенно изменяется морфология и повышается возможность визуализации фаз. Отмечено изменение поверхности среза, сформированной инструментом при разрезке кольцевой заготовки на отдельные образцы. Обработка в магнитном поле приводит к формированию менее развитого рельефа поверхности; эффект интенсифицируется при увеличении количества импульсов от двух до четырех, а также при увеличении напряженности поля. Значительно изменяется морфология поверхности трения: обработка способствует снижению  различий между периферийной областью и центром образца. Пленки переноса формируются существенно менее интенсивно. Полимерная фаза не демонстрирует наличия вязких участков. Рентгеноструктурным анализом исследован фазовый состав и изменение статических смещений атомов из положений равновесия. Установлено, что фазовый состав материала под влиянием магнитной обработки не  изменяется. Показано, что предварительная обработка композиционной смеси магнитным полем влияет на статические смещения атомов из положений равновесия в медной фазе. Обработка в магнитном поле способствует формированию равновесной структуры меди за счет совершенствования кристаллической решетки. Установлено, что эффект воздействия в наибольшей степени зависит от количества импульсов и их полярности. Наиболее эффективным является применение однополярного импульса.  

. The effect of preliminary treatment with a pulsed magnetic field on a composite mixture of powders (polytetrafluoroethylene, stabilized copper powder, basalt fiber, dispersed inorganic friction additive) for obtaining pressed polymer friction materials is investigated. An experimental device IMI-I was used for processing. The magnetic field strength, number of pul-ses and their polarity were varied. The change in the surface structure of a composite material after pressing, cutting, as well as the surface after friction tests was studied using the method of optical microscopy. A significant effect of the magnetic field on the structure of the samples was found. The homogeneity of the free surface increases, porosity decreases, the morphology changes significantly and the ability of phase visualization increases. A change in the cut surface formed by the tool when cutting a ring blank into individual samples is noted. Treatment in a magnetic field leads to the formation of a less developed surface relief; the effect is intensified with an increase in the number of pulses from two to four, as well as with an increase in the field strength. The morphology of the friction surface changes significantly: the treatment helps to reduce the differences between the peripheral region and the center of the sample. Transfer films are formed much less intensively. The polymer phase does not demonstrate the presence of viscous areas. The phase composition and change in static displacements of atoms from equilibrium positions were studied by X-ray structural analysis. It was found that the phase composition of the material does not change under the influence of magnetic treatment. It is shown that preliminary treatment of the composite mixture with a magnetic field affects the static displacements of atoms from equilibrium positions in the copper phase. Treatment in a magnetic field helps to form an equilibrium structure of copper due to improvement of the crystal lattice. It was found that the effect of exposure depends to the greatest extent on the number of pulses and their polarity. The use of a unipolar pulse is the most effective.

фрикционные композиционные материалымедьморфология поверхностимикроструктурамагнитное полестатические смещения атомовfriction composite materialscoppersurface morphologymicrostructuremagnetic fieldstatic displacements of atomsReferencesМоргунов, Р. Б. Спиновая микромеханика в физике пластичности / Р. Б. Моргунов // Успехи физических наук. 2004. Т. 174, № 2. С. 131–153. https://doi.org/10.3367/ufnr.0174.200402c.0131.Morgunov R. B. (2004) Spin Micromechanics in Plasticity Physics. Physics-Uspekhi, 47 (2), 125–147. https://doi.org/10.1070/pu2004v047n02abeh001683.Волчков, И. С. Влияние слабых магнитных полей на электрические свойства кристаллов CdT / И. С. Волчков, В. М. Каневский, М. Д. Павлюк // Письма в ЖЭТФ. 2018. Т.107. Вып. 4. С. 276–279. https://doi.org/10.7868/S0370274X18040124.Volchkov I. S., Kanevsky V. M., Pavlyuk M. D. (2018) Effect of Weak Magnetic Fields on the Electrical Properties of CdT Crystals. JETP Letters, 107 (4), 269–272. https://doi.org/10.1134/s0021364018040136.Физическая кинетика движения дислокаций в немагнитных кристаллах: взгляд через магнитное окно / В. И. Альшиц, Е. В. Даринская, М. В. Колдаева [и др.] // Успехи физических наук. 2017. T. 187. С. 327–341. https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.07.037869.Аlshits V. I., Darinskaya E. V., Koldaeva M. V., Kotowski R. K., Petrzhik E. A., Tronczyk P. (2017) Physical Kinetics of Dislocation Motion in Non-Magnetic Crystals: A View Through A Magnetic Window. Physics-Uspekhi, 60 (3), P. 305–318. https://doi.org/10.3367/ufne.2016.07.037869.Головин, Ю. И. Магнитопластичность твердых тел (Обзор) / Ю. И. Головин // Физика твердого тела. 2004. Т. 46. Вып. 5. С. 76–803.Golovin Yu. I. (2004) Magneplasticity of Solids (Review). Physics of the Solid State, 46 (5), 76–803 (in Russian).Improvement of the wear Resistance of Nickel Aluminium Bronze and 2014-T6 Aluminium Alloy by Application of Alternating Magnetic Field Treatment / S. Akrama, A. Babutskyi, A. Chrysanthou [et al.] // Wear. 2021. Vol. 480–481. Art. 203940. https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.203940.Akrama S., Babutskyi A., Chrysanthou A., Montalv D., Whiting M. J, Pizurova N. (2021) Improvement of the Wear Resistance of Nickel Aluminium Bronze and 2014-T6 Aluminium Alloy by Application of Alternating Magnetic Field Treatment. Wear, 480–481, 203940. https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.203940.Licai, Fu. Effect of Applied Magnetics Field on Wear Behaviour of Martensitic Steel / Licai Fu, Lingping Zhou // Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8, No 3. P. 2880–2886. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2018.07.026.Licai Fu, Lingping Zhou (2019) Effect of Applied Magnetics Field on wear Behaviour of Martensitic Steel. Journal of Materials Research and Technology, 8 (3), 2880–2886. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2018.07.026.Икромов, Н. А. Исследование влияния магнитного поля на физико-механические свойства композиционных полимерных покрытий / Н. А. Икромов // Вестник КГУ. 2015. № 3: Сер. Технические науки. Вып. 10. С. 97–99.Ikromov N. A. (2015) Study of the Influence of A Magnetic Field on the Physical and Mechanical Properties of Composite Polymer Coatings. Vestnik KGU. Ser. Tekhnicheskie nauki [Bulletin of Kurgan State University. Technical Science Series], (3), 97–99 (in Russian).Влияние неоднородного магнитного поля на физические свойства металлосодержащих полимерных композитов / В. Н. Билык, Г. В. Кирик, О. Г. Медведовская [и др.] // Металлофизика и новейшие технологии. 2014. Т. 36, № 12. С. 1641–1650.Bilyk V. N., Kirik G. V., Medvedovskaya O. G., Stadnik A. D., Chepurnykh G. K., Sokolov S. V. (2014) The Influence of A Non-Uniform Magnetic Field on the Physical Properties of Metal-Containing Polymer Composites. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 36 (12), 1641–1650 (in Russian).Влияние постоянного магнитного поля на структуру и свойства композитов на основе несовместимых полимеров / В. А. Виленский, Ю. Ю. Керча, Г. Е. Глиевая, В. А. Овсянкина // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. 2005. Т. 47, № 12. С. 2130–2139.Vilenskii V. A., Kercha Yu. Yu., Glievaya G. E., Ovsyankina V. A. (2005) The Influence of A Constant Magnetic Field on the Structure and Properties of Composites Based on Incompatible Polymers. Vysokomolekulyarnye Soedineniya = Polymer Science, Series A, 47 (12), 2130–2139 (in Russian).Microstructure and Wear Resistance of Electromagnetic Field Assisted Multi Layer Laser Clad Fe901 Coating / Lei Huanga, Jianzhong Zhou, Jiale Xu [et al.] // Surface & Coatings Technology. 2020. No 395. P. 125–876. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125876.Huang L., Zhou J., Xu J., Huo K., He W., Meng X., Huang S. (2020). Microstructure and Wear Resistance of Electromagnetic Field Assisted Multi Layer Laser Clad Fe901 Coating. Surface & Coatings Technology, 395, 125–876. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125876.Влияние обработки высокочастотным электромагнитным полем на динамические механические и триботехнические характеристики фрикционных композитов с термореактивной полимерной матрицей / В. П. Сергиенко, С. Н. Бухаров, А. Г. Анисович [и др.] // Трение и износ. 2021. Т. 42, № 6. С. 619–628. https://doi.org/10.32864/0202-4977-2021-42-6-619-628.Sergienko V. P., Bukharov S. N., Anisovich А. G., Abed N. S., Grigoriev A. Ya. (2021) The Influence of High-Frequency Electromagnetic Field Treatment on the Dynamic Mechanical and Tribo-Technical Characteristics of Friction Composites with A Thermosetting Polymer Matrix. Journal of Friction and Wear, 42 (6), 401–407. https://doi.org/10.3103/s106836662106009x.Модифицирование физико-механических свойств фрикционных композитов с полимерной матрицей воздействием модулированного по амплитуде высокочастотного электромагнитного поля / В. В. Ажаронок, А. Г. Анисович, В. В. Биран [и др.] // Электронная обработка материалов. 2014. Т. 50, № 3. С. 16–22.Azharonok V. V., Anisovich A. G., Biran V. V., Bukharov S. N., Sergienko V. P., Filatova I. I. (2014). Modification of Physicomechanical Properties of Friction Composites with A Polymer Matrix under the Influence of An Amplitude-Modulated High-Frequency Electromagnetic Field. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 50 (4), 300–305. https://doi. org/ 10.3103/s1068375514040024.Влияние обработки в магнитном поле на трибоакустические характеристики медьсодержащих полимерных фрикционных композитов / В. П. Сергиенко, С. Н. Бухаров, А. Г. Анисович [и др.] // Трение и износ. 2024. Т. 45, № 3.С. 187–198. https://doi.org/10.32864/0202-4977-2024-45-3-187-198.Sergienko V. P., Bukharov S. N., Anisovich А. G., Merinov V. K., Abed N. S., Alexiev A. R. (2024) Effect of Treatment in a Magnetic Field on the Triboacoustic Characteristics of Copper-Containing Polymer Friction Composites. Journal of Friction and Wear, 45 (3), 123–131. https://doi.org/10.3103/s1068366624700193.Прибор для измерения магнитной индукции ферромагнитных стержней в процессе импульсного намагничивания перемагничивания / З. М. Короткевич, В. Ф. Матюк, В. Л. Цукерман, А. А. Осипов // Приборостроение 2013: материалы 6-й Междунар. науч.-техн. конф. Минск, 20–22 нояб. 2013 / редкол.: О. К. Гусев (председатель) [и др.]. Минск: БНТУ, 2013. C. 70–72.Korotkevich Z. M., Matyuk V. F., Tsukerman V. L., Osipov A. A. (2013) A Device for Measuring the Magnetic Induction of Ferromagnetic Rods in the Process of Pulsed Magnetization and Magnetization Reversal. Priborostroenie 2013: materialy 6-i Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. Minsk, 20–22 noyab. 2013 [Instrument Engineering 2013: Proceedings of the 6th International Scientific and Technical Conference, Minsk, 20-22 November 2013]. Minsk, Belarusian National Technical University, 70–72 (in Russian).Анисович, А. Г. Искусство металлографии: использование методов оптического контрастирования / А. Г. Анисович // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Сер. фізіка-тэхнічных навук. 2016. № 1. С. 36–42.Anisovich A. G. (2016) The Art of Metallography: Using Optical Contrast Technique. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, (1), 36–42.Миркин, М. И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов / М. И. Миркин. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1961. 862 с.Mirkin M. I. (1961) Handbook on X-Ray Diffraction Analysis of Polycrystals. Moscow, State Publishing House of Physical and Mathematical Literature. 862 (in Russian).Структурообразование в меди под воздействием импульсного магнитного поля / Г. Н. Здор, Р. Л. Тофпенец, А. Г. Анисович, И. А. Зарецкий // Известия Российской академии наук. Сер. физическая. 1995. Т. 59, № 10. С. 65–71.Zdor G. N., Tofpenets R. L., Anisovich A. G., Zaretskii I. A. (1995) Structure Formation in Copper under the Influence of A Pulsed Magnetic Field. Izvestiya Rossiyskoy Akademii Nauk Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Fizicheskaya = Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 59 (10), 65–71 (in Russian).Давыдов, С. В. Эффективность магнитно-импульсной обработки / С. В. Давыдов // Вестник Брянского государственного технического университета. 2007. № 3. С. 89.Davydov S. V. (2007) Efficiency of Magnetic Pulse Processing. Vestnik Bryanskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta = Bulletin of Bryansk State Technical University, (3), 89 (in Russian).Gurskii, Z. The Role of Atomic Static Displacements in Binary-Alloy Formation / Z. Gurskii, J. Krawczyk // Physica B: Condensed Matter. 2003. Vol. 337, No 1–4. P. 255–265. https://doi.org/10.1016/S0921-4526(03)00412-5.Gurskii Z., Krawczyk J. (2003) The Role of Atomic Static Displacements in Binary-Alloy Formation. Physica B: Condensed Matter, 337 (1–4), 255–265. https://doi.org/10.1016/s0921-4526(03)00412-5.Cayron, C. Continuous Atomic Displacements and Lattice Distortion During Fcc-Bcc Martensitic Transformation / C. Cayron // Acta Materialia. 2015. Vol. 96. Р. 189–202. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.010.Cayron C. (2015) Continuous Atomic Displacements and Lattice Distortion During Fcc-Bcc Martensitic Transformation. Acta Materialia, 96, 189–202. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.010.Feng, Peng. Modulated Fluctuation of Atomic Displacement in a Crystal with a Single Impurity / Feng Peng // Physica B: Condensed Matter. 2006. Vol. 373, No 3. P. 194–197. https://doi.org/10.1016/j.physb.2005.11.166.Peng F. (2006) Modulated Fluctuation of Atomic Displacement in a Crystal with a Single Impurity. Physica B: Condensed Matter, 373 (2), 194–197. https://doi.org/10.1016/j.physb.2005.11.166.Михайлов, Ю. Н. Длинноволновые статические смещения атомов в сплавах γ-FeNi / Ю. Н. Михайлов, С. Ф. Дубинин // Физика твердого тела. 2004. Т. 46. Вып. 12. С. 2113–2118.Mikhailov Yu. N., Dubinin S. F. (2004) Long-Wavelength Static Atomic Displacements in γ-FeNi Alloys. Physics of the Solid State, 46 (12), 2185–2190. https://doi.org/10.1134/1.1841377.Жданов, Г. С. Физика твердого тела / Г. С. Жданов. М.: МГУ, 1961. 502 с.Zhdanov G. S. (1961) Solid State Physics. Moscow, Moscow State University. 502 (in Russian).Анисович, А. Г. Изменение теплового состояния диамагнитных металлов под воздействием магнитного поля / А. Г. Анисович, Е. И. Марукович, Т. Н. Абраменко // Металлы. 2003. № 6. С. 108–110.Anisovich A. G., Marukovich E. I., Abramenko T. N. (2003) Changes in the Thermal state of Diamagnetic Metals in an Applied Magnetic Field. Russian Metallurgy (Metally), (6), 108–110 (in Russian).

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