vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2025_4_35vrgup-230Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGВлияние концентрации Al2O3 в полимерном композиционном материале на его трибологические свойстваInfluence of Al2O3 concentration in a polymer composite material on its tribological propertiesКолесниковИ. В.KolesnikovI. V.

Колесников Игорь Владимирович, лаборатория транспорта, композиционных материалов и конструкций, ведущий научный сотрудник; кафедрa «Теоретическая механика», доктор технических наук,член-корреспондент РАН, ведущий научный сотрудник НИЧ

Kolesnikov Igor Vladimirovich, Laboratory of Transport, Composite Materials and Structures, Lead Researcher; Chair «Theoretical Mechanics», Doctor of Engineering Sciences, Corresponding Member of RAS, Leading Researcher of the Research Department

oooedt@rambler.ruАникинаЕ. Д.AnikinaE. D.

Аникина Елена Дмитриевна, лаборатория транспорта, композиционных материалов и конструкций, младший научный сотрудник; кафедра «Теоретическая механика», аспирант

Anikina Elena Dmitrievna, Laboratory of Transport,Composite Materials and Structures, Junior Researcher; Chair «Theoretical Mechanics», Postgraduate Student

al.anikina2002@mail.ruПолитыкоК. Н.PolitykoK. N.

Политыко Кирилл Николаевич, лаборатория транспорта, композиционных материалов и конструкций, младший научный сотрудник, кафедра «Теоретическая механика», аспирант

Polityko Kirill Nikolaevich, Laboratory of Transport,Composite Materials and Structures, Junior Researcher; Chair «Theoretical Mechanics», Postgraduate Student

politykokirill@yandex.ruЧетверикМ. М.ChetverikM. M.

Четверик Максим Максимович, кафедра «Теоретическая механика», аспирант

Chetverik Maksim Maksimovich, Chair «Theoretical Mechanics», Postgraduate Student

chetverikm@mail.ruФедеральный исследовательский центр «Южный научный центр Российской академии наук» (ЮНЦ РАН); Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Federal Research Center «Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences» (SSC RAS); Rostov State Transport University (RSTU)Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov State Transport University (RSTU)202530122025043543Copyright © Колесников И.В., Аникина Е.Д., Политыко К.Н., Четверик М.М., 20252025Колесников И.В., Аникина Е.Д., Политыко К.Н., Четверик М.М.Kolesnikov I.V., Anikina E.D., Polityko K.N., Chetverik M.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/230

Рассмотрено влияние добавки Al2O3 в разном процентном отношении в базовую матрицу эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 на ее трибологические свойства. Анализ гранулометрического состава и химической структуры исследуемого порошка оксида алюминия выявил оптимальное соотношение для выбора добавки к базовой матрице ЭД-20. Трибологические испытания проводились на машине трения по схеме «ролик – колодка», что позволило точно зафиксировать влияние нагрузки и скорости скольжения на износ образцов. Проведенные трибологические исследования показали, что введение оксида алюминия в различных массовых долях (1, 3, 5 %) позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики эпоксидного композита, снижая коэффициент трения. Эти эффекты обусловлены формированием на поверхности трения трибопленок, обеспечивающих стабильность контактного воздействия нагрузки. Проведенным спектральным анализом выявлено образование вторичных структур в результате взаимодействия алюминия с эпоксидно-диановой смолой. Полученные данные подтверждают перспективность использования эпоксидных композитов в узлах трения машиностроительных конструкций.

Новизна работы состоит в установлении влияния процентного содержания добавки оксида алюминия в матрицу композиционного полимерного материала на величину коэффициента трения по результатам проведенных экспериментальных исследований. При процентном содержании наполнителя 1 и 3 % было выявлено снижение коэффициента трения на ~9 %. Также в работе проведена оценка влияния нагрузочно-скоростного режима на трибологические характеристики полимерного композиционного материала.

The effect of the adding Al2O3 at various percentages to the base matrix of ED-20 epoxy-diane resin on its tribological properties is considered. An analysis of the granulometric composition and chemical structure of the aluminum oxide powder under study revealed the optimal ratio for choosing an additive to the ED-20 base matrix. Tribological tests were carried out on a friction machine according to the «roller–pad» scheme, which made it possible to accurately record the effect of load and sliding speed on the wear of the samples. Tribological studies have shown that the addition of aluminum oxide in various mass fractions (1, 3, 5 %) can significantly improve the performance of the epoxy composite, reducing the coefficient of friction. These effects are caused by the formation of tribofilms on the friction surface, which ensure the stability of the contact effect of the load. The spectral analysis revealed the formation of secondary structures as a result of the interaction of aluminum with epoxy-diane resin. The data obtained confirm the prospects of using epoxy composites in friction units of machinebuilding structures.

The novelty of the work is to establish the effect of the percentage of aluminum oxide additives in the matrix of a composite polymer material on the value of the coefficient of friction based on the results of experimental studies. With a percentage of filler of 1 and 3 %, a decrease in the coefficient of friction by ~9% was detected. The work also evaluates the effect of the load-speed regime on the tribological characteristics of the polymer composite material.

композиционный материлэпоксидная смолаоксид алюминиятрибологические испытанияизносостойкостьcomposite materialepoxy resinaluminum oxidetribological testswear resistanceИсследование выполнено в рамках государственного задания ЮНЦ РАН, номер госрегистрации проекта 125011200153-3.ReferencesNano-Al2O3 obtained the best tribological properties than similar hardness nanoparticles filled into epoxy resin / J. Cui, Y. Tian, R. Li [et. al.] // Colloid and Polymer Science. – 2025. – Vol. 303. – P. 735–745. – DOI 10.1007/s00396-025-05383-x.Nano-Al2O3 obtained the best tribological properties than similar hardness nanoparticles filled into epoxy resin / J. Cui, Y. Tian, R. Li [et. al.] // Colloid and Polymer Science. – 2025. – Vol. 303. – P. 735–745. – DOI 10.1007/s00396-025-05383-x.Investigation of the mechanical and tribological behavior of epoxy-based hybrid composite / T. Albahkali, A. Fouly, I. A. Alnaser [et. al.] // Polymer Analysis and Characterization, Special Issue : Mechanical Behavior of Polymeric Materials : Recent Trends and Advancements – 2023. – Vol. 15 (19). – Article no. 3880. – DOI 10.3390/polym15193880.Investigation of the mechanical and tribological behavior of epoxy-based hybrid composite / T. Albahkali, A. Fouly, I. A. Alnaser [et. al.] // Polymer Analysis and Characterization, Special Issue : Mechanical Behavior of Polymeric Materials : Recent Trends and Advancements – 2023. – Vol. 15 (19). – Article no. 3880. – DOI 10.3390/polym15193880.Identification of viscoelastic properties of epoxy composites with magnesium oxide and boron carbide additives / O. A. Belyak, T. V. Suvorova, D. S. Manturov, A. M. Ananko // Mechanics of Composite Materials. – 2025. – Vol. 61. – P. 257– 268. – DOI 10.1007/s11029-025-10274-x.Identification of viscoelastic properties of epoxy composites with magnesium oxide and boron carbide additives / O. A. Belyak, T. V. Suvorova, D. S. Manturov, A. M. Ananko // Mechanics of Composite Materials. – 2025. – Vol. 61. – P. 257– 268. – DOI 10.1007/s11029-025-10274-x.Применение маслонаполненных микрокапсул для улучшения трибологических характеристик эпоксидных композитов / П. Г. Иваночкин, О. А. Беляк, А. А. Бичеров, А. М. Ананко // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2023. – № 4 (92). – С. 8–15. – DOI 10.46973/0201-727X_2023_4_8.Application of oil-filled microcapsules to improve the tribological characteristics of epoxy composites / P. G. Ivanochkin, O. A. Belyak, A. A. Bicherov, A. M. Ananko // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya. – 2023. – No. 4 (92). – P. 8–15. – DOI 10.46973/0201-727X_2023_4_8.Preparation and Tribological Properties of Modified MoS2/SiC/Epoxy Composites / C. Liu, M. Li, Q. Shen, H. Chen // Materials (Basel). – 2021, Apr 1. – Vol. 14 (7). – Article no. 1731. – DOI 10.3390/ma14071731.Preparation and Tribological Properties of Modified MoS2/SiC/Epoxy Composites / C. Liu, M. Li, Q. Shen, H. Chen // Materials (Basel). – 2021, Apr 1. – Vol. 14 (7). – Article no. 1731. – DOI 10.3390/ma14071731.Tribological Characterization of an Epoxy Composite Coating for Enhanced Wear Resistance in Oil Well Casing Applications / A. Bawagnih, N. Merah, F. Al-Badour [et al.] // Polymers (Basel). – 2025, Aug 11. – Vol. 17 (16). – Article no. 2192. – DOI 10.3390/polym17162192.Tribological Characterization of an Epoxy Composite Coating for Enhanced Wear Resistance in Oil Well Casing Applications / A. Bawagnih, N. Merah, F. Al-Badour [et al.] // Polymers (Basel). – 2025, Aug 11. – Vol. 17 (16). – Article no. 2192. – DOI 10.3390/polym17162192.Tribological and mechanical properties of epoxy reinforced by hybrid nanoparticles / W. H. Alhazmi, Y. Jazaa, S. Mousa [et al.] // Latin American Journal of Solids and Structures. – 2021. – Vol. 18 (03). – DOI 10.1590/1679-78256384.Tribological and mechanical properties of epoxy reinforced by hybrid nanoparticles / W. H. Alhazmi, Y. Jazaa, S. Mousa [et al.] // Latin American Journal of Solids and Structures. – 2021. – Vol. 18 (03). – DOI 10.1590/1679-78256384.Евдокимов, Ю. А. Программное сопровождение научно-исследовательских работ по триботехнике. Ч. 1 : Обработка экспериментальных данных методом планирования эксперимента / Ю. А. Евдокимов, В. В. Шаповалов, А. Л. Озябкин. – Ростов-на-Дону : РГУПС, 2003. – 122 c.Evdokimov, Yu. A. Software support for research in tribology. Part 1 : Processing experimental data using the experimental design method / Yu. A. Evdokimov, V. V. Shapovalov, A. L. Ozyabkin. – Rostov-on-Don : RSTU, 2003. – 122 p.Исследование кинетики и механизма формирования вторичных структур модифицированной эпоксидной смолы / Д. С. Мантуров, П. Г. Иваночкин, А. И. Азоян, П. В. Харламов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2022. – № 4 (88). – С. 41–51. – DOI 10.46973/0201-727X_2022_4_41.Research of the kinetics and mechanism of formation of secondary structures of modified epoxy resin / D. S. Manturov, P. G. Ivanochkin, A. I. Azoyan, P. V. Kharlamov // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya. – 2022. – No. 4 (88). – P. 41–51.– DOI 10.46973/0201-727X_2022_4_41.

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