World scientific research journal
https://scientific-jl.com/wsrj
Volume-40_Issue-2_June-2025
143
ПЕРСПЕКТИВЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРИМЕНЕНИЮ
МЕТАЛЛОМАТРИЧНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ В
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Якубов Сабир Халмурадович
профессор кафедры естественно-научных дисциплин
Института военной авиации Республики Узбекистан,
доктор технических наук, профессор
Норкулов Элиёр Облокулович
доцент Института военной авиации Республики Узбекистан.
Ражабов Азамат Эшдавлатович
Института военной авиации Республики Узбекистан
.
Аннотация:
В статьи
проанализированы
научно-технической литературы
трибологических металломатричных нанокомпозитов, учитывая расширенные
междисциплинарные приложения нанокомпозитов с металлических матрицей в
трибологии, были изучены будущие направления, потенциальные пути
улучшения
и
возможные
ожидаемые
результаты
трибологических
металломатричных нанокомпозитов. Со всеми этими обсуждениями и
исследованиями, учитывая расширенные междисциплинарные приложения
металломатричных нанокомпозитов в трибологии, были изучены будущие
направления, потенциальные пути улучшения и возможные ожидаемые
результаты трибологических металломатричных нанокомпозитов.
Ключевые слова:
нанокомпозиты с металлических матрицей, нанофазы,
трибология,
трение
и
износ,
трибологические
характеристики,
противоизносные
характеристики,
эффекты
упрочнения,
механизмы
противоизносного
действия,
антифрикционные
и
противоизносные
конструкции.
METALLOMATRITSALI NANOKOMPOZITLARNI SANOATDA
FUNKTSIONAL QO'LLASH ISTIQBOLLARI
Yakubov Sabir Xalmuradovich
O'zbekiston Respublikasi Harbiy aviatsiya instituti tabiiy-ilmiy fanlar kafedrasi
professori, texnika fanlari doktori, professor
Norkulov Eliyor Oblokulovich
O'zbekiston Respublikasi Harbiy aviatsiya institut dotsenti.
Rajabov Azamat Eshdavlatovich
O'zbekiston Respublikasi Harbiy aviatsiya instituti.
World scientific research journal
https://scientific-jl.com/wsrj
Volume-40_Issue-2_June-2025
144
Annotatsiya:
Maqolada tribologiyada metall matritsali nanokompozitlarning
kengaytirilgan fanlararo qo’llanilishini hisobga olgan holda tribologik metallomatrik
nanokompozitlarning ilmiy va texnik adabiyotlarini tahlil qilingan, ana shu barcha
munozaralar va tadqiqotlar asosida tribologik metallomatrik nanokompozitlarning
kelajakdagi yo’nalishlari, potentsial takomillashtirish yo’llari va kutilayotgan
natijalari haqida mulohazalar yuritilgan.
Kalit so'zlar:
metall matritsali nanokompozitlar, nanofazalar, tribologiya,
ishqalanish va yeyilish, tribologik xususiyatlar, yeyilishga qarshi xususiyatlar,
qattiqlashuv effektlari, yeyilishga qarshi mexanizmlar, ishqalanishga qarshi va
yeyilishga qarshi konstruktsiyalar.
PROSPECTS FOR FUNCTIONAL APPLICATION OF
METAL-MATRIX NANOCOMPOSITES IN INDUSTRY
YAKUBOV Sabir Khalmuradovich
Professor of the Department of Natural Sciences of the Institute of Military Aviation
of the Republic of Uzbekistan, Doctor of Technical Sciences, Professor
NORKULOV Eliyor Oblokulovich
Associate Professor of the Institute of Military Aviation of the Republic of
Uzbekistan.
Rajabov Azamat Eshdavlatovich
Military Aviation Institute of the Republic of Uzbekistan.
Abstract:
The article analyzes the scientific and technical literature on
tribological metal-matrix nanocomposites, taking into account the extended
interdisciplinary applications of metal matrix nanocomposites in tribology, future
directions, potential improvement paths and possible expected results of tribological
metal-matrix nanocomposites were studied. With all these discussions and studies,
considering the extended interdisciplinary applications of metal matrix
nanocomposites in tribology, the future directions, potential improvement paths and
possible expected results of tribological metal matrix nanocomposites have been
explored.
Keywords:
metal matrix nanocomposites, nanophases, tribology, friction and
wear, tribological performance, antiwear performance, strengthening effects,
antiwear mechanisms, antifriction and antiwear structures.
Введение.
С развитием трибологической промышленности появляется все
больше областей применения, в которых имеет важную значение
нанокомпозиты с металлических матрицей. При этом, учитывая
нанокомпозиты с металлических матрицей могут сочетаться с развивающимися
антифрикционными и противоизносными конструкциями и технологиями
World scientific research journal
https://scientific-jl.com/wsrj
Volume-40_Issue-2_June-2025
145
металлов и их сплавов для достижения большего потенциала в дальнейшем
повышении трибологических характеристик [1-5]. А также следует отметить,
их применения в захватывающих биомедицинских, энергетических,
электронных областях и т.д.
Методы.
Из анализа научно-технической литературы [6-40]известно, что
для достижения хороших трибологических характеристик высокая прочность
должна сочетаться с однородным деформационным поведением, позволяющим
переносить пластическую деформацию без образования трещин и локальных
разрушений [18]. Не отвечая этим требованиям, существующие трибопленки в
целом хрупкие, с высокой собственной прочностью на сдвиг и легко
разрываются [21, 26, 39]. Совсем недавно для снижения износа в системах
сплавов (например, TiNbZr-Ag) была предложена новая реактивная и
динамическая противоизносная конструкция [18]. Был получен аморфно-
кристаллический оксидный нанокомпозитный поверхностный слой (с
сочетанием высокой прочности и высокой пластичности) при сухом
скольжении. Основная идея этого достижения заключается в использовании
высокой прочности металлического стекла при одновременном улучшении его
однородной пластической деформируемости на поверхности за счет снижения
локализации деформации в полосах сдвига (например, путем введения
нескольких полос сдвига) [17, 18]. Сосуществование нанокристаллической и
аморфной фаз помогает достичь этой цели, как показано на рис. 1(а).
World scientific research journal
https://scientific-jl.com/wsrj
Volume-40_Issue-2_June-2025
146
Рис.
1.
(a)
Использование
нанокристаллическо-аморфной
нанокомпозитной трибопленки в металлическом стекле TiNbZr-Ag для
достижения динамического противоизносного контроля; (b) Характеристика
путей диффузии кислорода в Cu во время испытания на износ; (c) STEM-
изображение образца меди с высоким угловым кольцевым темным полем
(HAADF) сразу после трибологической деформации со скоростью 1,5 мм/с в
течение 1000 циклов.
Помимо изменения состава трибослоя, толщина трибослоя также может
быть изменена с помощью инженерии границ зерен, инженерии границ фаз и т.
д. для получения различной толщины оксидного слоя и достижения различных
антифрикционных и противоизносных целей [30], как показано на рис. 1(c).
Из вышеизложенных, в металломатричных нанокомпозитов уже имеют
нанофазы в (нано-)кристаллической структуре и обычно располагаются вблизи
границ зерен и т.д. [25, 35], то после детального изучения химической
термодинамики и эволюции материалов из нанокомпозитов с металлических
матрицей
потенциально
могут
получить
аналогичный
аморфно-
кристаллический оксидный нанокомпозитный поверхностный слой с
надежным контролем диффузионного пути окисления для создания более
перспективных антифрикционных и противоизносных конструкций.
Обсуждения.
Кроме непосредственного трибологического дизайна за счет
микроструктурного и интерфейсного управления, нанокомпозиты с
металлических матрицей могут сочетать в себе и другие функциональные
возможности при использовании в качестве трибологических материалов,
которые в свою очередь, во многом может определять их функциональные
применения.
Во-первых, в нанокомпозитах с металлических матрицейможет быть
реализована надежная механическая конструкция, позволяющая реализовать
больше механических функций: Например, из различных нанокомпозитах с
металлических матрицей могут быть получены наполненные полыми
частицами синтактические пены с металлической матрицей, но их
механические и трибологические характеристики сильно отличаются [20]. Это
приведет к более высокому удельному поглощению энергии и более высокой
удельной прочности плато, а также добавит свободу проектирования
макроскопической геометрии для металломатричных нанокомпозитов [20]. С
недавним пониманием и развитием деаллоирования элементов [6, 9],
преференциального удаления дефектов [11, 31] и т.д., этот функциональный
механический
дизайн
геометрически
новых
металломатричных
нанокомпозитов может удовлетворить многие требования различных
промышленных секторов трибологии, а их параметры, такие как размер
пористости и распределение нанофаз, могут быть более контролируемыми.
World scientific research journal
https://scientific-jl.com/wsrj
Volume-40_Issue-2_June-2025
147
Более того, некоторые матрицы могут обладать динамическими
характеристиками, такими как фазовый переход, вызванный деформацией. В
условиях фрикционных и износных нагрузок условие деформации уже
выполнено,
и
в
перспективе
можно
разрабатывать
адаптивные
интеллектуальные нанокомпозиты с металлических матрицей.
Во-вторых, все большее внимание привлекают биоприложения, которые
обычно требуют трибологического дизайна для достижения конечных целей
(например, имплантация костей уравновешивает прочность, трибологические
характеристики и и трибокоррозионные реакции металлических материалов)
[11, 22, 37]. Недавние разработки и исследования в различных металлических
матрицах уже показали большой потенциал нанокомпозитов с металлической
матрицей [12, 13, 32], как показано на рис. 2. Таким образом, включив глубокое
понимание
трибологических
характеристик
металломатричных
нанокомпозитов в разработку биосовместимых металлов или их сплавов, мы
сможем расширить сферу биоприменения нанокомпозитов с металлических
матрицей, и эта захватывающая область принесет множество результатов как
для научных исследований, так и для промышленности.
В-третьих, в связи с тем, что в начале XXI века планируется достичь
глобальной углеродной нейтральности, высокоэффективное преобразование и
хранение энергии становится актуальной темой. Металломатричных
нанокомпозитов с превосходными трибологическими свойствами могут
обеспечить необходимый технологический прогресс в материальном аспекте
для достижения растущих целей по производству энергии и сокращению
выбросов.
Рис. 2. (a) Кривые коэффициента трения и (b) гистограммы коэффициента
трения, потерь на износ, шероховатости поверхности и твердости по Бринеллю
литых и обработанных в HPS композитов Zn-3Mg-0,7Mg2Si в качестве
World scientific research journal
https://scientific-jl.com/wsrj
Volume-40_Issue-2_June-2025
148
материала для костных имплантатов, испытанных в растворе Хенкса; (c)
Жизнеспособность клеток MG-63 после культивирования с экстрактами
чистого Zn в виде отливки, композитов Zn-3Mg-0,7Mg2Si в виде отливки и HPS-
обработки в течение 3 дней при различных концентрациях; (d) График
поляризации Тафеля нанокомпозитов AA6061 и AA6061-SiC в 3%-ном растворе
NaCl. Влияние содержания SiC на (e) потери от коррозионного износа и (f)
коэффициент трения нанокомпозитов AA6061-SiC в 3%-ном растворе NaCl.
Например, во многих новых системах производства и хранения энергии
жидкие рабочие жидкости, включая SCO
2
, расплавленные соли [8],
расплавленные сплавы [7], серу [14, 15, 16] и т.д., обладают превосходными
термогидравлическими свойствами, но при этом не вызывают серьезных
проблем с коррозией и эрозией на поверхности защитных материалов. Поэтому
после длительной эксплуатации этих систем будет существовать межфазное
трибологическое взаимодействие, которое может существенно повлиять на
производительность
и
стабильность
системы[5].
Металломатричных
нанокомпозитов с более совершенной микроструктурой и способностью
противостоять трибологической деградации могут быть использованы для
изготовления таких систем, чтобы противостоять быстрой эрозии и другим
трибологическим процессам, с синергетически настроенными тепловыми
свойствами [28] и антикоррозионными характеристиками [10, 34]. Более
интересно, что в последние годы все больше внимания уделяется
наножидкостям в энергетических областях [36, 38]. Однако потеря нанофаз в
результате спекания или агломерации во время работы системы является одной
из самых больших проблем для расширения масштабов применения
наножидкостей [36, 38]. При использовании нанокомпозитов с металлических
матрицей высвобождающиеся нанофазы могут образовывать наножидкости,
которые компенсируют потери нанофаз и помогают поддерживать
стабильность и устойчивость наножидкостей [36, 38]. Динамический баланс
между трибологической деградацией и модификацией жидкостей может
повысить долговечность и экономичность энергетических инфраструктур и
станет интересной темой для будущих исследований.
Заключение.
И последнее, но не менее важное: мы живем в мире с
огромной потребностью и потреблением электронных устройств. При
дальнейшем развитии нанокомпозитов с металлических матрицей их можно
будет использовать в различных электронных приложениях (например, в
трибоэлектрических наногенераторах), где необходимы как трибологические,
так и электрические характеристики [29, 40]. Предыдущие систематические
исследования уже доказали, что нанокомпозитов с металлических матрицей
могут обладать особым электрическим поведением, таким как межфазная
World scientific research journal
https://scientific-jl.com/wsrj
Volume-40_Issue-2_June-2025
149
локализация электронов [5, 27, 23, 24]. Поскольку некоторые электронные
детали нуждаются в частых контактах и разъединениях, сбалансированные
электрические и трибологические характеристики в нанокомпозитах с
металлических матрицей могут значительно повысить долгосрочную
стабильность работы электроники.
Интересно, что связи трибологии с материаловедением, нанонаукой,
энергетическими
технологиями,
биомедицинскими
приложениями
и
электроникой через ММНК предвидят многообещающий и широкий сценарий
применения этих новинок и развивающихся материалов.
Использованная литература:
1.
Якубов С.Х., Норкулов Э.О.Критический обзор по металломатричных
нанокомпозитов в трибологии//“Avionika jihozlari ekspluatatsiyasida uchraydigan
muammolar va yechimlar. Rivojlanish istiqbollari”. Respublika ilmiy-amaliy
anjumani materiallari. – Qarshi: O‘RHAI, 2024. – B. 64-71.
2.
Якубов С.Х., Норкулов Э.О., Холмуродов Д.С.Разработки технологии
ультрадисперсных порошков на основе тугоплавких металлов // Методы и
перспективы инновационного преподавания общетехнических дисциплин:
Материалы Республиканского научно-теоретической конференции (31 октября
2024 г.)//Редкол.: Якубов С.Х. (Отв. ред.). – Карши: Институт военной авиации
Республики Узбекистан, 2024. - С. 47-52.
3.
Якубов С.Х., Норқулов Э.О
.
Критический обзор по металломатричных
нанокомпозитов в трибологии //
“Samo qalqonlari” ilmiy-axborot jurnali
11 (3)
2024.- С.
351-360.
4.
Якубов С.Х., Рузматов Р. А.
Краткий обзор работ по исследованию и
промышленных потребностей металломатричных композитов//Искусственный
интеллект и компьютерные технологии: Сборник материалов Международного
научно-практического конференции (Денау, 17-18 апреля 2025 г.). - Денау:
ДИПиП, 2025. - С. 255-259.
5.
Якубов С.Х., Рузматов Р.А.
Систематический обзор исследования и
промышленных потребностей композиционных материалов с металлической
матрицей// Научный потенциал.ISSN: 2218-7774. № 2(49). 2025. - С. 11- 14.
6.[181] Badwe N, Chen X, Schreiber D K, Olszta M J, Overman N R, Karasz E
K, Tse A Y, Bruemmer S M, Sieradzki K. Decoupling the role of stress and corrosion
in the intergranular cracking of noble-metal alloys. Nat Mater 17(10): 887–893 (2018)
7.[188] Binder S, Haussener S. Design guidelines for Al-12%Si latent heat
storage encapsulations to optimize performance and mitigate degradation. Appl Surf
Sci 505: 143684 (2020)
8.[187] Brosseau D, Kelton J W, Ray D, Edgar M, Chisman K, Emms B. Testing
of thermocline filler materials and molten-salt heat transfer fluids for thermal energy
World scientific research journal
https://scientific-jl.com/wsrj
Volume-40_Issue-2_June-2025
150
storage systems in parabolic trough power plants. J Sol Energy Eng 127(1): 109–116
(2005)
9.[180] Erlebacher J, Aziz M J, Karma A, Dimitrov N, Sieradzki K. Evolution
of nanoporosity in dealloying. Nature 410(6827):450–453 (2001)
10.[192] Geng R, Jia S Q, Qiu F, Zhao Q L, Jiang Q C. Effects of nanosized TiC
and TiB2 particles on the corrosion behavior of Al-Mg-Si alloy. Corros Sci 167:
108479 (2020)
11.[183] Ghosh S K, Celis J P. Tribological and tribocorrosion behaviour of
electrodeposited CoW alloys and CoW–WC nanocomposites. Tribol Int 68: 11–16
(2013)
12.[185] Guan Z Y, Linsley C S, Pan S H, DeBenedetto C, Liu J K, Wu B M, Li
X C. Highly ductile Zn-2Fe-WC nanocomposite as biodegradable material. Metall
Mater Trans A 51(9):4406–4413 (2020)
13.[186] Guan Z, Linsley C S, Pan S H, Yao G C, Wu B M, Levi D, Li X C.
Study on anti-aging Zn-Mg-WC nanocomposites for bioresorbable cardiovascular
stents: Microstructure, mechanical properties, fatigue, and in vitro corrosion. SSRN
Scholarly PaperID 3873674; Social Science Research Network: Rochester, NY, 2021.
14.[190] Jin K, Barde A, Nithyanandam K, Wirz R E. Sulfur heat transfer
behavior in vertically-oriented isochoric thermal energy storage systems. Appl
Energy 240: 870–881 (2019)
15.[3] Jin K Y, Pan S H, Wang T L, Zhang Z N. Non-negligible corrosion
process in a novel sulfur-based energy storage system. J Power Sources 490: 229529
(2021)
16.[189] Jin K Y, Wirz R E. Sulfur heat transfer behavior in vertically-oriented
and nonuniformly-heated isochoric thermal energy storage systems. Appl Energy
260: 114287 (2020)
17.[177] Katnagallu S, Wu G, Singh S P, Nandam S H, Xia W Z, Stephenson L
T, Gleiter H, Schwaiger R, Hahn H, Herbig M, et al. Nanoglass–nanocrystal
composite—A novel material class for enhanced strength–plasticity synergy. Small
16(39):2004400 (2020)
18.[1] Liu C, Li Z M, Lu W J, Bao Y, Xia W Z, Wu X X, Zhao H, Gault B, Liu
C L, Herbig M, et al. Reactive wear protection through strong and deformable oxide
nanocomposite surfaces. Nat Commun 12(1): 5518 (2021)
19.[184] Lu Z, Li C, Han J H, Zhang F, Liu P, Wang H, Wang Z L, Cheng C,
Chen L H, Hirata A, et al. Threedimensional bicontinuous nanoporous materials by
vapor phase dealloying. Nat Commun 9(1): 276 (2018)
20.[5] Moghadam A D, Schultz B F, Ferguson J B, Omrani E, Rohatgi P K,
Gupta N. Functional metal matrix composites: Self-lubricating, self-healing, and
nanocomposites-an outlook. JOM 66(6): 872–881 (2014)
World scientific research journal
https://scientific-jl.com/wsrj
Volume-40_Issue-2_June-2025
151
21.[154] Mazaheri Y, Karimzadeh F, Enayati M H. Tribological behavior of
A356/Al2O3 surface nanocomposite prepared by friction stir processing. Metall Mat
Trans A 45(4):2250–2259 (2014)
22.[141] Mosleh-Shirazi S, Akhlaghi F, Li D Y. Effect of SiC content on dry
sliding wear, corrosion and corrosive wear of Al/SiC nanocomposites. Trans
Nonferrous Met Soc China 26(7): 1801–1808 (2016)
23. [198] Pan S H, Guan Z Y, Yao G C, Cao C Z, Li X C. Study on electrical
behaviour of copper and its alloys containing dispersed nanoparticles. Curr Appl Phys
19(4): 452–457(2019)
24.[199] Pan S H, Yao G C, Yuan J, Li X C. Electrical performance of bulk Al–
ZrB2 nanocomposites from 2 K to 300 K. In Nanocomposites VI: Nanoscience and
Nanotechnology in Advanced Composites. Srivatsan T S, Gupta M, Eds. Cham:
Springer, 2019: 63–70.
25.[110] Pan S H, Yao G C, Sokoluk M, Guan Z Y, Li X C. Enhanced thermal
stability in Cu-40 wt% Zn/WC nanocomposite. Mater Des 180: 107964 (2019)
26.[4] Pan S H, Yao G C, Guan Z Y, Yu N, Sokoluk M, Li X C. Kinetics and
dynamics of surface thermal oxidation in Al-ZrB2 nanocomposites. Corros Sci 176:
108890 (2020)
27.[2] Pan S, Yuan J, Zhang P, Sokoluk M, Yao G C, Li X C. Effect of electron
concentration on electrical conductivity in in situ Al-TiB2 nanocomposites. Appl
Phys Lett 116(1): 014102 (2020)
28.[54] Pan S H, Yuan J, Zheng T Q, She Z Y, Li X C. Interfacial thermal
conductance of in situ aluminum-matrix nanocomposites. J Mater Sci 56(24): 13646–
13658 (2021)
29.[166] Pan S H, Zhang Z N. Fundamental theories and basic principles of
triboelectric effect: A review. Friction 7(1):2–17 (2019)
30.[178] Rau J S, Balachandran S, Schneider R, Gumbsch P, Gault B, Greiner
C. High diffusivity pathways govern massively enhanced oxidation during
tribological sliding. Acta Mater 221: 117353 (2021)
31.[182] Singaravelu A S S, Williams J J, Goyal H D, Niverty S, Singh S S,
Stannard T J, Xiao X H, Chawla N. 3D time-resolved observations of fatigue crack
initiation and growth from corrosion pits in Al 7XXX alloys using in situ synchrotron
X-ray tomography. Metall Mater Trans A 51(1):28–41 (2020)
32.[100] Tong X, Cai W H, Lin J X, Wang K, Jin L F, Shi Z M, Zhang D C, Lin
J G, Li Y C, Dargusch M, Wen C E. Biodegradable Zn–3Mg–0.7Mg2Si composite
fabricated by high-pressure solidification for bone implant applications. Acta
Biomater 123: 407–417 (2021)
33.[191] Vasu A, Hagos F Y, Noor M M, Mamat R, Azmi W H, Abdullah A A,
Ibrahim T K. Corrosion effect of phase change materials in solar thermal energy
storage application. Renew Sust Energy Rev 76: 19–33 (2017)
World scientific research journal
https://scientific-jl.com/wsrj
Volume-40_Issue-2_June-2025
152
34.[193] Wu C L, Zhang S, Zhang C H, Zhang J B, Liu Y, Chen J. Effects of
SiC content on phase evolution and corrosion behavior of SiC-reinforced 316L
stainless steel matrix composites by laser melting deposition. Opt Laser Technol 115:
134–139 (2019)
35.[52] Xu J Q, Chen L Y, Choi H, Li X C. Theoretical study and pathways for
nanoparticle capture during solidification of metal melt. J Phys Condens Matter
24(25): 255304 (2012)
36.[194] Xuan Y M, Li Q. Heat transfer enhancement of nanofluids. Int J Heat
Fluid Flow 21(1): 58–64 (2000)
37.[176] Yan Y, Neville A, Dowson D, Williams S. Tribocorrosion in
implants—Assessing high carbon and low carbon Co–Cr–Mo alloys by in situ
electrochemical measurements. Tribol Int 39(12): 1509–1517 (2006)
38.[195] Yu W, Xie H Q. A review on nanofluids: Preparation, stability
mechanisms, and applications. J Nanomater 2012:435873 (2012)
39.[85] Zabihi A, Soltani R. Tribological properties of B4C reinforced aluminum
composite coating produced by TIG re-melting of flame sprayed Al-Mg-B4C powder.
Surf Coat Technol 349: 707–718 (2018)
40.[197] Zhang J J, Zheng Y B, Xu L, Wang D A. Oleic-acid enhanced
triboelectric nanogenerator with high output performance and wear resistance. Nano
Energy 69: 104435 (2020)
