TRIBOLOGIA TEORIA I PRAKTYKA vXXXIX Nr 1, 2009 (223)

Streszczenie

W publikacji przedstawiono charakterystyki tribologiczne syntetycznych smarów plastycznych o zróżnicowanym składzie ilościowym i jakościowym fazy zdyspergowanej, poddanych przedłużonemu ugniataniu w obecności wody.
Wykonano testy tribologiczne opracowanych smarów plastycznych, określające właściwości przeciwzatarciowe i przeciwzużyciowe, wyznaczając graniczne obciążenie zużycia Goz, obciążenie zacierające Pt, graniczne obciążenie zatarcia Poz oraz graniczny nacisk zatarcia poz. Wykonano także badania fizykochemiczne określające odporność mechaniczną smaru plastycznego i przeprowadzono analizę wpływu tych zmian na jego właściwości tribologiczne.
Na podstawie wyników badań fizykochemicznych i tribologicznych badanych smarów plastycznych stwierdzono, iż w wyniku działania sił ścinających pod wpływem przedłużonego ugniatania i obecności wody oraz w warunkach eksploatacji w łożysku, zmiana struktury smaru na bazie pochodnej wapniowej kwasu tłuszczowego, objawiająca się jego zdecydowanym zagęszczeniem, nie wpływa na obniżenie właściwości smarnych. Natomiast smar zagęszczony litową pochodną kwasu tłuszczowego, badany w takich samych warunkach, ulega rozrzedzeniu, a jego skuteczność smarowa maleje.

Summary

The article presents the tribological characteristics of a synthetic plastic with a diversified quantitative and qualitative composition of the dispersed phase, exposed to prolonged kneading in the presence of water.
The tribological tests describing the antiwear and antiseizure properties of developed plastic greases were carried out by the determination of limiting wear load (Goz), scuffing load (Pt), limiting seizure load (Poz) and limiting seizure pressure (poz).
Physicochemical research determining the mechanical resistance of plastic greases were conducted and the analysis of influence of these changes on the tribological properties of grease was also carried out.
On the basis of the physicochemical and tribological research results of tested greases have been concluded that, as a result of transverse forces operation under the influence of prolonged kneading, in the presence of water and during the exploitation in the bearing, change in the structure of the grease based on the calcium derivative of fatty acid and showed by definite concentration of the grease does not influence the properties of the grease. However, grease thickened with a lithium derivative of fatty acid (tested under the same conditions) undergoes rarefaction and its effectiveness decreases.
Plastic grease based on despite of plastic grease thickened lithium derivative fatty acid undergo determined concentration.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Radom, ul. Pułaskiego 6/10, tel. (048) 36-442-41, fax (48) 36-447-65.
Tribo-09v40n1_p007.pdf (142.73 Kb)

Streszczenie

W publikacji przedstawiono charakterystyki tribologiczne syntetycznych smarów plastycznych, zawierających mineralne i organiczne dodatki smarowe, po przedłużonym ugniataniu w obecności wody. Badane smary skomponowano na bazie oleju parafinowego, zagęszczonego stearynianem litu z teflonem oraz talkiem jako dodatki smarowe.
Określono właściwości przeciwzatarciowe i przeciwzużyciowe opracowanych smarów plastycznych przed i po ugniataniu w obecności wody, wyznaczając na aparacie czterokulowym graniczne obciążenie zużycia Goz, obciążenie zespawania Pz, obciążenie zacierające Pt, graniczne obciążenie zatarcia Poz oraz graniczny nacisk zatarcia poz.
Smary poddane przedłużonemu ugniataniu w obecności wody, niezależnie od rodzaju dodatku smarowego, w warunkach zacierania wpływały na obniżenie trwałości węzła tarcia. Natomiast smar nieugniatany, bez dodatku wody, z mineralnym dodatkiem smarowym charakteryzował się większą skutecznością przeciwzatarciową niż smar z syntetycznym dodatkiem organicznym, co potwierdziła wyższa wartość granicznego nacisku zatarcia i obciążenia zacierającego. Stwierdzono także, że wzrostowi penetracji smarów po przedłużonym ugniataniu, w stosunku do penetracji smarów nieugniatanych, bez wody, odpowiada pogorszenie parametrów tribologicznych.
Badania te przeprowadzono dla określenia właściwości smarów w warunkach działania obciążeń mechanicznych i wody, często występujących w przemyśle spożywczym podczas eksploatacji maszyn w procesach produkcji żywności.

Summary

This paper presents the tribological characteristics of synthetic greases containing mineral and organic additives after prolonged kneading in the presence of water. The investigated greases were composed on a base of paraffin oil, thickened with lithium stearate with Teflon and talc.
The antiwear and antiseizure properties of the greases before and after kneading in the presence of water have been determined. The study was conducted by means of a four ball machine limiting the load of wear Goz, weld point Pz, scuffing load Pt, seizure load Poz, and limiting pressure of seizure poz. Greases, subjected previously to prolonged kneading in the presence of water, were influenced on reduction of friction pair durability, irrespective of the additive type under scuffing conditions. However, the antiseizure effectiveness of non-knocked grease, without the addition of water and containing mineral additive, was better than grease containing synthetic or organic additives. It has been confirmed by the higher value of limiting pressure of seizure and scuffing load. It was also concluded that the better grease penetration after prolonged kneading the worse tribological parameters. The investigations have been aimed at determination of grease properties under mechanical load conditions and in the presence of water. Such conditions often occur during the operation of machines in the food industry.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Radom, ul. Pułaskiego 6/10, tel. (048) 36-442-41, fax (48) 36-447-65.
Tribo-09v40n1_p023.pdf (112.93 Kb)

Streszczenie

W pracy zaprezentowano wyniki badań właściwości powłok a-C osadzonych metodą PLD. W ramach wykonanych badań określono wpływ zastosowanej gazowej atmosfery do realizacji procesu osadzania powłok węglowych na ich skład fazowy, budowę strukturalną, morfologię powierzchni oraz współczynnik tarcia. Uzyskane rezultaty badań wyraźnie wskazują, że atmosfera gazowa użyta do realizacji procesu osadzania jest ważnym parametrem wpływającym na właściwości tribologiczne osadzanych powłok a-C. Powłoka a-C osadzona w atmosferze acetylenu charakteryzowała się niższym współczynnikiem tarcia w porównaniu z powłoką a-C osadzoną w atmosferze argonu. Analiza wyników badań wykazała również, iż niskie wartości współczynników tarcia zarejestrowane dla powłok a-C, osadzanych techniką PLD, spowodowane są obecnością grafitu w ich składzie fazowym. Dobre właściwości tarciowe powłok a-C wskazują na potencjalne możliwości wykorzystywania ich w charakterze niskotarciowych powłok, w zastosowaniach na drobnych elementach mechanicznych.

Summary

In the study the results of the investigations of the properties of a-C coatings deposited by the PLD method are presented. The effect of a gaseous atmosphere of the PLD deposition process on phase composition, structure, surface morphology and the coefficient of friction were investigated. Obtained results indicate that the PLD process atmosphere is an important factor influencing the a-C coating tribological behaviour. The coefficient of friction was lower for a-C coating deposited in an acetylene atmosphere than for a-C coating deposited in an argon atmosphere. It was shown that a low friction coefficient of a-C coatings deposited by the PLD method resulted from the presence of a graphite phase in their structure.
Good friction properties of the a-C coatings indicate numerous potential applications as a low friction film used for deposition on small machine components.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Radom, ul. Pułaskiego 6/10, tel. (048) 36-442-41, fax (48) 36-447-65.
Tribo-09v40n1_p037.pdf (806.08 Kb)

Streszczenie

W pracy scharakteryzowano staw biodrowy jako system tribologiczny. Podano, jakie warunki należy spełniać podczas modelowania endoprotez. Wskazano na nowe kierunki rozwoju biomateriałów i endoprotez.

Summary

Hip joint arthroplasty is a common operation at the Orthopaedic Surgery Departments. An increasing demand for implantation of the hip joints results from:
– longer and longer life span,
– improper nutrition and increasing amount of people with advanced osteoporosis,
– growing amount of the car collisions, which result in bone-articular injuries,
– adverse weather conditions (long snowy winters).
In addition, the amount of people who need reimplantation of the endoprostheses, which have been used for 10-15 years, grows significantly. Loosening of the endoprostheses elements (mostly acetabular cup) or their wear are the main reason for reimplantation.
The growing demand for hip endoprostheses inspires many scientific and research centres to work for improvement in endoprosthesis quality. The works concentrate on following problems:
– increase in endoprostheses durability,
– improvement in endoprosthesis functionalities by minimisation the frictional resistance and decrease in over-rigidity of the “implant-bone” system,
– limitation of the wear products,
– making reimplantation easier and assurance the better stability of endoprostheses clamping.
In the paper hip joint as a tribological system is charcterised. Some destructive processes occurring in arthroplasty are discussed. Methods of the increase in wear resistance of polyethylene are presented. Moreover, the necessary conditions during modelling of the endoprostheses and new directions of endoprostheses development are given.
∗ Politechnika Częstochowska, Wydział Zarządzania, Katedra Systemów Technicznych, al. Armii Krajowej 19, 42-200 Częstochowa, tel. 034 3250866.
∗∗ INOP Poznań, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, tel. +48 61 6570555, fax +48 61 6570721.
Tribo-09v40n1_p047.pdf (2.81 Mb)

Summary

This paper presents a theoretical model of gearing with a modified trochoidal profile applied to Gerotor pumps. Gerotor pumps belong to the category of rotating machines whose kinematics is based on the principles of a planetary mechanism with internal gearing. Using geometrical and kinematical models of the trochoidal gearing, we provide a detailed analysis of specific sliding at the contact points of the profiles, as well as the relations for its determination. Specific sliding is one of the most significant constraining factors in the selection of the geometrical parameters of the gearing profile, which indicates conditions for appearing friction and wear of the tooth contact surface. The key objective in optimal gerotor pump design is to provide the appropriate selection of geometrical parameters of the gearing, leading to the uniform wear of meshing gears teeth profiles. This requires ensuring the uniform wear of meshing profiles at the point with highest value of sliding velocity, i.e. at the contact points most distant from the pitch point. Consequently, the methodology described in the paper defines the constraints to enable uniform wear of meshing gear teeth profiles from the kinematical point of view.

Streszczenie

W referacie przedstawiono model teoretyczny zmodyfikowanego zazębienia trochoidalnego, które jest stosowane w pompach systemu Gerotor. Pompy Gerotor należą do maszyn wirujących, których kinematyka oparta jest na zasadzie mechanizmu planetarnego z zazębieniem wewnętrznym. Za pomocą modeli geometrycznych i kinematycznych przeprowadzono szczegółową analizę poślizgu względnego w punktach styku profili; podano też zależności do jego określenia. Poślizg względny jest jednym z najbardziej istotnych czynników spośród parametrów geometrycznych decydujących o warunkach tarcia i zużyciu kontaktujących się powierzchni. Zasadniczym zadaniem w konstrukcji pomp Gerotor jest właściwy dobór parametrów zazębienia dla uzyskania równomiernego zużycia w punkcie z największą prędkością poślizgu, tj. w punkcie najbardziej oddalonym od bieguna zazębienia. Metodologia przedstawiona w referacie umożliwia określenie warunków dla uzyskania równomiernego zużycia z punktu widzenia kinematyki.
∗ Faculty of Mechanical Engineering, University of Kragujevac, Sestre Janjić 6, 34000 Kragujevac, Serbia, Phone: ++381-34-335990, Fax: ++381-34-333192, email:
Tribo-09v40n1_p063.pdf (154.75 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań zmian w procesie eksploatacji własności smarnych oleju silnikowego Elf Performance 3D 15W40 modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym o działaniu chemicznym. Badania eksploatacyjne wykazały, że na trasie około 40 000 km, w zmiennych warunkach terenowych i klimatycznych, preparat eksploatacyjny o działaniu chemicznym korzystnie wpłynął na poprawę własności smarnych oleju poprzez zwiększenie trwałości warstwy granicznej i odporność na przerywanie. Efektem polepszenia właściwości tribologicznych było także zmniejszenie zużycia paliwa.

Summary

This article presents the test results on the changes of lubricating properties of engine oil Elf Performance 3D15W40 modified with an operational substance of chemical activity. Operational tests reveal that, after 40 000 km have been driven in various weather and road conditions, the operational substance of chemical activity had a positive effect on the lubricating properties of the oil, because it increased the durability of the boundary layer and its resistance to breaking. The improvement of the boundary layer improved the tribological properties and reduced the amount of fuel burned.
∗ Uniwersytet Zielonogórski, Wydział Mechaniczny, Instytut Budowy i Eksploatacji Maszyn, ul. prof. Z. Szafrana 2, 65-016 Zielona Góra.
Tribo-09v40n1_p077.pdf (125.78 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań własności smarnych oleju przekładniowego Transmil SP-150 stosowanego do smarowania węzłów tarcia, w tym łożysk głównych maszyny wyciągowej. Badania przeprowadzono dla oleju handlowego, który pracował w maszynie wyciągowej przez okres 10 miesięcy, następnie po dodaniu do niego 5% preparatu eksploatacyjnego o działaniu chemicznym urządzenie pracowało przez dalsze cztery miesiące. Wyniki badań przedstawiono w postaci tabel i wykresów. Badania wykazały celowość stosowania preparatu eksploatacyjnego.

Summary

This article presents the test results on the lubricating properties of the gear oil Transmil SP-150 used to lubricate friction nodes, including main bearings of lifting machines. The test was done on commercial oil that operated in a lifting machine for the period of 10 months. After this period, 5% operational substance of chemical properties was added to the oil and the machine operated for a further four months. The test results are presented in tables and charts.
∗ Uniwersytet Zielonogórski, Wydział Mechaniczny, Instytut Budowy i Eksploatacji Maszyn, ul. prof. Z. Szafrana 2, 65-016 Zielona Góra.
Tribo-09v40n1_p087.pdf (132.98 Kb)


Właściwości tribologiczne par ciernych zależą od ich konstrukcji, zastosowanych materiałów i przeprowadzonej obróbki powierzchniowej elementów pary. Celem badań było wyznaczenie wpływu modyfikacji warstwy powierzchniowej elementów stalowych borem w parach pracujących w warunkach tarcia ślizgowego. Badania porównawcze przeprowadzono na testerze T-05 typu rolka–klocek. W celu realizacji programu badań wykonano próbki pierścieniowe z trzech gatunków stali: 38CrAlMo5-10, 46Cr2 i 30MnB4. Próbki te azotowano jonowo, borowano w proszku, borowano laserowo oraz metodą PVD wykonano powłokę TiB2. Próbki pierścieniowe skojarzone zostały w warunkach testu z przeciwpróbkami wykonanymi ze stopu łożyskowego AlSn20, a obszar tarcia smarowano olejem silnikowym Lotos mineralny 15W/40.
Przeprowadzone badania wykazały, że warstwy powierzchniowe borowane w proszku wpływają na obniżenie współczynnika tarcia podczas rozruchu, a jego maksymalne wartości są zbliżone do zmierzonych w skojarzeniach z warstwami azotowanymi i ulepszanymi cieplnie ze stali 30MnB4. Największe wartości współczynnika tarcia i najwyższe temperatury w obszarze tarcia występują w parach z próbkami pierścieniowymi z warstwą borowaną laserowo i z powłoką TiB2. Zużycie stopu łożyskowego AlSn20 jest największe w skojarzeniu z przeciwpróbką z powłoką TiB2, a najniższe zużycie zmierzono w skojarzeniach z warstwami azotowanymi i ulepszanymi cieplnie.

Summary

The properties of the frictional slide couplings depend on the constructional material used and technology applied during the production process. The tribological properties of the frictional coupling are the resultant of the coupling construction and properties of the cooperating surfaces. The surface layer may be shaped by technological processes through the correct material selection used for these elements and technology applied for the surface treatment. Currently, numerous methods are used in producing the surface layers, which protect against tribological wear; however, particularly advantageous properties feature those coatings with boron. These coatings feature a high degree of the hardness of the structures, resistance to wear and corrosion, and good fatigue properties, depending on the technological preparation of the base. The purpose of the study to determine the influence of the boron modification of the technological surface layer on the characterisation of the operation of frictional pairs under the conditions of mixed friction, and in practical application, increasing of the durability and reliability of frictional pairs and, in consequence, whole technical objects, such as automobiles.
In order to create surface layers modified with boron, technological processes were selected that allowed for the creation of these layers on the elements of a combustion engine. These processes were used for the treatment of the surface layer of annular samples for stand test on the T-05 block-on-ring wear tester. Three types of steel were used in the creation of annular samples, 38CrAlMo5-10, 46Cr2, and 30MnB4. Samples from 38CrAlMo5-10 steel were nitrided in the atmosphere H2 + N2, at the temperature of 500°C for 6 hours. Samples from 46Cr2 steel were borided in powder, at the temperature of 950°C for 8 hours. In the boronizing process, powder of the following composition was used: B4C-30%, Al2O3 -68%, NH4Cl and NaF. Samples from 46Cr2 steel were also laser-borided, with the use of CO2 laser (power of beam P = 2 kW, spot diameter d = 4 mm, energy density 160 W/mm2, tracking speed v = 16 mm/s, gas carrier –argon). The boronizing process consisted in covering the annular sample with the layer of amorphous boron and liquid glass and melting with a laser beam. Also, the samples from steel 46Cr2 were covered with a TiB2 coating, using the PVD method (temperature 400°C, time 40 min, pressure in ionization chamber p = 2,5 x 10-2 bara). The sample of 30MnB4 steel was hardened and tempered, and hardening was at the temperature of 800°C, and drawing temper was at the temperature of 450°C. Modified surface layers of annular samples were matched under test conditions with counter samples made from AlSn20 bearing alloys. Tested slide pairs were lubricated during the stand test with 15W/40 Lotos mineral engine oil.
On the basis of the tests and the analysis of the results, it was concluded that the boron-modified surface layers can be applicable in the slide couplings operating under mixed friction conditions, and their tribological properties are the effect of the interaction between the surface layers of the slide coupling elements and the lubricating oil. The modified surface layer in the process of boronizing in powder coupled with the AlSn20 bearing alloy is characterised by low friction resistance and temperature, which ensures that the slide coupling has conducive conditions for start-up and fast stabilisation of the friction conditions. In turn, the laser borided surface layer and layer TiB2 causes intensive friction processes in the slide coupling, which generates high friction resistance and temperature and intensifies the processes of bearing alloy wear. It was stated that the use of 30MnB4 steel in the slide coupling after the hardening and tempering ensures similar work parameters and a comparable level of wear of the bearing alloy, as in the application of 38CrAlMo5-10 steel with a nitrided surface. The research proved that the lubrication of the friction area with the mineral oil has an influence on the decrease of wear of the bearing alloy and the decrease of the matching parameters of the moment of friction and temperature, mainly in the couplings with the AlSn20 alloy counter samples.
Using the boron-modification processes of surface layers in slide couplings operating under the conditions of mixed friction, it is possible to decrease the costs of material using mild-alloy steel or carbon steel and to decrease the costs of exploitation by increasing the durability of elements. However, each time surface layers with boron are used on a large scale, it should be preceded by economic calculation.
∗ Uniwersytet Rzeszowski, Instytut Techniki, Al. Rejtana 16A, 35-959 Rzeszów, tel. (0-17) 872-11-86; e-mail:
Tribo-09v40n1_p097.pdf (324.45 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono nowy aparat czterokulowy, opracowany w ramach zadania realizowanego w Programie Wieloletnim PW-004 pn. „Doskonalenie systemów rozwoju innowacyjności w produkcji i eksploatacji w latach 2004–2008”, którego Instytut Technologii Eksploatacji – PIB w Radomiu jest głównym realizatorem.
Podstawową różnicą między nowym aparatem czterokulowym a tego typu urządzeniami dotychczas wytwarzanymi w ITeE – PIB jest znaczące rozszerzenie jego możliwości badawczych. Dotychczas wytwarzany aparat czterokulowy, oznaczony symbolem T-02, pozwalał na badania właściwości przeciwzużyciowych i przeciwzatarciowych środków smarowych. Inny aparat czterokulowy, oznaczony symbolem T-03, umożliwiał badanie jedynie powierzchniowej trwałości zmęczeniowej. Do tego oba aparaty nie pozwalały na badania w podwyższonej i kontrolowanej temperaturze. Nowy aparat, oznaczony symbolem T-02U, pozwala na realizację wszystkich wymienionych badań, zarówno dla środków smarowych, jak i materiałów konstrukcyjnych.
Zaprezentowano genezę tematu, budowę i charakterystykę techniczną nowego aparatu, realizowane metody badawcze, przedstawiono wybrane wyniki badań weryfikacyjnych, potencjalne obszary zastosowania oraz pierwsze wdrożenia.

Summary

The authors present a new four-ball machine developed within the scope of the Multi-Year Programme PW-004 “Development of innovative systems of manufacturing and maintenance 2004–2008”, coordinated by the Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute in Radom.
The main difference between the new device and the ones having been manufactured by ITeE – PIB so far is related to a significant improvement of the research capabilities. The previously manufactured four-ball machine, known as T-02 tribotester, was intended for testing antiwear (AW) and extreme-pressure (EP) properties of lubricants. Another four-ball tribotester, denoted as T-03, was intended only for determination of the surface fatigue life. Neither T-02, nor T-03 machine made it possible to perform runs at an increased and controlled lubricant temperature. The new machine, denoted as T-02U, enables the user to perform all the mentioned tests, both for lubricants and engineering materials.
A genesis of the idea of the new four-ball machine, its main units, technical specifications, realized test methods, chosen results of verification testing, potential areas of application, as well as first implementations in industrial and scientific laboratories, are presented.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy (ITeE – PIB), Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (048) 364-42-41.
Tribo-09v40n1_p113.pdf (938.45 Kb)

Streszczenie

W artykule poddano analizie wpływ zjawiska adsorpcji i temperatury węzła tarcia na właściwości tribologiczne powłok kompozytowych. Powłoki metalowo-ceramiczne typu Ni-P-Al2O3 wytwarzano sposobem bezprądowym na elementach stalowych. Topografię powierzchni uzyskano na skaningowym mikroskopie elektronowym. Modelowe badania oddziaływań adsorpcyjnych prowadzono dla dodatków modyfikujących AW – ZDTP o różnej długości łańcucha alkilowego. Testy tribologiczne prowadzono na testerze typu pin-on-disc w układzie kulka ze stali 100Cr6–tarcza stalowa z powłoką kompozytową. Badania realizowano ze smarowaniem bazą olejową oraz bazą olejową zawierającą 1% masowy ZDTP. Testy wykonywano w temperaturach: otoczenia i podwyższonych. Przeprowadzone analizy pokazały znaczący wpływ adsorpcji na właściwości tribologiczne badanych układów, spowodowane zarówno rodzajem materiałów, jak i temperaturą pracy systemu.

Summary

This paper presents the analyses of the influence of the adsorption and temperature of a friction pair on the tribological properties of the Ni-P-Al2O3 composite coatings. The composite coatings were superimposed on steel elements, using the electroless plating technique. An electron-scanning microscope was used to analyse the topography. The topography of the coatings was imaged with a scanning electron microscope (SEM/EDS). The investigations of adsorption were realised using antiwear additives – zinc dialkyldithiophosphates (ZDTPs), having two alkyl chain lengths, C4 and C12. The effect of adsorption on the composite surfaces had considerable influence on their tribological properties. Tribological tests were examined by means of a T-01M tester, functioning in the pin-on-disc (ball-disc) configuration. The tests were realised for technically dry friction and boundary lubrication in model lubricants – oil bases and oil bases with 1% mass. ZDTP. The tribological tests were realised, and the analyses of the adsorption confirm that the kind of materials and working temperature in fact determined on tribological properties.
∗ Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Katedra Maszyn Cieplnych, Al. 1000-lecia PP 7, 25-314 Kielce.
Tribo-09v40n1_p129.pdf (585.55 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badania wpływu temperatury węzła tarcia na właściwości tribologiczne opracowanych smarów plastycznych. Oceniono przeciwzużyciową i przeciwzatarciową skuteczność działania zastosowanych dodatków adhezyjnych w ślizgowych węzłach tarcia w warunkach podwyższonej temperatury. Stwierdzono, że wprowadzenie dodatków estrowych poprawia właściwości przeciwzatarciowe, natomiast kopolimery etylenu i propylenu zabezpieczają węzeł tarcia przed zużyciem.
Z zastosowaniem techniki skaningowej mikroskopii elektronowej sprzężonej z mikroanalizą rentgenowską (SEM/EDS) dokonano analizy składu warstwy wierzchniej ze śladu tarcia. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że związki węgla i tlenu biorą udział w formowaniu warstw ochronnych skutecznie rozdzielających powierzchnie trące, przez co zwiększają skuteczność tribologiczną opracowanych smarów.

Summary

The paper presents the results of investigation of tribosystem temperature influence on the tribological characteristics greases.
Antiwear and antiseisure properties of the used adhesion additives were investigated in sliding tribosystem under increased temperature conditions.
The ester additives improve on antiseisure properties, the ethylene and propylene copolymers protect tribosystem from wear.
The analysis of wear scar surface was performed using SEM and EDS techniques.
It has been ascertained that the carbon and oxygen containing compounds participate in formation of protective layers and improve tribological effectiveness of greases.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (048) 364-42-41.
Tribo-09v40n1_p143.pdf (1.74 Mb)

Summary

This paper is the continuation of previous research and reflects the results of sulphur and phosphorus containing tribological compounds considered as potential anti-wear additives for heavy-loaded a-C:H:W coated machine parts. In Part I [L. 1] the results focused on CHO and CHNO model compounds were presented. In the present work four kinds of organic sulphur compounds and two kinds of organic phosphorus compounds were investigated. The compounds were added at 0.1% wt. and 1% wt. concentration in PAO-8 base oil. The a-C:H:W coating was deposited on bearing steel (100Cr6) balls using PVD reactive sputtering. The load-carrying capacity was measured as scuffing load using the T-02 four-ball apparatus. Similarly as in [L. 1], both uncoated steel balls and the steel a-C:H:W coated balls were investigated, and the method with continuously increasing load was applied.
For a-C:H:W coated balls using 0.1% wt. and 1% wt. concentration of organic sulphur compounds, in the base oil, only 1-adamantanethiol showed a slight increase in the scuffing load value. The increase in concentration of benzyl disulphide (BDS) up to 1% wt. increased the scuffing load values for the uncoated steel tribosystem, but the increase in concentration of this compound is harmful for coated balls. Also the both organic phosphorus compounds at the treat rate of 0.1% and 1% wt. in the base oil did not show any improvement in scuffing load values for the coated balls. On the other hand, the increasing concentration of these phosphorus containing compounds in the base oil, improved the load-carrying capacity of the steel tribosystem. Thus, this work also aims at accounting for the action mechanism difference of BDS interaction with steel and the coating. The same is due to the tested phosphorus containing model compounds.
This paper contributes to better understanding the interaction of sulphur and phosphorus containing compounds and shows that such kind of compounds are not effective for increasing the load-carrying capacity of a-C:H:W coated machine parts. Presently the research is being continued with focus on commercial additives and new materials.

Streszczenie

Artykuł jest kontynuacją wcześniejszych prac i zawiera wyniki badań organicznych związków siarki i fosforu jako potencjalnych dodatków przeciwzużyciowych dla wysokoobciążonych węzłów tarcia z elementami pokrytymi powłoką a-C:H:W. W części pierwszej [L. 1] przedstawione zostały wyniki badań dla związków typu CHO i CHNO. W bieżącym artykule zaprezentowano wyniki uzyskane dla czterech rodzajów organicznych związków siarki i dwóch rodzajów organicznych związków fosforu. Związki te dodawano w stężeniu 0,1% w/w i 1% w/w do polialfaolefinowego oleju bazowego (PAO-8). Powłokę a-C:H:W osadzono na kulkach wykonanych ze stali łożyskowej (100Cr6) wykorzystując metodę reaktywnego rozpylania PVD. Nośność warstwy smarowej mierzono jako obciążenie zacierające z wykorzystaniem aparatu czterokulowego T-02. Stosowano metodę z ciągłym narastaniem obciążenia. Podobnie jak w części I pracy [L. 1] badania wykonano dla elementów bez powłoki oraz dla wszystkich elementów z powłoką a-C:H:W.
Dla skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką a-C:H:W smarowanych olejem z dodatkiem organicznych związków siarki w stężeniu 0,1% w/w i 1% w/w w oleju bazowym, tylko dla 1-adamantanetiolu odnotowano nieznaczny wzrost obciążenia zacierającego. Wzrost stężenia disiarczku benzylu (BDS) do 1% w/w spowodował wzrost odporności na zacieranie skojarzenia stalowego (bez powłoki), jednocześnie okazało to się szkodliwe dla skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką. Również dla obu badanych organicznych związków fosforu w stężeniu 0,1% w/w i 1% w/w w oleju bazowym nie odnotowano wzrostu odporności na zacieranie skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką. Przy czym zwiększenie stężenia organicznych związków fosforu skutkowało wzrostem wartości obciążenia zacierającego skojarzeń elementów bez powłoki. W pracy wzięto również pod uwagę różnicę w mechanizmie działania dodatku BDS w skojarzeniu elementów stalowych bez powłoki i z powłoką. Dokonano również analizy mechanizmu działania tychże dodatków dla przypadku stosowania organicznych związków fosforu.
Praca jest przyczynkiem do lepszego zrozumienia współdziałania związków zawierających siarkę i fosfor. Dowiedziono, że ten rodzaj związków nie jest efektywnym dodatkiem dla zwiększania nośności warstwy smarowej skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką a-C:H:W. Prace będą kontynuowane z uwzględnieniem dodatków handlowych i nowych materiałów.
∗ Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, 6/10 Pulaskiego, 26-600 Radom, Poland.
∗∗ Institute for Fuels & Renewable Energy, 55 Jagiellońska, 03-301 Warsaw and Warsaw University of Technology, Institute of Chemistry in Płock, 17 Łukasiewicza, 09-400 Płock.
Tribo-09v40n1_p155.pdf (4.42 Mb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono tribologiczne ujęcie aktualnego poziomu wiedzy na temat stanu energetycznego warstwy wierzchniej. Za punkt wyjścia do rozważań przyjęto charakterystykę swobodnej energii powierzchniowej i jej związków ze strukturą elektronową tej warstwy. Z uwagi na fakt, że wiele spośród hipotez dotyczących adhezji ciał stałych źródła tego zjawiska poszukuje właśnie we właściwościach struktury elektronowej ciał – powiązaną z nimi energię powierzchniową można uznać za parametr informujący o zmianach stanu energetycznego w warstwie wierzchniej. Przedstawione rozważania stanowią asumpt do podjęcia eksperymentalnych badań nad związkiem swobodnej energii powierzchniowej z odpornością warstwy wierzchniej na zużywanie i zacieranie adhezyjne.

Summary

The tribological embrace of the actual state of knowledge upon energy conditions of the surface layer is presented in this article. The characteristics of free surface energy and its relationship with the electron structure of surface layer were engaged as a datum point to this contemplation. In view of fact that a lot of hypothesis concerning adhesion (the source of this phenomena that are sought in the electron structure of solids) are related to free surface energy can be recognised as a parameter informing us about the changes in the energy condition in a surface layer. The presented contemplation induces taking on experimental research on the relationship between free surface energy and adhesive wear and scuffing resistance of surface layer.
∗ Politechnika Poznańska, Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań.
Tribo-09v40n1_p177.pdf (391.95 Kb)