TRIBOLOGIA TEORIA I PRAKTYKA vXLI Nr 3, 2010 (231)

Streszczenie

W artykule przedstawiono tribologiczne i stereometryczne właściwości powłok tlenku aluminium modyfikowanych węglem. Powłoki zostały wytworzone na stopie aluminium EN-AW-5251 technologią dwustopniową. Osnowę powłok kompozytowych stanowiła warstwa tlenkowa wytworzona metodą anodowania twardego, która następnie została poddana modyfikacji w procesie napylania próżniowego. Powłoki badano w skojarzeniu z tworzywami PEEK/BG oraz T5W. Testy tribologiczne przeprowadzono na testerze T-17 dla ruchu posuwisto-zwrotnego w warunkach tarcia technicznie suchego.

Summary

The article presents the tribological and stereometric properties of aluminium oxide layers modified by carbon. The coatings were produced on EN-AW-5251 aluminium alloy substrate using a two-stage technology. The matrix composite coating made the oxide layer produced via hard anodising method, which was then modified with the vacuum deposition method. Coatings were investigated in connection with PEEK/BG and T5W materials. Tribological tests were carried out on T-17 tester in reciprocating motion under lubricant-free sliding condition.
∗ Uniwersytet Śląski, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach, ul. Śnieżna 2, 41-200 Sosnowiec;
∗∗ Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec.
Tribo-10v41n3_p011.pdf (1.04 Mb)

Streszczenie

Zużywanie się narzędzi w procesie ciągnienia jest scharakteryzowane przez zjawiska powierzchniowe zachodzące w ich warstwie wierzchniej. W czasie współpracy elementarnych powierzchni styku istotną rolę odgrywa proces odkształceń materiału ciągnionego. W pracy podjęto próbę określenia związku między intensywnością zużywania się powierzchni roboczej oczek ciągadeł, a niezawodnością tego skojarzenia tribologicznego. Przedstawiono wyniki z przeprowadzonych badań stanu warstwy wierzchniej oczek ciągadeł. Trwałość i niezawodność narzędzi w procesie ciągnienia ma swój aspekt mikroskopowy. Procesy mikroskopowe, zachodzące w obszarach styku mikronierówności powierzchni, powodują trwałe zmiany o charakterze niszczącym w skali makroskopowej.

Summary

The waste of tools in drawing process is characterised by surface phenomenon occuring in their upper layer. During co-operation of elementary contact area, the deformation process of drawn material takes the significant meaning. In the paper, determination of dependency between waste of working area of drawing eyelets and reliability of that tribology junction was undertaken. The investigation results of upper layer of drawing eyelets were presented. Durability and reliability of the tools in the drawing process has its microscopy scale aspects. The microscopy processes, taking part in a contact zone of surface micro unevenness cause the permanent destruction changes on a macroscopy scale.
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków.
Tribo-10v41n3_p021.pdf (246.51 Kb)

Streszczenie

Przenośniki zgrzebłowe rurowe, coraz szerzej stosowane w wielu przemysłach, charakteryzują się, obok wielu zalet, dużymi oporami ruchu, które powodują znaczne zużycie ścierne jego elementów. Na te opory istotny wpływ ma także konfiguracja trasy przenośnika, której wpływ analizowano w pracy. Wykazano, że przez odpowiednie skonfigurowanie trasy można ograniczyć opory ruchu przenośnika, a uzyskane zależności pozwalają to osiągnąć.

Summary

Nowadays, scraper pipe conveyors are implemented in a wider range in many industrial branches because of technological and ecological reasons and industrial safety. Besides many advantages, like simple construction and services, easy housing and small dimensions in a lateral cross-section, the possibility of materials transport at higher temperatures, these conveyors characterised by great movement resistance cause abrasive wear of their elements. On the resistance, an essential influence is also the conveyor track configuration analysed in the paper. It has been shown that, due to the special configuration of scraper pipe conveyor track (its length, inclination against the level), the conveyor movement resistance could be limited; and thanks to this, one could also lower the abrasive wear of conveyor elements. The obtained dependencies presented in the paper could be useful to the rational design and exploitation of scraper pipe conveyors.
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków.
Tribo-10v41n3_p035.pdf (805.97 Kb)

Streszczenie

Jedną z istotnych wad przenośników zgrzebłowych rurowych są znaczne opory ruchu i powodowane nimi zużycie ścierne rynien i zgrzebeł. Dlatego do racjonalnego projektowania tych przenośników istotna jest znajomość nie tylko oporów podstawowych, ale i dodatkowych, które były przedmiotem analizy w tej pracy.

Summary

Scarper pipe conveyors can assure dust, water and even gas tightness, and their routes can be easily configured in horizontal and vertical planes. Because of their advantages, like simple construction and maintenance, silent operation, small crosswise section systems, the ability to transport materials in full isolation from the environment (also hot ones up to a temperature 700ºC), those conveyors have got wider application in aluminium-works, cement plants, coke plants, filters evacuation systems, and in the ceramic, chemical and primary industries.
One of the real disadvantages of scraper pipe conveyors is the great resistance of movement and wear of pipes and scrapers. A very important problem of designing scraper pipe conveyors is the knowledge of their resistance to movement and drive power according to the parameters of construction and motion and also the type of handled materials. For the rational designing of those conveyors, it is essential to know the basic sources of the resistance of movement and the additional ones, which were subject of this paper. The results of these calculations allowed us to obtain the dependencies on additional resistance to the movement of the scraper pipe conveyor connected with the displacement of material on bends in the pipes, and also the resistance of conveyor loading. Dependencies on additional resistance to movement can be used during detailed calculations of scraper pipe conveyors, but also can be useful for cognitive and practical reasons.
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków.
Tribo-10v41n3_p049.pdf (480.65 Kb)

Summary

Generally, in compressor refrigeration systems, compressor oil mixes with refrigerant. This deteriorates the thermodynamic properties of the refrigerant and protective (tribological) properties of lubricating oil. This paper presents the oil-operating environment in refrigeration compressors as well as reasons for compressor element damages arising mostly in the effect of unfavourable properties of oil contaminated with refrigerant.

Streszczenie

W sprężarkowych układach chłodniczych najczęściej dochodzi do mieszania oleju sprężarkowego z czynnikiem chłodniczym. Pogarsza to własności termodynamiczne czynnika chłodniczego i oczywiście własności ochronne (tribologiczne) oleju smarowego. W referacie przedstawiono środowisko pracy oleju w sprężarkach chłodniczych oraz przyczyny uszkodzeń elementów tych sprężarek, w większości wynikających z niekorzystnych własności oleju zanieczyszczonego czynnikiem chłodniczym.
∗ Poznan University of Technology, Department of Food Engineering and Food Transportation, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań.
Tribo-10v41n3_p063.pdf (211.43 Kb)

Summary

A desirable feature of oil lubricating refrigeration compressors is its solubility in refrigerant in the full range of working temperatures. It enables the majority of oil “pumped out” to the refrigeration circuit to return to the lubrication system. However, oil separated from the refrigerant and introduced to the lubrication system contains a certain amount of the refrigerant, so we can state that the compressor elements are lubricated with the mixture of oil and refrigerant of properties being surely worse than the ones of pure lubricating oils.
In the days of changing old refrigerants to the new ones, being more environmentally friendly, it is very important to use them with the proper compressor oils. Apart from the mentioned requirement of “solubility,” it is also necessary to ensure the right anti-friction and anti-wear properties (concerning “oil–refrigerant” mixtures). That is why the paper analyses literature information on test stands, enabling us to make a quantitative evaluation of this problem, and there are formulated assumptions for the construction of our own universal testing device.

Streszczenie

Pożądaną cechą oleju smarującego sprężarki chłodnicze jest rozpuszczalność w czynniku chłodniczym w pełnym zakresie temperatur roboczych. Umożliwia to powrót większości oleju „wypompowanego” do obiegu chłodniczego do układu smarowania. Olej wydzielony z czynnika i wprowadzony do układu smarowania zawiera jednak pewną jego ilość, zatem można uznać, że elementy sprężarek smaruje mieszanina oleju i czynnika chłodniczego o własnościach z pewnością gorszych niż własności czystych olejów smarowych.
W dobie wymiany starych czynników chłodniczych na nowe, bardziej przyjazne środowisku, duże znaczenie ma ich kojarzenie z odpowiednimi olejami sprężarkowymi. Obok wspomnianego wymogu „rozpuszczalności” konieczne jest zapewnienie również odpowiednich własności przeciwtarciowych i przeciwzużyciowych (mieszanin „olej–czynnik chłodniczy”). Dlatego w referacie przeanalizowano informacje literaturowe o stanowiskach badawczych pozwalających ilościowo oceniać ten problem i sformułowano założenia do budowy własnego, uniwersalnego urządzenia badawczego.
∗ Poznan University of Technology, Department of Food Engineering and Food Transportation, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań.
Tribo-10v41n3_p075.pdf (912.48 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu wybranych procesów obróbki wykańczającej warstwy powierzchniowej (rolowanie, azotowanie, hartowanie powierzchniowe i molibdenowanie) na rozwój zużycia frettingowego w połączeniu wciskowym. Badania zostały przeprowadzone na modelu połączenia koło–oś zestawu kołowego. Wykazano, że dodatkowa obróbka powierzchni poprzez azotowanie, hartowanie lub molibdenowanie w znacznym stopniu ogranicza rozwój zużycia frettingowego.

Summary

The article presents the results of research on the effect of some surface finishing processes (rolling, nitriding, surface hardening, and molybdenum hardening) on fretting wear development in a clamped joint. The tests were conducted on the model of a wheel-axle joint of an axle set. It was proved that nitriding, hardening, or molybdenum hardening significantly restricts fretting wear expansion.
∗ Instytut Pojazdów Szynowych Politechniki Krakowskiej, al. Jana Pawła 37, 31-864 Kraków.
Tribo-10v41n3_p085.pdf (2.28 Mb)

Streszczenie

W pracy omówiono wyniki badań dotyczących właściwości tribologicznych warstw hybrydowych typu CrC+(Ni-Mo)+CrN wytwarzanych na powierzchni stali 4H13 w połączonych procesach: obróbce galwanicznej, chromowania próżniowego, obróbce PVD metodą łukowo-próżniową. Właściwości tribologicznych próbek z warstwami oceniano metodą trzy wałeczki–stożek. Badania porównawcze wykazały, że odporność na zużycie przez tarcie warstw hybrydowych typu CrC+(Ni-Mo)+CrN jest kilka razy większa od odporności warstw duplex typu CrC+(Ni-Mo) wytworzonych w procesie chromowania próżniowego na stali pokrytej powłoką elektrolityczną, jak również warstw węglikowych typu CrC.

Summary

In this paper, the tribological properties of hybrid layers of the CrC+(Ni-Mo)+CrN type produced on 4H13 steel surface, in combined galvanic treatment, vacuum chromizing process and the arc evaporation PVD process, have been investigated. Investigations of layer thickness and their phase composition have been conducted. Tribological properties of the layers were performed by means of taper – three rolls test. It has been proved that the wear resistance by friction of hybrid CrC+(Ni-Mo) +CrN layers is several times higher than that for the CrC+(Ni-Mo) duplex layers and the CrC carbide layers.
∗ Politechnika Warszawska, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii, ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock.
∗∗ Instytut Mechaniki Precyzyjnej, ul. Duchnicka 3, 01-796 Warszawa.
∗∗∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. K. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom.
∗∗∗∗ Politechnika Radomska, Wydział Materiałoznawstwa i Technologii Obuwia, Katedra Technologii i Materiałoznawstwa, ul. Chrobrego 27, 26-600 Radom.
Tribo-10v41n3_p095.pdf (702.29 Kb)

Streszczenie

W pracy przedstawiono ocenę przydatności modyfikowania dwusiarczkiem molibdenu anodowych powłok tlenkowych na stopach aluminium w celu poprawy właściwości tribologicznych powłok Al2O3. Powłoki tlenkowe wytwarzano metodą anodowania twardego na stopie aluminium EN AW-5251 w elektrolicie wieloskładnikowym modyfikowanym dwusiarczkiem molibdenu w postaci proszku o ziarnach poniżej 20 mikrometrów, stosując różne stężenia MoS2 w elektrolicie (0 do 80 g/l). Badania tribologiczne anodowych powłok tlenkowych modyfikowanych MoS2 prowadzono w niesmarowanym skojarzeniu ślizgowym z tworzywem polimerowym PEEK/BG na stanowisku badawczym T-17, w ruchu posuwisto-zwrotnym, w warunkach symulujących współpracę tłok–uszczelnienie siłowników pneumatycznych bezsmarowych. Uzyskane wyniki badań wskazują na istotne obniżenie współczynnika tarcia skojarzenia ślizgowego tworzywo PEEK/BG–anodowa powłoka tlenkowa oraz obniżenie zużycia polimerowego tribopartnera w wyniku zastosowania modyfikacji powłoki tlenkowej poprzez MoS2, w szczególności przy zastosowaniu 60 g/l proszku dwusiarczku w elektrolicie. Efektem modyfikacji powłok Al2O3 dwusiarczkiem molibdenu jest również znaczne skrócenie czasu docierania badanego skojarzenia.

Summary

The paper presents an estimation of the usefulness modification of anodic oxide coatings (AHC) on aluminium alloys with molybdenum disulfide (MoS2) for the improvement of the tribological properties of Al2O3 coatings. Anodic oxide coatings were produced through hard anodising on the EN AW-5251 aluminium alloy in a multi-component electrolyte modified with molybdenum disulfide powder with a grain size below 20 micrometers (concentration of MoS2 powder in electrolyte: 0–80 g/l). Tribological tests of modified AHC were conducted in a surface-surface couple in reciprocating motion at the T-17 research stand simulating the conditions of piston/sealing contact of lubricant-free pneumatic servo-motors. The obtained results indicate a significant reduction of the friction coefficient of a sliding couple consisting of a polymer (PEEK/BG material) and an anodic oxide coating, as well as a reduction of wear of the polymer tribopartner as a result of the modification of the oxide coating with MoS2 (especially in the presence 60 g/l of MoS2 powder in electrolyte). The effect of the modification of anodic oxide coatings with molybdenum disulfide is also a significant reduction of the time of wearing-in of the tested couple.
∗ Uniwersytet Śląski, Katedra Materiałoznawstwa, 41-200 Sosnowiec, ul. Śnieżna 2.
Tribo-10v41n3_p105.pdf (304.62 Kb)

Streszczenie

Celem artykułu jest przedstawienie zmian właściwości tribologicznych skojarzenia: warstwa Al2O3/WS2–materiał polimerowy PEEK/BG, pod wpływem zastosowania różnych temperatur i wartości prądów podczas procesu otrzymywania warstw. Materiał badań stanowiła warstwa tlenku aluminium otrzymana metodą anodowania twardego w elektrolicie z 30 g domieszką WS2 na 1 l elektrolitu, w temperaturze 293, 298 i 303 K oraz przy gęstości prądu 2, 3 i 4 A/dm2. Jako partnera tribologicznego wybrano liniowy polimer aromatyczny PEEK/BG stosowany jako uszczelnienia w bezsmarowych układach kinematycznych.
Analizowane właściwości tribologiczne obejmują wyniki badań intensywności zużywania materiału polimerowego PEEK/BG oraz pomiar współczynnika tarcia prezentowanego węzła tribologicznego. Badania przeprowadzono na testerze T17 w ruchu posuwisto-zwrotnym, w warunkach tarcia technicznie suchego. Przedstawione wyniki badań tribologicznych uzupełnione zostały analizą pomiarów stereometrycznych, wykonanych przed i po teście tribologicznym.

Summary

The paper describes the tribological behaviours of a sliding pair of Al2O3/WS2 layers – PEEK/BG material. The analysis of the results consists in determining the friction coefficient for the pair, stereometric measurements taken before and after tribological test, and also the intensity of PEEK/BG wear. The aim of this article is to determinate the influence of temperature and electric anodic current density used during hard anoding treatment in SFS electrolyte. The result obtained allow one to select a very best terms of technological treatment in order to get Al2O3/WS2 oxide layers that can be used in kinematic sliding pairs.
∗ Uniwersytet Śląski, Katedra Materiałoznawstwa, 41-200 Sosnowiec, ul. Śnieżna 2, e-mail: .
Tribo-10v41n3_p115.pdf (933.64 Kb)

Streszczenie

W publikacji zostały zaprezentowane rozważania na temat deformacji i niszczenia układów powłoka–podłoże przy obciążeniach działających w styku skoncentrowanym. Przedstawiono wyniki modelowania metodą elementów skończonych i na ich podstawie analizowano wartości nacisków powodujących odkształcenia plastyczne podłoża i pękanie powłok w zależności od geometrii styku i grubości powłoki. Przedstawiono także wyniki testów indentacyjnych przy użyciu wgłębników o różnych promieniach zaokrąglenia Ri dla powłok TiN o względnych grubościach t/Ri z zakresu 0,005÷0,25. Porównując wyniki eksperymentów z analizami MES sporządzono mapę deformacji i pękania badanych układów powłoka–podłoże.

Summary

Thin coatings are particularly applied to machine elements and tools working in contact. Theoretical solution of contact for coated systems is still not available, because of the difference in elastic and plastic properties of the surface layer and substrate, its interface properties, and residual stresses. Load bearing capacity of coating-substrate systems can be found from indentation experiments by transforming the load-depth indentation diagram to stress-strain diagram. The author depicts a complete procedure for this transformation.
In the article, considerations about the deformations and failure of coating-substrate system were presented. Analyses were based on MES modelling and spherical microindentation results.
TiN coatings on X6Cr13 steel substrates were under consideration. Critical loads leading to plastic deformation of steel substrate and coating fracture have been evaluated. Determination of these parameters allows one to make a deformation and fracture map for the tested system.
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, 30-065 Kraków, al. Mickiewicza 30, e-mail:
Tribo-10v41n3_p125.pdf (273.85 Kb)

Streszczenie

W publikacji zostały zaprezentowane wyniki badań mikromechanicznych oraz tribologicznych powłok nc-WC/a-C i nc-WC/a-C:H osadzonych poprzez rozpylanie magnetronowe na nieutwardzonym i utwardzonym powierzchniowo tlenem stopie Ti6Al4V. Obie powłoki są zbudowane z nanocząstek różnych węglików wolframu WC o wielkości 2÷6 nm umieszczonych w amorficznej węglowej osnowie. Porównywano wpływ rodzaju osnowy węglowej – amorficznej (a:C) i amorficznej uwodornionej (a-C:H) oraz wpływ umocnienia podłoża przez utwardzenie tlenem na właściwości mikromechaniczne i tribologiczne układów z powłokami kompozytowymi. Twardość powłoki nc-WC/a-C wynosi 18,4 GPa, a powłoki nc-WC/a-C:H 14,1 GPa. Testy tribologiczne wykazały natomiast znacznie lepszą odporność na zużycie przez tarcie powłoki nc-WC/a-C:H niż powłoki nc-WC/a-C.

Summary

In the article, micromechanical and tribological properties of nanocomposite coatings nc-WC/a-C and nc-WC/a-C: H were presented. Coatings were deposited by magnetron sputtering on baseline and oxigen-hardened Ti6Al4V titanium alloy. Both coatings contain tungsten carbide nanoparticles nc-WC of different sizes 2 to 6 nm imbedded in an amorphous carbon matrix. The effect of carbon matrix – hydrogen free (a:C) and hydrogenated (a-C:H) and the influence of substrate strengthening on the mechanical properties of coating-substrate systems were tested. The Nc-WC/a-C coating has higher hardness 18.4 GPa than nc-WC/a-C:H - 14.1 GPa. It was established that the coating with hydrogenated carbon matrix has better wear resistance than the WC/a-C coating. For both systems with oxygen-hardened substrate, a low coefficient of friction 0.1 to 0.12 wear was measured.
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30, e-mail: , .
∗∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, e-mail: , .
∗∗∗ Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, tel. 42 631-22-65.
Tribo-10v41n3_p135.pdf (1.41 Mb)

Streszczenie

W artykule scharakteryzowano zjawisko zjawiska selektywnego przenoszenia oraz opisano warunki jego występowania w kinematycznych węzłach maszyn. Przedstawiono wyniki badań wykonanych w zakresie generowania tego zjawiska w układach materiałowych stal–miedź. Omówiono wstępne rezultaty badań w zakresie możliwości wywołania zjawiska selektywnego przenoszenia w układach tribologicznych, do których miedź dostarczano w postaci nanocząstek, dodawanych do oleju smarowego.

Summary

Selective transfer phenomenon is characterised in the paper as well as conditions of its occurrence in machine kinematic couples are shortly given. The results of examinations are presented which were made in the field of the phenomenon generation in steel – copper material configuration. Preliminary results are discussed which are connected with possibilities of selective transfer phenomenon generation in tribological systems being supplied with copper in the form of nanoparticles added to lubricating oil.
∗ Wydział Mechaniczny, Politechnika Radomska, ul. Chrobrego 45, 26-600 Radom, tel. 606 714 696.
Tribo-10v41n3_p145.pdf (2.14 Mb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu oddziaływania wodnych roztworów kwasu siarkowego (3, 10, 20%) na zużycie erozyjne powłok epoksydowych. Stwierdzono zmianę chemicznej struktury starzonych powłok w wyniku ich znacznego utlenienia. Wpłynęło to na wzrost kruchości powłok, co przyczyniło się do utraty spójności napełniaczy oraz pigmentów z tworzywem epoksydowym. Na kolejnym etapie zachodziło ich uwalnianie z powierzchni powłok. Przyczyniło się to do znacznego wzrostu chropowatości powierzchni starzonych powłok tym większego, im wyższe było stężenie medium agresywnego i im dłuższy był okres jego oddziaływania. Destrukcja powierzchni powłok skutkowała: pęcherzeniem, pękaniem oraz powstawaniem kraterów. Starzenie miało istotny wpływ na zwiększenie intensywności zużywania erozyjnego badanych powłok epoksydowych.

Summary

The paper presents the examination results concerning the influence of (3, 10, 20)% sulphuric acid water solutions on the erosive wear of epoxy coatings. Chemical structure change of aged coatings was stated as the result of their essential oxidation. It caused a coating brittleness increase that contributed to cohesion loss between fillers, pigments, and epoxy material. In the next stage, their release from coating surface layers occurred. It contributed to an essential increase of the surface roughness of aged coatings which was the higher, and the aggressive medium concentration was higher, and the period of its action longer. The destruction of the coating surface caused blistering, cracking, and crater generation. The ageing essentially increased the erosive wear intensity of examined coatings.
∗ Politechnika Radomska, Wydział Mechaniczny Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn, ul. Chrobrego 45, 26-600 Radom.
Tribo-10v41n3_p159.pdf (620.41 Kb)

Summary

The paper concerns the evaluation of mechanical properties of the composite: ‘nitrided layer-PAPVD coating’ created on CoCrMo alloy intended for biotribological applications.
Five nitriding processes with varying nitriding potential (p(N2/H2) =1.0, 1.5, 2.0, 2.5 and 3.0) were selected for optimising. The modulus of elasticity and nanohardness of nitrided layers were measured by nanoindentation. Cross-sections were examined by means of scanning electron microscopy (SEM) in order to determine the thickness and the uniformity of the affected zone after nitriding. The change in surface roughness was studied with the help of 3D roughness parameters obtained by atomic force microscopy (AFM) and the phase composition was determined by means of X-ray diffraction (XRD). It was found that the most suitable properties of the surface layer were achieved by nitriding at p(N2/H2) = 2.5.
CrN as well as multilayer (TiN/CrN)x3 PAPVD coatings were deposited onto the substrates with and without nitiriding for evaluation of the nitriding effect on the adhesion. CoCrMo alloy nitrided sample was included for comparison. All these conditions were characterised by means of AFM, nanohardness, SEM, and scratch test.
The duplex technology applied to CoCrMo orthopaedic alloy allows for a significant increase of the adhesion of the PAPVD coatings and the improvement of the load carrying capacity of the CoCrMo orthopaedic alloy.

Streszczenie

Artykuł dotyczy oceny mechanicznych właściwości kompozytu warstwa azotowana/powłoka PVD utworzonego na stopie ortopedycznym CoCrMo stosowanym w aplikacjach biotribologicznych.
Przeprowadzono optymalizację procesu azotowania dla potencjału azotowego wynoszącego (p(N2/H2) = 1,0, 1,5, 2,0, 2,5 i 3,0). Dla uzyskanych warstw azotowanych wykonano pomiary modułu elastyczności i nanotwardości. W celu oceny grubości i jednorodności uzyskanych warstw wykonano obserwacje mikroskopowe (SEM) przekrojów poprzecznych. Zmiany chropowatości powierzchni zostały ocenione za pomcą stereometrycznych parametrów mierzonych z wykorzystaniem mikroskopii sił atomowych (AFM), natomiast zmiany składu fazowego za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Uzyskane wyniki wskazały, że najkorzystniejsze właściwości warstwy wierzchniej uzyskano dla potencjału p(N2/H2), wynoszącego 2,5. Dokonano oceny wpływu azotowania podłoża na adhezję powłoki CrN oraz (TiN/CrN)x3 osadzanych metodą PAPVD z wykorzystaniem technik AFM, nanotwardościomierza, SEM oraz scratchtestu. Wykazano, że technologia duplex stosowana do ortopedycznego stopu CoCrMo pozwala na znaczne zwiększenie adhezji powłok PAPVD oraz poprawę jego właściwości przeciwzużyciowych.
∗ Universidad Autónoma de Nuevo León, FIME-CIDIIT, Av. Universidad S/N, San Nicolás de los Garza, Nuevo León 66450, México.
∗∗ Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, ul. K. Pulaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland.
Tribo-10v41n3_p173.pdf (944.80 Kb)

Streszczenie

Opracowano smary plastyczne na bazie nietoksycznych olejów i zagęszczaczy przeznaczone do stosowania w łożyskach maszyn, w których wskazane jest stosowanie nietoksycznych środków smarowych. Poprzez eksperyment tribologiczny prowadzony w warunkach stałego obciążenia węzła tarcia i w warunkach zacierania dokonano doboru ilości nieorganicznego dodatku modyfikującego właściwości smarne.
Z zastosowaniem techniki EDS zbadano skład warstwy wierzchniej śladu tarcia. Stwierdzono jedynie zwiększoną obecność węgla i tlenu w odniesieniu do materiału węzła tarcia. Możemy przypuszczać, że tworzące się węgliki i tlenki modyfikują warstwę wierzchnią czyniąc ją bardziej odporną na procesy zacierania i zużycia.
Na podstawie uzyskanych wyników wytypowano skład bezpiecznego ekologicznie smaru plastycznego, który można stosować jako skuteczny zamiennik komercyjnego smaru łożyskowego.

Summary

Greases based on non-toxic oils and additives were developed for use in machinery bearings in which the use of non-toxic lubricants is desirable. Tribological experiments conducted under conditions of constant load of the friction couple as well as scuffing conditions de- termined the amount of inorganic lubricant additive used.
Energy dispersive spectrometry (EDS) was used to examine the composition of the surface layer of wear scars. An increased amount of carbon and oxygen was observed as compared to the friction couple material. We can assume that formed carbides and oxides modify the surface layer making it more resistant against wear and scuffing.
Based on the obtained results, a composition of ecologically safe grease was selected. It can be used as an efficient substitute for commercial bearing grease.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułskiego 6/10, 26-600 Radom.
Tribo-10v41n3_p187.pdf (181.12 Kb)

Summary

One of the known solutions of thrust bearings for heavy machines is a hybrid slide axial bearing composed of a set of bearing pads supported on sets of compression springs. During operation of such a system, a series of failures have been observed. The failures were caused by inappropriate parameters of the supporting springs and the appearance of an adverse system of forces acting on the bearing pad.
The paper presents the results of experiments in which pressure distribution in a bearing interspace of a model hydrostatic thrust bearing was measured. The research goal was to verify an earlier formulated quantitative model, describing the conditions at which the mentioned failure occurred. The results of the experiment confirm the legitimacy of the proposed model.

Streszczenie

Jednym ze stosowanych rozwiązań łożyskowania wzdłużnego ciężkich maszyn jest łożyskowanie w hybrydowym ślizgowym łożysku wzdłużnym, złożonym z segmentów wspartych na elementach sprężystych. W trakcie eksploatacji takiego układu zaobserwowano szereg awarii, polegających na niezamierzonym metalicznym kontakcie powierzchni ślizgowych. Awarie były spowodowane niewłaściwymi parametrami sprężyn wspierających segmenty i wystąpieniem niekorzystnego układu sił działających na segmenty łożyska.
W pracy zaprezentowano wyniki badań stanowiskowych rozkładu ciśnienia w szczelinie smarnej modelu hydrostatycznego łożyska wzdłużnego. Badania służyły weryfikacji, sformułowanego wcześniej, modelu jakościowego opisującego warunki wystąpienia opisanej awarii. Wyniki badań potwierdzają słuszność zaproponowanego modelu.
∗ AGH University of Science and Technology, Department of Machine Design and Terotechnology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, e-mail: ,
Tribo-10v41n3_p199.pdf (302.97 Kb)

Streszczenie

Określono kryteria oceny właściwości przeciwzużyciowych i przeciwzatarciowych produktów otrzymanych w wyniku oczyszczania odpadów porafinacyjnych i modelowych kompozycji (na bazie poli-α-olefin i poliestrów) smarnych z ich udziałem. Kryteria te posłużyły do wytypowania najefektywniejszych dodatków do ekologicznych baz olejowych. Stwierdzono, że naefektywniejszym, spośród otrzymanych produktów, dodatkiem smarnym jest produkt otrzymany w wyniku oczyszczania szlamów porafinacyjnych (PL4).

Summary

It has been determined that the criteria for the evaluation of antiwear (AW) and extreme-pressure (EP) properties of products obtained from post refining wastes and model lubricants (based on poly-α-olefines and esters) containing these products as additives. These criteria were used to designate the most effective additives to ecological base oils. It has been concluded that the most effective additive was a product obtained from post-refining slimes.
∗ Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom.
Tribo-10v41n3_p209.pdf (181.97 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono przeprowadzone badania tribologiczne wybranego skojarzenia żeliwo–stal. Zaprezentowano w tym celu zbudowane stanowisko badawcze oraz jego oprzyrządowanie pomiarowe. Scharakteryzowano sposób przygotowania próbek do badań oraz przeprowadzone eksperymenty badawcze. Omówiono zastosowaną oryginalną metodykę badań sprowadzającą się do pomiaru momentu skręcającego, przemieszczenia kątowego jako drogi tarcia i siły docisku próbki. Umożliwiło to wyznaczenie pozostałych parametrów i charakterystyk badanego procesu tarcia. Zamieszczono wyniki oraz przykłady uzyskanych z badań charakterystyk tarciowych. Sprecyzowano sposób wyznaczania wartości kinetycznego i statycznego współczynnika tarcia dla badanego skojarzenia żeliwo–stal.

Summary

The paper presents tribological tests of the pair cast iron-steel. The structure of the test stand and measurement equipment is presented. The method of sample preparation and experiments are described.
The original procedure has been applied in tests based on measurement of the torsion moment and the angle movement as the friction path and the pressure load on the sample. It made it possible to determine other parameters and characteristics of the friction process. Results and examples of friction characteristics are presented.
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, tel. (012) 617 31 25, e-mail:
∗∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Metrologii, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, (012) 617 28 28, e-mail:
Tribo-10v41n3_p219.pdf (4.14 Mb)

Summary

In this paper we show the method of solving the lubrication problem occurring in cylindrical micro-bearing gap. Oil velocity components, hydrodynamic pressure and friction forces are derived. We assume complete visco-elastic non-Newtonian lubricant directly near the cooperating surfaces. Viscoelastic oil properties are described by means of Rivlin-Ericksen constitutive relations. Up to now the influences of complete visco-elastic non-Newtonian oil on the pressure and friction forces in cylindrical micro-bearing gap were not considered in analytical way. Paper elaborates analytical formulae for velocity components, pressure distributions, friction forces in cylindrical microbearings.

Streszczenie

Ze względu na bardzo małą wysokość szczeliny mikrołożyska, jak również bardzo małą grubość warstwy smarującej w mikrołożyskach ślizgowych mamy do czynienia z wpływem parametrów mechanicznych warstwy wierzchniej na wartość lepkości dynamicznej czynnika smarującego. Ten wpływ ujawnia się poprzez rozbudowane i zmodyfikowane związki konstytutywne o modelu Rivlina-Ericksena.
Związki takie wprowadzone do równań ruchu cieczy smarującej wzbogacają te równania o nowe człony, które nie ulegają pominięciu po dokonaniu typowych uproszczeń łożyskowej warstwy granicznej i są związane z liczbami Deboraha, które w rozpatrywanych przypadkach nie są małe. Uwzględnienie tych członów o charakterze lepkosprężystym związanych z wpływem parametrów mechanicznych warstwy wierzchniej na lepkość czynnika smarującego przy rozwiązaniu hydrodynamicznego smarowania mikrołożysk ślizgowych został przedstawiony w pracy [L. 4].
Specyfika i odrębność warunków brzegowych w mikrołożyskach ślizgowych w porównaniu z warunkami brzegowymi aplikowanymi w klasycznym hydrodynamicznym smarowaniu polega na uwzględnieniu wpływu właściwości mechanicznych warstwy wierzchniej na przepływ czynnika smarującego w bardzo cienkiej warstewce filmu o wartościach poniżej jednego mikrometra.
∗ Technical University of Koszalin, Institute of Mechatronics, Nanotechnology and Medical Bioengineering, PL 75-620 Koszalin, ul. Racławicka 15-17, Poland; .
Tribo-10v41n3_p231.pdf (229.35 Kb)

Streszczenie

Procesy adhezyjne lub mechanizmy tribologiczne są interesujące z wielu powodów. Biologiczne mechanizmy kontaktowe pomagają w zrozumieniu zasad funkcjonowania wielu technicznych adhezyjnych urządzeń.
Zbadanie biologicznych stykowych powierzchni stało się źródłem rozwoju idei twórczych w zakresie przemysłowych zastosowań powierzchni samo-oczyszczających się. Na przykład powierzchnie samooczyszczające są bardzo pożądane w zbiornikach do magazynowania olejów, smarów, farb. Ponadto powierzchnie lemieszy pługa powinny też posiadać własność samooczyszczania się od pozostałości gleby po orce. Zdolność samooczyszczania powierzchni jest procesem tribologicznym. Powierzchnie hydrofobowe charakteryzują się specyficzną rzeźbą w postaci mikroi nanorowków.
W pracy wyjaśniono mechanizm zanieczyszczenia powierzchni tworzony adhezyjnym wiązania nanoobiektów z rozpatrywanymi powierzchniami na skutek sił Van der Waalsa.

Summary

Adhesive or sticking tribological mechanisms are interesting in several respects. Biological sticking mechanisms may aid in understandding the principles of the functioning of other technical frictional and adhesive mechanisms. Biological sticking surfaces provide a rich source of ideas for the development of industrial applications, such as self cleaning surfaces. For example, the self-cleaning surfaces are very desirable for the internal surfaces of tanks for lubricants in contact with the oil. The shared surfaces of the plough ought to have self-cleaning properties too. Self cleaning-abilities of the surface are known as the hydrophobic properties. Hydrophobic surfaces have specific sculptured shapes with the nano-ridges and nano-grooves.
Particle contaminating surface structures consists, in most cases, of material that is more readily wetted than hydrophobic wax components. Contaminants usually rest on the tips of the surface structures, so that the real contact area between the particles and sculptured surface is minimised. Thus, these particles can be easily removed by water droplets rolling over the surface. In this case, the adhesion between particles and water droplets is greater than between particles and the sculptured surface due to the reduced contact between the particles and surface. Therefore, we have the selfcleaning process of the surface.
∗ Politechnika Koszalińska, Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej, ul. Racławicka 15/17, 75-620 Koszalin, e-mail:
∗ Akademia Morska w Gdyni, ul. Morska 81/87, 81-225 Gdynia, e-mail:
Tribo-10v41n3_p241.pdf (1.15 Mb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wpływ stanu energetycznego warstwy wierzchniej stali 15 na jej zwilżalność aktywnymi i nieaktywnymi powierzchniowo substancjami smarującymi. Stan energetyczny oceniano na podstawie analizy zmian swobodnej energii powierzchniowej obliczanej (metodą dyspersyjno-polarną) w oparciu o pomiary statycznego kąta zwilżania. Zwilżalność charakteryzowano na podstawie obserwacji zmian statycznego kąta zwilżania dla czterech substancji smarujących: oleju parafinowego, oleju Tranself EP, bazy olejowej SN-400 i bazy olejowej SN-400 z dodatkiem Mind M. Stwierdzono, że wzrost swobodnej energii powierzchniowej wpływa na poprawę zwilżalności powierzchni stali wszystkimi substancjami smarującymi. Otrzymane wyniki były najbardziej widoczne dla substancji smarujących z dodatkami przeciwzużyciowymi i przeciwzatarciowymi.

Summary

The influence of energy conditions of steel 15 surface layer on its wettability by surface active and non-active lubricating mediums was presented in this article. Energy conditions were estimated on the basis of the analysis of free surface energy changes calculated (with polar-dispersive method) upon static wetting angle measurement.
Wettability was characterised by the observation of static wetting angle for four lubricating mediums: paraffin oil, Tranself EP oil, and SN-400 oil with and without Mind M additive. It was found that the increase of free surface energy influences the improvement of the wettability of the steel surface by all lubricating mediums. Obtained results were the most evident for lubricating mediums with AW and EP additives.
∗ Politechnika Poznańska, Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań.
Tribo-10v41n3_p251.pdf (230.65 Kb)

Streszczenie

Amorficzne uwodornione warstwy na bazie krzemu i węgla a-Si:C:H pełnią rolę warstw antyrefleksyjnych w ogniwach fotowoltaicznych. Warstwy o grubości rzędu 100 nm zostały osadzone niskotemperaturową techniką PECVD na podłożach z krzemu monokrystalicznego i multikrystalicznego. Analiza składu chemicznego metodą spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni FTIR potwierdza obecność dużej ilości wiązań wodorowych w strukturze warstw. Przyczepność warstw do obydwu typów podłoży określono na podstawie testów zarysowania. Odporność na zużycie wyznaczono w teście tribologicznym w styku kula Al2O3–tarcza. Nałożenie warstwy a-Si:C:H obniża współczynnik tarcia do ok. 0,1 i zwiększa odporność na zużycie ok. 4 razy w stosunku do krzemu monokrystalicznego bez powłoki i w mniejszym stopniu w stosunku do krzemu multikrystalicznego.

Summary

The amorphous hydrogenated silicon–carbon (a-Si:C:H) layers have been applied as the antireflective coating (ARC) in solar cells. The layers of 100 nm thickness were obtained on multi-crystalline (multi Si) and mono-crystalline (mono-Si) silicon substrates by the PECVD method. Microscopic analyses (SEM) of a-Si:C:H on mono-Si confirm the homogeneity of the layer and the uniformity and flatness of their surfaces. The FTIR data indicate that the a-Si:C:H layers are hydrogen rich. Hydrogen present in the layers may have passive defects in multi-Si. The adherence of the layers to the both substrates was examined by a scratch test. The resistance to abrasion was determined in ball-on-disc tests. The wear resistance and friction coefficient of these layers are dependent on the geometrical structure of the silicon wafers surface.
The a-Si:C:H layers considerably increase (4 times) the wear resistance of the mono-crystalline silicon substrates and slightly the multi-crystalline silicon one. As they exhibit antiwear properties, they may also be applied as a protective layer for silicon solar cells.
∗ Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Akademia Górniczo-Hutnicza, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków.
∗∗ Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki, Akademia Górniczo-Hutnicza, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków.
Tribo-10v41n3_p263.pdf (720.74 Kb)