Analiza deformacji falowych cienkich powłok w ślizgowym styku skoncentrowanym

• Autorzy: Zimowski S. , Rakowski W.

Warianty tytułu

EN

Analysis of the wave deformation of thin coatings in sliding point contact

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono analizę falowego charakteru deformacji toru tarcia w styku skoncentrowanym. Przedmiotem badań była kompozytowa powłoka niklowo-molibdenowa wzmocniona cząstkami tlenku glinu (Ni-Mo/Al₂O₃) o grubości ok. 5,6 µm, którą osadzono metodą elektrochemiczną na stalowym podłożu. Właściwości tribologiczne powłoki wyznaczono z użyciem tribotestera typu kula–tarcza w styku niesmarowanym z kulką Al₂O₃ o średnicy 1 mm. Współczynnik tarcia wynosił ok. 0,2, a po zniszczeniu powłoki gwałtownie zwiększał się, aż do wartości około 0,8. Powłoka ma dobrą adhezję do podłoża, a jej niszczenie w teście zarysowania polegało na pękaniu o charakterze kohezyjnym przy obciążeniu ok. 21 N. Twardość powłoki równą 6,9 GPa i moduł Younga 183 GPa wyznaczono metodą instrumentalną. W celu wnioskowania o zjawiskach zachodzących w mikroobszarach styku zmierzono geometrię bruzdy profilometrem stykowym oraz przeprowadzono analizę mikrostruktury jej powierzchni, stosując różne techniki. W oparciu o mechanikę kontaktu przedstawiono próbę interpretacji mechanizmu tworzenia charakterystycznego, cyklicznie powtarzającego się wzoru stereometrycznego, powstałego w bruździe. Potwierdzono wpływ parametrów kinematycznych testu tribologicznego na zjawisko falowego odkształcania warstw przypowierzchniowych oraz ostateczną formę deformacji, cyklicznie powtarzających się zagłębień w kształcie połowy kropli.

EN

This paper presents an analysis of the wave deformation nature of the friction track in a sliding point contact. The object of this study was a composite nickel-molybdenum coating reinforced by the particles of aluminium oxide (Ni-Mo/Al₂O₃) with a thickness of about 5.6 µm, which was deposited by an electrochemical method on a steel substrate. Tribological properties of the coatings were determined in a nonlubricated contact with an alumina ball of 1 mm diameter. The coating has good adhesion to the substrate, and its destruction in the scratch test consisted of a cohesive cracking at a load of about 21 N. The hardness of the coating equalled 6.9 GPa, and a Young's modulus of 183 GPa was determined by instrumental method. In order to explain the phenomena occurring in the microareas of the contact, the groove geometry was measured using a profilometer, and the microstructure analysis of its surface was performed using different techniques. Based on the contact mechanics, an attempt to interpret the formation mechanism of the characteristic, cyclically repeating, stereometric shape formed in a groove was performed. The impact of kinematic parameters of tribological tests on the phenomenon of wave deformation of subsurface layers as well as the final form of the deformation (the cyclically recurring pits with the shape of half a drop) was confirmed.

Słowa kluczowe

PL

powłoka; styk skoncentrowany; tarcie; geometria bruzdy

EN

coating; point contact; friction; shape of groove

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2012
• Tom: nr 5
• Strony: 243--250
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zimowski S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Rakowski W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Kragelsky L.V., Dobychin M.N., Kombalov V.S.: Friction and wear. Pergamon Press, Oxford 1982.
• 2. Zimowski S., Rakowski W., Major Ł.: Obciążenie graniczne powłok wielowarstwowych TiN/CrN w styku tribologicznym kula-tarcza. Tribologia 40, nr 4, 2009, s. 275-284.
• 3. Holmberg K., Ronkainen H., Laukkanen A., Wallin K.: Friction and wear of coated surfaces - scales, modelling and simulation of tribomechanisms. Surface and Coatings Technology 202 (2007), p. 1034-1049.
• 4. Zimowski S., Rakowski W.: Eksperymentalna i teoretyczna analiza zużycia cienkich powłok ceramicznych w styku tribologicznym. Tribologia 42, nr 4, 2011, s. 263-270.
• 5. Zimowski S., Rakowski W., Grzonka J.: Titanium nitride with silicon additions for tribological applications. Surface and Interface Analysis 2010, 42, 1364.
• 6. Lackner J.M., Major L., Kot M.: Microscale interpretation of tribological phenomena in Ti-TiN soft-hard multilayer coatings on soft austenite steel substrates, Biulletin of Polish Academy of Sciences. Technical Sciences, Vol. 59/3 (2011) 343-355.
• 7. Hiraoka N., Yamane E.: A Study on the Mechanism of Generating Wear Track Grooves. Tribology Letters (2011) 41:479-484.
• 8. Johnson K. L.: Contact Mechanics. Cambridge: Cambridge University Press, 1985.
• 9. Martinez E. et al.: Nanoindentation stress-strain curves as a method for thin-film complete mechanical characterization. Appl. Phys. A 77 (2003), 419-426.
• 10. Menčík J.: Determination of mechanical properties by instrumented indentation. Meccanica (2007) 42:19-29.