Effects of a graphene-enhanced lubricant on the performance of a tribosystem

• Autorzy: Ozimina Dariusz , Madej Monika , Desaniuk Tomasz , Żółty Magdalena , Kulczycki Andrzej

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku grafenu w olejach smarowych na właściwości systemów tribologicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to determine how the presence of graphene in a lubricant (SN-500) affects the behaviour of a tribosystem. The tribological tests were conducted in lubricated, boundary lubricated, and dry sliding friction conditions using a tribometer with the pin and disc made of 100Cr6 steel. The pin and disc wear was monitored using the acoustic emission method. SpectraPLUS was employed to analyse the sampled signals written in the 16-bit linear pulse-code modulation format. Sound level measurements required applying an A-weighting filter and then 1/1 and 1/3 octave filters. The microstructural observations of the pin and disc that followed the tribological tests were performed using a scanning electron microscope. The surface texture of both specimens was measured with an optical profiler. Identification of the elements before and after tribological tests was performed using a scanning electron microscope equipped with an EDS X-ray microanalyser. The experimental data show that the most effective performance of the analysed tribosystem was observed in the presence of the graphene-enhanced lubricant.

PL

Celem badania było porównanie wpływu grafenu w olejach smarowych na działanie systemów tribologicznych. Testy tribologiczne zostały zrealizowane na tribometrze TRB3 w ruchu ślizgowym w warunkach tarcia technicznie suchego, ze smarowaniem olejem SN-500 oraz z dodatkiem grafenem. Węzeł tarcia stanowiła próbka i przeciwpróbka wykonane ze stali 100Cr6. Dźwięk został zarejestrowany w standardzie Linear PCM 16-bit, a następnie poddany analizie w programie SpectraPlus. Dla kolejnych chwil czasu wyznaczono wartości poziomu dźwięku, a także poziomy dźwięku w poszczególnych pasmach oktawowych i 1/3-oktawowych. Obserwacje struktury tarczy i kulki po testach tribologicznych wykonano mikroskopem skaningowym Phenom. Strukturę geometryczną powierzchni obu elementów zbadano za pomocą Profilometru optycznego Leica. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że użycie środka smarowego wpłynęło na zmniejszenie zużycia badanych par tnących w systemach tribologicznych.

Słowa kluczowe

EN

graphene; friction; wear; acoustic emission

PL

olej bazowy; stal 100Cr6; grafen; zużycie; tarcie; pomiar dźwięku

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 2
• Strony: 75--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ozimina Dariusz

• Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology, Poland

autor

Madej Monika

• Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology, Poland

autor

Desaniuk Tomasz

• Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology, Poland

autor

Żółty Magdalena

• Oil and Gas Institute - National Research Institute, Cracow, Poland

autor

Kulczycki Andrzej

• Air Force Institute of Technology, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Gupta T.: Carbon The Black, the Gray and the Transparent. Switzerland: Cham, Springer Nature, Springer Intern. Publ. AG., 2018.
• 2. Bhowmick S., Yang Z., Banerji A., Alpas T.A.: Effect of Graphene Nanoplates Dispersed in Ethanol on Frictional Behaviour of Tool Steel Running Against Uncoated and DLC-Coated Tool Steel. Tribology Letters, 2019, 67, pp. 32-44.
• 3. Berman D., Erdemir A., Sumant A.V.: Graphene: a new emerging lubricant. Mater. Today, 2014, 17(1), pp. 31-42.
• 4. Lin J.S., Wang L.W., Chen G.H.: Modification of graphene platelets and their tribological properties as a lubricant additive. Tribology Letters, 2011, 41(1), pp. 209-215.
• 5. Berman D., Deshmukh S.A., Sankaranarayanan S.K.R.S., Erdemir A., Sumant A.V.: Extraordinary macroscale wear resistance of one atom thick graphene layer. Adv. Funct. Mater., 2014, 24(42), pp. 6640-6646.
• 6. Peng Y., Wang Z., Zou K.: Friction and wear properties of different types of graphene nanosheets as effective solid lubricants. Langmuir, 2015, 31(28), pp. 7782-7791.
• 7. Mungse H.P., Kumar N., Khatri O.P.: Synthesis, dispersion and lubrication potential of basal plane functionalized alkylated graphene nanosheets. RSC Adv., 2015, 5(32), pp. 25565-25571.
• 8. Fan X.Q., Xia Y.Q., Wang L.P., Li W.: Multilayer graphene as a lubricating additive in bentone grease. Tribology Letters, 2014, 55(3), pp. 455-464.
• 9. Ozimina D.: Metody oceny oddziaływań tribochemicznych dodatków przeciwtarciowych. Metrologia i Systemy Pomiarowe, 2000, 7(1), pp. 73-87 [in Polish].
• 10. Szczerek M.: Metodologiczne problemy systematyzacji eksperymentalnych badań tribologicznych. Radom: ITeE, 1997 [in Polish].
• 11. Totten G.E.: Handbook of Lubrication and Tribology. Boca Raton, London, New York: CRC Press Taylor & Francis Group, 2006.
• 12. Wieczorowski M.: Wykorzystanie analizy topograficznej w pomiarach nierówności powierzchni. Poznań:Wyd. Politechnika Poznańska, 2009 [in Polish].
• 13. ISO 9612:2009, Acoustics – Determination of occupational noise exposure - Engineering method.
• 14. Kajdas Cz., Kulczycki A., Ozimina D.: A new concept of the mechanism of tribocatalytic reactions induced by mechanical force. Tribology International, 2017, 107, pp. 144-151.
• 15. Rudnick L.R.: Lubricant Additives: Chemistry and Applications. Boca Raton, Londyn, New York: CRC Press Taylor & Francis Group, 2017.
• 16. Orlen Oil: Datasheet of the base oil SN-500. [Online]. 2019. [Accessed 30 April 2019]. Available from: http://www.orlenoil.pl/PL/NaszaOferta/Produkty/Strony/produkt.aspx?produkt=OLEJBAZOWY-SN-500.aspx
• 17. Lindos Electronics: Description of the characteristics used for sound measurements. [Online]. 2019. [Accessed 30 April 2019]. Available from: www.lindos.co.uk/cgi-bin/FlexiData.cgi?SO URCE=Articles&VIEW=full&id=2 – 06.2019

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).