Influence of Surface Roughness on Tribological Properties of HS6-5-2C Steel with an ALTiN Coating

• Autorzy: Kowalczyk Joanna , Madej Monika , Kowalski Marcin

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.4656

Warianty tytułu

PL

Wpływ chropowatości powierzchni na właściwości tribologiczne stali HS6-5-2C z powłoką ALTiN

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article defines the effect of surface roughness on a selection of tribological properties of systems with AlTiN coatings. Friction-wear tests were carried out on a tribological tester, which operates as a sphere and disc assembly in a frictional, sliding motion. The tests were conducted under a load of 10 N over a friction distance of 1,000 m. Steel discs made of HS6-5-2C with an AlTiN coating and steel balls made of 100Cr6 were used for the test Trials were carried out under lubrication conditions with polyalphaolefin oil PAO 8 and polyalphaolefin oil containing 1.5% zinc dialkyldithiophosphate (ZDDP). The chemical composition of the AlTiN coating was studied using a scanning electron microscope, and the wear marks on the discs and spheres were observed. The geometric structure of the samples was analysed before and after the geometric structure of the samples using a interferometer, and after tribological tests. Research has shown that surface roughness affects tribological properties. For samples with a higher surface roughness (Sa = 0.61 µm) – unpolished discs – lower linear wear values were obtained than for polished discs (Sa = 0.08 µm). After the introduction of the PAO 8 additive with ZDDP, a reduction in linear wear of 33% and 24% was observed for both polished and unpolished surfaces, respectively.

PL

W artykule określono wpływ chropowatości powierzchni na wybrane właściwości tribologiczne systemów z powłokami AlTiN. Badania tarciowo-zużyciowe przeprowadzono na testerze tribologicznym pracującym w skojarzeniu trącym kula–tarcza w ruchu ślizgowym. Testy wykonano przy obciążeniu 10 N na drodze tarcia równej 1000 m. Do badań użyto tarcze ze stali HS6-5-2C z naniesioną powłoką AlTiN i kule ze stali 100Cr6. Testy przeprowadzono w warunkach smarowania olejem poli(α)olefinowym PAO 8 oraz olejem poli(α)olefinowym z dodatkiem 1,5% dialkiloditiofosforanu cynku ZDDP. Za pomocą mikroskopu skaningowego zbadano skład chemiczny powłoki AlTiN, a także obserwowano ślady wytarcia na tarczach i kulach. Przy użyciu mikroskopu konfokalnego z trybem interferometrycznym dokonano analizy struktury geometrycznej próbek przed oraz po testach tribologicznych. Uzyskane wyniki badań wyskazały, że chropowatość powierzchni ma wpływ na właściwości tribologiczne. Dla próbek o większej chropowatości powierzchni (Sa = 0,61 µm) – tarcz niepolerowanych – uzyskano mniejsze wartości zużycia liniowego niż dla tarcz polerowanych (Sa = 0,08 µm). Po wprowadzeniu do PAO 8 dodatku ZDDP zaobserwowano spadek zużycia liniowego zarówno dla polerowanej i niepolerowanej powierzchni odpowiednio o 33% oraz 24%.

Słowa kluczowe

EN

roughness; AlTiN coating; PAO 8; ZDDP; wear

PL

chropowatość; powłoka AlTiN; PAO 8; ZDDP; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 1
• Strony: 67--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Kowalczyk Joanna

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 Ave., 25-314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4641-0032

autor

Madej Monika

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 Ave., 25-314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9892-9181

autor

Kowalski Marcin

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry, Ignacego Łukasiewicza 17 Ave., 09-400 Płock, Poland.

• https://orcid.org/0000-0002-5380-573X

Bibliografia

• 1. Fan Q.-X., Wang T.-G., Liu Y.-M., Wu Z.-H., Zhang T., Li T., Yang Z.-B.: Microstructure and Corrosion Resistance of the AlTiN Coating Deposited by Arc Ion Plating, Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 2016, 29(12), pp. 1119–1126.
• 2. He Q., DePaiva J.M., Kohlscheen J., Veldhuis S.C.: Analysis of the Performance of PVD AlTiN Coating with Five Different Al/Ti Ratios during the High-Speed Turning of Stainless Steel 304 under Dry and Wet Cooling Conditions, Wear, 2022, 492–493, p. 204213.
• 3. Sivaprakasam P., Elias G., Prabu P.M., Balasubramani P.: Experimental Investigations on Wear Properties of AlTiN Coated 316LVM Stainless Steel, Materials Today: Proceedings, 2020, 33, pp. 3470–3474.
• 4. Szala M., Walczak, M., Pasierbiewicz, K., Kamiński, M.: Cavitation Erosion and Sliding Wear Mechanisms of AlTiN and TiAlN Films Deposited on Stainless Steel Substrate, Coatings, 2019, 9(5).
• 5. Kowalczyk J., Madej M., Ozimina D.: Evaluation of the effects of ZDDP and graphene additives in PAO 8 oil on the tribological properties of TiAlN coating, Tribologia, 2023, (2), pp. 35–44.
• 6. Płaza S., Margielewski L., Celichowski G.: Wstęp do tribologii i tribochemia, Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2005.
• 7. Kowalczyk J., Kulczycki A., Madej M., Ozimina D.: Effect of ZDDP and Fullerenes Added to PAO 8 Lubricant on Tribological Properties of the Surface Layer of Steel Bate Steel and W-DLC Coating, Tribologia, 2022, (1), pp. 19–32.
• 8. Zhang Z., Yamaguchi E.S., Kasrai M., Bancroft G.M., Liu X., Fleet M.E.: Tribofilms Generated from ZDDP and DDP on Steel Surfaces: Part 2, Chemistry, Tribology Letters, 2005, 19(3), pp. 221–229.
• 9. Koszela W., Gałda L., Dzierwa A., Pawlus P., Sęp J.: Wpływ kieszeni smarowych na zatarcie pary ciernej stal–brąz, Tribologia, 2009, (3), pp. 51–58.
• 10. Xiaowei L., Suyuan Y., Xuanyu S., Shuyan H.: The Influence of Roughness on Tribological Properties of Nuclear Grade Graphite, Journal of Nuclear Materials, 2006, 350(1), pp. 74–82.
• 11. Zabala N.A., Castro P.A., Tuckart W.R.: Influence of Roughness on the Tribological Behavior of a Steel-Steel Couple Lubricated with Thread Compound, Latin American Applied Research, 2019, 49, pp. 193–200.
• 12. Nowakowski L., Miko E.: Models for Prediction of Ra Roughness Parameters of Milled Surfaces, Mechanik, 2015, p. 721/082-721/090.
• 13. Orman Ł.J., Radek N., Pietraszek J., Wojtkowiak J., Szczepaniak M.: Laser Treatment of Surfaces for Pool Boiling Heat Transfer Enhancement, Materials, 2023, 16(4).
• 14. Sedlaček M., Podgornik B., Vižintin J.: Influence of Surface Preparation on Roughness Parameters, Friction and Wear, Wear, 2009, 266(3), pp. 482–487.
• 15. Cverna F., Conti P.: ASM International Materials Properties Database Committee, 2006, Worldwide Guide to Equivalent Irons and Steels, ASM International Materials Park, Ohio, Materials Park, Ohio.
• 16. Https://www.Oerlikon.Com/Balzers/Pl/Pl/Portfolio/Rozwiazania-Powierzchniowe-Balzers/Powloki Na-Bazie-Pvd-i-Pacvd/Balinit/Na-Bazie-Tialn/Balinit-Latuma/?Tab=specyfikacja_5.
• 17. Dai J., Chen P., Chu X., Xu B., Su S.: Comparison between NIR, FT-IR and Raman for Quantitative Analysis of the Conversion of Poly Alpha Oil (PAO), Vibrational Spectroscopy, 2022, 123, p. 103452.
• 18. Zolper T., Li Z., Chen C., Jungk M., Marks T., Chung Y.-W., Wang Q.: Lubrication Properties of Polyalphaolefin and Polysiloxane Lubricants: Molecular Structure – Tribology Relationships. Tribology Letters, 2012, 48, pp. 355–365.
• 19. Niemczewska-Wójcik M.: Dualny system charakteryzowania powierzchni technologicznej i eksploatacyjnej warstwy wierzchniej elementów trących, Wydawnictwo Naukowe ITE – PIB, Radom 2018.
• 20. Kowalczyk J., Milewski K., Kałdoński T.J.: Biodegradowalne ciecze chłodząco-smarujące w systemach tribotechnologicznych z elementami stalowymi, Obróbka metalu, 2015, 2, pp. 29–3.