Interaction of novel lubricant additives based on MoS2 nanotubes with non-ferrous tribological materials

• Autorzy: Tomala A. M. , Michalczewski R. , Osuch-Słomka E.

Warianty tytułu

PL

Oddziaływania nowoczesnych dodatków smarnościowych w formie nanorurek MoS2 w oleju z nieżelaznymi powierzchniami trącymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

MoS2 nanotubes (NTs) are novel lubricant additives reducing friction and wear of mechanical components made of steel. Nowadays, non-ferrous surfaces are becoming more widely used, mainly as multifunctional coatings working in configuration with a steel pair. As a consequence, the purpose of this work is to reveal the interaction mechanism of nanoparticles with coated elements in lubricated contacts that are essential in future lubrication technologies. The tribological properties were investigated using a reciprocating sliding testing machine in a steel-ball-on-coated-disc configuration. For tribological studies, two commercially available coatings were selected: WC/C and DLC coating. Frictional results show only slight improvement for lubricant blends containing MoS2 nanotubes with selected coatings, and wear tracks are surprisingly very extensive when compare to oils with additives. Generally, the presence of coating in any tribological test configurations diminish the effectiveness of MoS2 NTs when compare to steel/steel contact. Chemical analytics show that interaction mechanisms of the nanotubes and surface changes, depending on the coating material, have the ability to form a chemically derived tribofilm.

PL

Nanorurki MoS2 są innowacyjnym dodatkiem do środków smarowych redukującym tarcie oraz zużycie stalowych elementów maszyn. Mechanizm ich działania w skojarzeniach elementów stalowych jest stosunkowo dobrze poznany i opisany. Obecnie coraz częściej na elementy maszyn stosowane są materiały nieżelazne, w tym niskotarciowe cienkie powłoki przeciwużyciowe. Brak obecności tlenków żelaza na powierzchniach trących determinuje zmianę charakteru oddziaływania nanocząsek z powierzchnią. Celem pracy jest opis oddziaływania środków smarowych z dodatkiem nanocząsteczek MoS2 w skojarzeniach tribologicznych z powierzchniami elementów pokrytych powłokami typu DLC. Badania tribologiczne zostały zrealizowane z wykorzystaniem stanowiska SRV pracującego w warunkach ruchu oscylacyjnego, w którym węzeł tarcia stanowi stalowa kulka oraz tarcza pokryta powłoką niskotarciową. W badaniach stosowano powłoki typu WC/C i DLC. Stwierdzono, że zastosowanie niskotarciowych powłok na tarczach zmniejszyło efektywność działania nanorurek MoS2 w porównaniu ze skojarzeniem elementów stalowych bez powłoki. Odnotowano nieznaczną poprawę współczynnika tarcia dla skojarzeń smarowanych olejem zawierających nanorurki MoS2, jednakże zużycie elementów trących było znacznie większe niż uzyskiwane dla olejów bez dodatku nanorurek. Analiza chemiczna wykazała, że mechanizmy oddziaływania nanorurek i materiału powierzchni tarcia zmieniają się w zależności od materiału elementów trących, biorącego udział tworzeniu tribochemicznej warstwy granicznej.

Słowa kluczowe

EN

Nanoparticles; MoS2 nanotubes; Additives; Tribofilm; Friction; Wear

PL

naonocząsteczki; nanorurki MoS2; dodatki uszlachetniające; tribo-chemiczna warstwa graniczna; tarcie; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 4
• Strony: 127--135
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Tomala A. M.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, 26-600 Radom, Poland, ul. Pułaskiego 6/10
• AC2T research GmbH, 2700 Wiener Neustadt, Austria

autor

Michalczewski R.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, 26-600 Radom, Poland, ul. Pułaskiego 6/10

autor

Osuch-Słomka E.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, 26-600 Radom, Poland, ul. Pułaskiego 6/10

Bibliografia

• 1. Holmberg K., Ronkainen H., Laukkanen A., Wallin K.: Friction and wear of coated surfaces – scales, modeling and simulation of tribomechanisms, Surf. Coatings Technol., 2007, vol. 202, no. 4–7, pp. 1034–1049.
• 2. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszynski W., Antonov M.: The Rolling Contact Fatigue of PVD Coated Spur Gears, in Engineering Materials and Tribology, 2013, vol. 527, pp. 77–82.
• 3. Kalin M., Velkavrh I., Vižintin J., Ožbolt L.: Review of boundary lubrication mechanisms of DLC coatings used in mechanical applications, Meccanica, 2008, vol. 43, no. 6, pp. 623–637.
• 4. Tenne R., Margulis L., Genut M., Hodes G.: Polyhedral and cylindrical structures of tungsten disulphide, Nature, Dec. 1992, vol. 360, no. 6403, pp. 444–446.
• 5. Martin J. M., Donnet C., Le Mogne T., Epicier T.: Superlubricity of molybdenum disulphide, Phys. Rev. B, Oct. 1993, vol. 48, no. 14, pp. 10583–10586.
• 6. Lahouij I., Vacher B., Martin J. M., Dassenoy F.: IF-MoS2 based lubricants: Influence of size, shape and crystal structure, Wear, 2012, vol. 296, pp. 558–567.
• 7. Kogovšek J., Remškar M., Kalin M.: Lubrication of DLC-coated surfaces with MoS2 nanotubes in all lubrication regimes: Surface roughness and running-in effects, Wear, 2013, vol. 303, no. 1–2, pp. 361–370.
• 8. Tannous J., Dassenoy F., Lahouij I., Le Mogne T., Vacher B., Bruhács A., Tremel W.: Understanding the tribochemical mechanisms of IF-MoS2 nanoparticles under boundary lubrication, Tribol. Lett., 2011, vol. 41, no. 1, pp. 55–64.
• 9. Kalin M., Kogovšek J., Kovač J., Remškar M.: The Formation of Tribofilms of MoS2 Nanotubes on Steel and DLC-Coated Surfaces, Tribol. Lett., 2014, vol. 55, no. 3, pp. 381–391.
• 10. Remškar M., Viršek M., Mrzel A.: The MoS2 nanotube hybrids,Appl. Phys. Lett., 2009, vol. 95, no. 13, pp. 2–4.
• 11. Tomala A., Ripoll M. R., Gabler C., Remškar M., Kalin M.: Interactions between MoS2 nanotubes and conventional additives in model oils, Tribol. Int., 2017, vol. 110.
• 12. Tomala A., Vengudusamy B., Rodríguez M. Ripoll, Naveira A. Suarez, Remškar M., Rosentsveig R.: Interaction between selected MoS2 nanoparticles and ZDDP tribofilms Tribol. Lett., 2015, vol. 59, no. 1.
• 13. Leach R.: Characterisation of areal surface texture, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013.
• 1. Holmberg K., Ronkainen H., Laukkanen A., Wallin K.: Friction and wear of coated surfaces – scales, modeling and simulation of tribomechanisms, Surf. Coatings Technol., 2007, vol. 202, no. 4–7, pp. 1034–1049.
• 2. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszynski W., Antonov M.: The Rolling Contact Fatigue of PVD Coated Spur Gears, in Engineering Materials and Tribology, 2013, vol. 527, pp. 77–82.
• 3. Kalin M., Velkavrh I., Vižintin J., Ožbolt L.: Review of boundary lubrication mechanisms of DLC coatings used in mechanical applications, Meccanica, 2008, vol. 43, no. 6, pp. 623–637.
• 4. Tenne R., Margulis L., Genut M., Hodes G.: Polyhedral and cylindrical structures of tungsten disulphide, Nature, Dec. 1992, vol. 360, no. 6403, pp. 444–446.
• 5. Martin J. M., Donnet C., Le Mogne T., Epicier T.: Superlubricity of molybdenum disulphide, Phys. Rev. B, Oct. 1993, vol. 48, no. 14, pp. 10583–10586.
• 6. Lahouij I., Vacher B., Martin J. M., Dassenoy F.: IF-MoS2 based lubricants: Influence of size, shape and crystal structure, Wear, 2012, vol. 296, pp. 558–567.
• 7. Kogovšek J., Remškar M., Kalin M.: Lubrication of DLC-coated surfaces with MoS2 nanotubes in all lubrication regimes: Surface roughness and running-in effects, Wear, 2013, vol. 303, no. 1–2, pp. 361–370.
• 8. Tannous J., Dassenoy F., Lahouij I., Le Mogne T., Vacher B., Bruhács A., Tremel W.: Understanding the tribochemical mechanisms of IF-MoS2 nanoparticles under boundary lubrication, Tribol. Lett., 2011, vol. 41, no. 1, pp. 55–64.
• 9. Kalin M., Kogovšek J., Kovač J., Remškar M.: The Formation of Tribofilms of MoS2 Nanotubes on Steel and DLC-Coated Surfaces, Tribol. Lett., 2014, vol. 55, no. 3, pp. 381–391.
• 10. Remškar M., Viršek M., Mrzel A.: The MoS2 nanotube hybrids,Appl. Phys. Lett., 2009, vol. 95, no. 13, pp. 2–4.
• 11. Tomala A., Ripoll M. R., Gabler C., Remškar M., Kalin M.: Interactions between MoS2 nanotubes and conventional additives in model oils, Tribol. Int., 2017, vol. 110.
• 12. Tomala A., Vengudusamy B., Rodríguez M. Ripoll, Naveira A. Suarez, Remškar M., Rosentsveig R.: Interaction between selected MoS2 nanoparticles and ZDDP tribofilms Tribol. Lett., 2015, vol. 59, no. 1.
• 13. Leach R.: Characterisation of areal surface texture, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013.

Uwagi

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