Structure and Properties of the Nitrided Layer with Sulfides

Kazimierski, Grzegorz; Stodolny, Jerzy; Lewandowski, Albert; Wróbel, Rafał J.

doi:10.5604/01.3001.0054.4655

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Structure and Properties of the Nitrided Layer with Sulfides

Autorzy

Kazimierski Grzegorz , Stodolny Jerzy , Lewandowski Albert , Wróbel Rafał J.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.4655

Warianty tytułu

Struktura i własności warstwy azotowanej z siarczkami

Języki publikacji

Abstrakty

This study contains a brief overview of sulfur nitriding methods, i.e. a modified version of nitriding. This information is accompanied by the results of our own tests of nitrided and sulfur-nitrided coatings with the addition of MoS₂ in the scope of structure assessment by means of a scanning microscope – SEM/EDS and the results of tribological tests performed under dry friction conditions on the T-05 apparatus for four variants of thermo-chemical treatment. In tribological tests, the degree of wear was observed by measuring the weight loss of both samples and counter-samples, and the beneficial effect of sulfides on reducing wear was indicated, with the sulfur nitriding variant with MoS₂ added being the most advantageous. In this case, the lowest degree of wear was found for the friction pair with a sulfur-nitrogen coating reinforced with MoS₂, which may lead to extending the operating time.

Opracowanie zawiera krótki przegląd metod azotonasiarczania tj. zmodyfikowanej wersji azotowania. Do tych informacji dołączono wyniki własnych badań powłok azotowanych i azotonasiarczanych z dodatkiem MoS₂ w zakresie obejmującym ocenę struktury za pomocą mikroskopu skaningowego – SEM/EDS i wyniki testów tribologicznych wykonanych w warunkach tarcia suchego na aparacie T-05 dla czterech wariantów obróbki cieplno-chemicznej. W testach tribologicznych obserwowano stopień zużycia przez pomiar ubytku wagi zarówno próbek, jak i przeciwpróbek, a także wskazano na korzystny wpływ siarczków na zmniejszenie zużycia, przy czym najkorzystniejszy okazał się wariant azotonasiarczania z dodatkiem MoS₂. W tym przypadku stwierdzono najmniejszy stopień zużycia, co dla pary ciernej z powłoką azotonasiarczaną wzmocnioną dodatkiem MoS₂ oznacza możliwość wydłużenia czasu eksploatacji.

Słowa kluczowe

sulfur nitriding nitriding T-05 dry friction heat treatment SEM/EDS MoS2

azotonasiarczanie azotowanie urządzenie T-05 tarcie suche obróbka cieplna SEM/EDS MoS2

Wydawca

Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich

Czasopismo

Tribologia

Rocznik

2024

Tom

nr 1

Strony

57--66

Opis fizyczny

Bibliogr. 48 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Kazimierski Grzegorz

West Pomeranian Uversity of Technology, 17 Piastów Ave, 70-310 Szczecin, Poland

autor

Stodolny Jerzy

AGH University, Mickiewicza Ave. 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Lewandowski Albert

University of Zielona Góra, 9 Licealna Street, 65-417 Zielona Góra, Poland

https://orcid.org/0000-0003-3870-9448

autor

Wróbel Rafał J.

rafal.wrobel@zut.edu.pl

West Pomeranian University of Technology, 17 Piastów Ave, 70-310 Szczecin, Poland

https://orcid.org/0000-0003-2593-0813

Bibliografia

1. Procede pour obtenir sur les pieces en alliage ferreux une couche superficielle de grande resistance a l’usure. Patent Application No. FR942387.
2. Sposób obróbki cieplno-chemicznej części maszyn stalowych i żeliwnych. Zgłoszenie patentowe nr PL72531.
3. Sposób obróbki cieplno-chemicznej powierzchni metalu, zwłaszcza elementów maszyn narażonych na ścieranie. Zgłoszenie patentowe nr PL106379.
4. Sposób azotonasiarczania gazowego. Zgłoszenie patentowe nr PL100621.
5. Sposób azotonasiarczania części maszyn, zwłaszcza narażonych na ścieranie. Zgłoszenie patentowe nr PL68844.
6. Sposób azotonasiarczania elementów maszyn i narzędzi. Zgłoszenie patentowe nr PL109650.
7. Sposób wytwarzania atmosfery do cyjano i węglonasiarczania części stalowych i żeliwnych. Zgłoszenie patentowe nr PL114314.
8. Sposób gazowego dyfuzyjnego azotonasiarczania żelaza i/lub jego stopów. Zgłoszenie patentowe nr PL127404.
9. Sposób wytwarzania warstw o niskim współczynniku tarcia na powierzchni części maszyn i narzędzi. Zgłoszenie patentowe nr PL149444.
10. Wang H., Xu B., Liu J.: Micro and Nano Sulfide Solid Lubrication, Springer 2012.
11. Wendler B.G.: Low Friction Selflubricating Coatings for Enviromentally Friendly Aviation & Cars, PolSCA Meeting, Enviromentally friendly cars & road vehicles, Brussels, 12.12.2011.
12. Kriulin A.V., Syrov K.Yu.: Gas Sulfocyaniding in Products of Carbamide and Sulfur Pyrolisis. Article translated into English from the journal: Mietałlovienie I Termiczeskaya Obrabotka Metallov, No. 4, pp. 21–25, April, 1982.
13. Two-stage sulfonitriding method and sulfonitrided product. Patent Application No. JPH02270958.
14. Sliding member, and method and apparatus for producing the same by gas sulfonitriding. Patent Application No. US5187017.
15. Process for phosphating steel parts to improve corrosion and wear resistance. Patent Application No. US5389161.
16. Slide Bearing Assembly. Patent Application No. US5490730.
17. Steel member for use under hot or warm conditions and method for producing same. Patent Application No. US5985428.
18. Hard and low friction nitride coatings and methods for forming the same. Patent Application No. US2004131894.
19. Gaseous sulfur nitrogen conitriding process. Patent Application No. CN100999810.
20. Semi-vacuum gas sulfo-nitriding method. Patent Application No. CN101270464.
21. Self-lubricating antifriction composite thin film based on MoS2-TiC-C and preparation method thereof. Patent Application No. CN101921984.
22. High performance composite coating piston ring. Patent Application No. CN202391591.
23. Superhard piston ring of excircle. Patent Application No. CN205532915.
24. Fontalvo G.A., Mitterer C. and Reithofer G.: Tribological Behaviour of Plasma Nitrided and Plasma Sulfonitrided Cold Work Steels, Surface Engineering 2004, Vol. 20, No. 6, pp. 474–479. DOI: 10.1179/174329404X7180.
25. Pietrasik R., Rzepkowski A., Rzepkowski A., Przygoński T., Stodolny J.: Technologia i nowoczesne wyposażenie do procesu azotonasiarczania, XI Seminarium SecoWarwick, Łagów 2007.
26. Larinin D.M., Kleiner L.M., Shatsov A.A., Cherepakhin E.V., Ryaposov I.V.: Sulfonitrocarburizing of Low-Carbon Martensitic Steel 12Kh2G2NMFT. Science and Heat Treatment, Vol. 49, No. 5–6, 2007.
27. Pawlak W., Atraszkiewicz R., Nolbrzak P., Wendler B.: Niskotarciowe powłoki MoS2 (Ti, W) osadzane metodą magnetronową na azotowanej i azotonasiarczanej stali szybkotnącej Vanadis 23, Inżynieria Materiałowa, nr 4/2010, pp. 1157–1161.
28. Lesz S., Kalinowska-Ozgowicz E., Gołombek K., Kleczka M.: Structure and Properties of Surface Layers of Selected Constructional Steels after Sulfonitriding, Archives of Materials Science and Engineering, Vol. 42, March 2010, pp. 21–28.
29. Binienda M., Just P., Komorowski J., Pokrzywa M., Wołowiec E.: Wpływ procesu azotonasiarczania na zmianę wymiarów czopa wału korbowego odlanego metodą lost foamze sferoidyzacją „in mold”. Mechanika – Czasopismo techniczne Politechniki Krakowskiej, 9M/2012, z. 26, pp. 33–39.
30. Sawicki J., Gorecki M., Kaczmarek L., Gawronski Z., Dybowski K., Pietrasik R., Pawlak W.: Increasing the Durability of Pressure Dies by Modern Surface Treatment Methods, Chiang Mai J. Sci. 2013, 40(5), pp. 886–897.
31. Maa G.Z., Xua B.S., Wanga H.D., Lib G.L, Zhangb S.: The low-temperature ion sulfurizing technology and its applications, Physics Procedia 50, 2013, pp. 131–138. DOI: 10.1016/j.phpro.2013.11.022.
32. Nanko M., Horie K., Nakagan R., Kadowaki S., Kuwabara Y.: Kinetics and Microstructure Development on Sulfonitriding of Die-Steels, ECS Transactions, 75 (28), pp. 37–42, 2017.
33. Łętocha A., Toboła D., Miller T.: Surface topography analysis of Vanadis 6 tool steel after selected sequential surface treatment processes. Mechanik, No. 12 (2018). DOI:10.17814/mechanic.2018.12.200.
34. Toboła D., Kalisz J., Czechowski K., Wrońska I., Machynia Z.: Surface Treatment for Improving Selected Physical and Functional Properties of Tools and Machine Parts – A Review. Journal of Applied Materials Engineering, 2020, 60(1), pp. 23–36. DOI: 10.35995/jame60010003.
35. Branzei M., Cojocaru M.O., Druga L.N., Ion M.: Obtaining the Controlled Sulfonitrocarburized Layer Phase Compositions, by the Variation of the Solid Powdery Medium Components. Rev. Chim., 71 (7), 2020, pp. 225–233. DOI: 10.37358/RC.20.7.8240.
36. Cojocaru M.O., Branzei M., Ciuca S., Gherghescu I.A., Ion M., Druga L.N., Cotrut C.M.: Sulfonitrocarburizing of High-Speed Steel Cutting Tools: Kinetics and Performances. Materials 2021, 14, 7779. DOI: 10.3390/ma14247779.
37. „Solid Lubricants”. Reference materials from MOSIL Lubricants, https://www.mosil.com/blog/solidlubricants/ accessed on: 28.09.2022.
38. Wen S., Huang P.: Principles of Tribology. Chapter 19 – Space Tribology. John Wiley and Sons, Inc., 2018, pp. 453–465.
39. Dugger M.T., Nation B.L., Curry J.F., Argibay N., Chandross M.E., Hinkle A., Korenyi-Both A.: Environmental Sensitivity and Aging of Composite Solid Lubricant Coatings. STLE Annual Meeting, 20–23 May 2019, Nashville, TN, USA.
40. Buttery M., Lewis S., Kent A., Bingley R., Cropper M.: Long-Term Storage Considerations for Spacecraft Lubricants. Lubricants 2020, 8, 32, pp. 1–15. DOI: 10.3390/lubricants8030032.
41. Lince J.R.:Effective Application of Solid Lubricants in Spacecraft Mechanisms. Lubricants 2020, 8, 74, pp. 1–74; DOI: 10.3390/lubricants8070074.
42. Ayyagari A.V., Mutyala K.C., Sumant A.V.: Towards developing robust solid lubricant operable in multifarious envronments. 2020, www.nature.com/scientificreports.
43. Nyberg E., Llopart D., Minami I.: Tribology in Space Robotic Actuators: Experimental Method for Evaluation and Analysis of Gearboxes. Aerospace 2021, 8, 75, pp. 1–20. DOI: 10.3390/ aerospace8030075.
44. Colas G., Saulot A., Michel Y., Filleter T., Merstallinger A.: Experimental Analysis of Friction and Wear of Self-Lubricating Composites Used for Dry Lubrication of Ball Bearing for Space Applications. Lubricants 2021, 9, 38, pp. 1–31. DOI: 10.3390/lubricants9040038.
45. Merbin J., Menezers P.L.: Self-Lubricating Materials for Extreme Condition Applications. Materials 2021, 14, 5588, pp. 1–21. DOI: 10.3390/ma14195588.
46. McGuire N.: Solid lubricants for the aerospace industry. August 2020, https://www.stle.org/files/ TLTArchives/2020/08_August/Solid_Lubricants.aspx accessed on: 11.07.2022.
47. Singh H.: Nanoparticles as lubricant additives. 28.03.2022, https://www.tribonet.org/news/atomistictribology/nanoparticles-as-lubricant-additives/ accessed on: 16.07.2022.
48. Solid lubricants for space gear. https://cordis.europa.eu/article/id/90590-solid-lubricants-for-spacegear accessed on: 11.07.2022.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-1d3f8a98-6908-498a-b46d-de40919956a3