Tribological Properties of Diamond-Like Carbon Coatings at Friction Joints Lubricated with Ionic Liquid

• Autorzy: Milewski Krystian , Madej Monika , Ozimina Dariusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.6563

Warianty tytułu

PL

Właściwości tribologiczne powłok diamentopodobnych w węzłach tarcia smarowanych cieczą jonową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper reports the study of a-C: H and a-C:H:Si diamond-like carbon coatings obtained in plasma-assisted chemical vapour deposition processes PACVD. The influence of the coatings on tribological properties of tribopairs under dry friction and in lubrication with synthetic oil PAO-8 and selected ionic liquid was evaluated. To perform the analysis, 100Cr6 steel samples uncoated and coated with a-C:H and a-C:H:Si were compared. Surface topography studies were performed using an atomic force microscope. Using SEM with an EDS analyser, the surface morphology of the coatings was observed, and the elements contained in the coatings were identified. Tribotests were carried out in a ball-on-disc tribotester under dry friction and with lubricants. The characteristics of the texture of the samples before and after the tribotests were determined using a confocal microscope in an interferometric mode. The test results showed that the tribo-pairs with a-C:H in lubrication with ionic liquid had the best tribological characteristics, i.e., the lowest coefficient of sliding friction.

PL

Artykuł dotyczy badań powłok diamentopodobnych typu a-C:H oraz domieszkowanych krzemem a-C:H:Si uzyskiwanych w procesach chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganych plazmą PACVD. Poddano ocenie wpływ powłok na właściwości tribologiczne węzłów tarcia w warunkach tarcia technicznie suchego oraz smarowania olejem syntetycznym PAO-8 i cieczą jonową bis(trifluorometylosulfonylo) amidem triheksylotetradecylofosfoniowym. W celu przeprowadzenia analizy porównano próbki ze stali 100Cr6 oraz pokryte diamond-like carbon coating typu a-C:H oraz a-C:H:Si. Badania topografii powierzchni wykonano na mikroskopie sił atomowych. Obserwacje morfologii powierzchni i identyfikację pierwiastków przeprowadzono przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego z analizatorem EDS. Badania tribologiczne przeprowadzono na tribotesterze pracującym w skojarzeniu kula–tarcza w warunkach tarcia technicznie suchego oraz tarcia z zastosowaniem substancji smarowych. Charakterystykę struktury geometrycznej próbek przed oraz po badaniach tribologicznych wykonano mikroskopem konfokalnym z trybem interferometrycznym. Wyniki badań wskazały, że najlepszymi charakterystykami tribologicznymi – najmniejszym współczynnikiem tarcia w ruchu ślizgowym charakteryzowały się pary trące z diamond-like carbon coating typu a-C:H w warunkach smarowania cieczą jonową.

Słowa kluczowe

EN

DLC coatings; wear; ionic liquids; friction

PL

powłoki DLC; zużycie; ciecze jonowe; tarcie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 5
• Strony: 59--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Milewski Krystian

• Trzuskawica S.A. Sitkówka 24, 26-052 Nowiny, Poland

autor

Madej Monika

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

autor

Ozimina Dariusz

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

Bibliografia

• 1. Niemczewska-Wójcik M., Dualny System charakteryzowania powierzchni technologicznej i eksploatacyjnej warstwy wierzchniej elementów trących, Politechnika Krakowska, Kraków 2019.
• 2. Holmberg K., Ronkainen H., Matthews A.: Tribology of thin coatings, Ceramics International 26, 2000, pp. 787–795.
• 3. Michalczewski R.: Właściwości tribologiczne smarowanych, wysokoobciążonych elementów maszyn pokrytych cienkimi powłokami niskotarciowymi, ITeE, Radom 2012.
• 4. Liu E., Blanpain B., Shi X., Celis J., Tan H., Tay B., Cheah L., Roos J.: Tribological behavior of different diamondlike carbon materials, Surface and Coatings Technology, 106, 1998, pp. 72–80.
• 5. Sharma N., Kumar N., Dash S., Das C. R., Subba Rao R. V., Tyagi A. K., Raj B.: Scratch resistance and tribological properties of DLC coatings under dry and lubrication conditions, Tribol. Int. 56, 2012.
• 6. Solis J., Zhao H., Wang A., Verduzco J. A., Bueno A. S., Neville A.: Tribological performance of an H-DLC coating prepared by PECVD, Applied Surface Science, 383, 2016.
• 7. Donnet C., Erdemir A. (Editors): Tribology of diamond-like carbon films. Fundamentals and applications, Springer, New York 2008.
• 8. Gangopadhyay R., Sinha K., Uy D., McWatt D., Zdrodowski R., Simko S.: Friction, Wear, and Surface Film Formation Characteristics of Diamond-Like Carbon Thin Coating in Valvetrain Application, Tribology Transactions, 54/2011, pp. 104–114.
• 9. Sułek M. W., Wasilewski T., Ogorzałek M., Bąk A., Pernak J., Walkiewicz F.: Charakterystyki tribologiczne cieczy jonowych zawierających kation amoniowy, Tribologia 4/2009, pp. 207–214.
• 10. Kałdoński T., Wojdyna P. P.: Ciecze smarujące dla techniki kosmicznej i metody ich badania, Biuletyn WAT, LX, 3, 2011, pp. 27–59.
• 11. Rohlmann P., Munavirov B., Furó I., Antzutkin O., Rutland M. W., Glavatskih S.: Non-halogenated Ionic Liquid Dramatically Enhances Tribological Performance of Biodegradable Oils, Frontiers in Chemistry, 7, article 98, 2019, pp. 1–8.
• 12. Kałdoński T. J.: Ciecze jonowe – perspektywiczne oleje smarujące, WAT, Warszawa 2014.
• 13. Kalin M., Roman E., Ožbolt L., Vižintin J.: Metal-Doped (Ti, WC) Diamond-Like Carbon Coatings: Reactions with Extreme-Pressure Oil Additives under Tribological and Static Conditions, Thin Solid Films, 518/2010, pp. 4336–4344.
• 14. Milewski K., Kudliński J., Madej M., Ozimina D.: The interaction between diamond like carbon (DLC) coatings and ionic liquids under boundary lubrication conditions, Metalurgija, 56/2017, pp. 55–58.
• 15. Milewski K., Madej M., Kowalczyk J., Ozimina D.: The influence of silicon-doped diamond-like carbon coating doped with silicon on the wear of ionic liquid lubricated friction pairs, Tribologia, 6, 2018, pp. 97–106.
• 16. Choudhury D., Urban F., Vrbka M., Hartl M., Krupka I.: A novel tribological study on DLC-coated micro-dimpled orthopedics implant interface, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 45/2015, pp. 121–131.
• 17. Solis J., Zhao H., Wang A., Verduzco J., Bueno A., Neville A.: Tribological performance of an H-DLC coating prepared by PECVD, Applied Surface Science, 383/2016.
• 18. Soprano P. B., Salvaro D. B., Giacomelli R. O., Binder C., Klein A. N., Basoli de Mello J. D.: Effect of soft substrate topography on tribological behavior of multifunctional DLC coatings, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering 2018, 40:371.
• 19. Madej M., Ozimina D., Kasińska J., Hawlena J.: The structure and characteristics of tribological systems with diamond like carbon coatings under ionic liquid lubrication conditions, Arch. Metall. Mater., 61, No 2B, 2016, pp. 1169–1174.

Uwagi

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