A Study on Antiwear Properties of Graphene Water-Based Lubricant and its Contact with Metallic Materials

• Autorzy: Piątkowska A. , Romaniec M. , Grzybek D. , Możdżonek M. , Rojek A. , Diduszko R.

Warianty tytułu

PL

Badania właściwości antyzużyciowych smaru grafenowego na bazie wody. Kontakt smaru z materiałami metalicznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Due to their ecological and financial aspects, water-based lubricants may be competitive in use for production and sustainable technology. The paper presents tribological measurements results in the ball-flat friction node with reciprocal movement. The friction element manufactured of 316L stainless steel and 100Cr6 bearing steel cooperated under mixed friction with the use of water-based lubricants. Firstly, graphene flakes and graphite were applied as lubricant additives, both used as a similar reference material. Secondly, graphene lubricant reduced the friction coefficient and wear of friction elements. Interaction between water and graphene lubricants with 0.1 wt % and 1 wt % of graphene flakes and metal was also investigated. After 30 days of oxidation test in water and graphene lubricants, the Fe sample (Armco iron) surface was covered in graphene flakes with iron oxide structures. A compact coverage of the surface creates a protective layer against intensive oxidation in the distilled water-based graphene lubricant. The tests results have proven that the greater density of graphene flakes in the lubricant, the smaller is the amount of detected oxides. Graphene flakes agglomeration was observed in contact with the iron metal.

PL

Ze względu na proekologiczny oraz finansowy aspekt smary na bazie wody mogą być konkurencyjne w zastosowaniu w produkcji i eksploatacji. W pracy przedstawiono wyniki badań tribologicznych w węźle tarcia kula–powierzchnia płaska w ruchu postępowo-zwrotnym. Elementy trące wykonane ze stali nierdzewnej 316L oraz łożyskowej 100Cr6 współpracowały w tarciu mieszanym z udziałem smaru na bazie wody. Jako dodatek zastosowano płatki grafenowe oraz grafit jako podobny materiał referencyjny. Smar grafenowy zmniejszył współczynnik tarcia oraz zużycie materiałów trących. Następnie zbadano oddziaływanie wody i smaru grafenowego 0,1%wt oraz 1%wt płatków grafenowych i metalu. Po 30 dniach kontaktu z próbką z żelaza Armco powierzchnia metalu pokryła się płatkami grafenowymi, na których wykrystalizowały tlenki żelaza. Przy zwartym pokryciu powierzchni uzyskano warstwę zabezpieczającą przed intensywnym utlenianiem w wodzie destylowanej, która stanowiła bazę smaru. Stwierdzono, że im większa zwartość płatków grafenowych w smarze, tym mniejsza ilość detektowanych tlenków. Zaobserwowano aglomerację płatków grafenowych w kontakcie z materiałem żelaza.

Słowa kluczowe

EN

graphene flakes; lubricant; friction; wear; oxidation

PL

płatki grafenowe; smar; tarcie; zużycie; utlenianie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 5
• Strony: 71--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Piątkowska A.

• Institute of Electronic Materials Technology, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warsaw, Poland

autor

Romaniec M.

• Institute of Electronic Materials Technology, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warsaw, Poland

autor

Grzybek D.

• Institute of Electronic Materials Technology, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warsaw, Poland

autor

Możdżonek M.

• Institute of Electronic Materials Technology, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warsaw, Poland

autor

Rojek A.

• Institute of Electronic Materials Technology, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warsaw, Poland

autor

Diduszko R.

• Institute of Electronic Materials Technology, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Berman D., Erdemir A., Sumant A. V.: Graphene: a new emerging lubricant. Materials Today. 2014, 17(1): 31–42.
• 2. Gupta B., Kumar N., Panda K., Dash S., Tyagi A. K.: Energy efficient reduced graphene oxide additives: mechanism of effective lubrication and antiwear properties. 2016, Scientific Reports/6:18372/DOI: 10.1038/srep18372: 1–10.
• 3. Senatore A., D’Agostino V., Petrone V., Ciambelli P., Sarno M.: Graphene oxide nanosheets as effective friction modifier for oil lubricant: materials, methods and tribological results. Tribology. 2013. Article ID 425809; http://dx.doi.org/10.5402/2013/425809.
• 4. Rasheed A. K., Khalid M., Rashimi W., Gupta T. C. S. M., Chan A.: Graphene based nanofluids and nanolubricants – review of recent developments, renewable and sustainable energy reviews. 2016(63): 346–362.
• 5. Liang S., Shen Z., Yi M., Liu L., Zhang X., Ma S.: In-situ exfoliated graphene for high-performance water-based lubricants carbon 2016(96): 1181–1190.
• 6. Elomaa O., Singh V. K., Iyer A., Hakala T. J., Koskinen J.: Graphene oxide in water lubrication on diamond-like carbon vs. stainless steel high-load contacts diamond and related material. 2015(52): 43–48.
• 7. Liang S., Shen Z., Yi M., Liu L., Zhang X., Ma S.: In-situ exfoliated graphene for high-performance water-based lubricants carbon 2016(96): 1181–1190.
• 8. Chaudry A. U., Mittal V., Mishra B., 2015. Effect of graphene oxide nanoplatelets on electrochemical properties of steel substrate in saline media, materials chemistry and physics 2015(163): 130–137.
• 9. http://www.recykling.pl/recykling/index.php/r/odpady/264/o/16
• 10. Spear J. C., Ewers B. W., Batteas J. D.: 2D-nanomaterials for Controlling Friction and Wear at Interfaces. Nao Today. 2015(10): 301–314.
• 11. Jin Kan, Yong Wang: Large and fast reversible storage li-ion storages in Fe2O3 graphene sheet-on-sheet sandwichlike compostes. 2013, Scientific Reports. 3:3502/DOI:10.1038/srep03502.
• 12. Hui Su, Zhibin Ye, Nuri Hmidi: High-performance iron oxide-graphene oxide nanocomposite adsorbents for arsenic removal, colloids and surfaces a: physicochem. eng. aspects. 2017(522): 161–172.
• 13. Liu Yu, Zhan Y., Ying Y., Peng X.: Fe3O4 nanoparticle anchored layered graphene films for high performance lithium storage. New J. Chem. 2016(40): 2649–2654.

Uwagi

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