The use of biodegradable cutting fluid for thin and hard a-C:H and TiAlN coatings

• Autorzy: Madej M. , Kowalczyk J. , Kulczycki A. , Ozimina D.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie biodegradowalnej cieczy chłodząco-smarującej z cienkimi, twardymi powłokami a-C:H i TiAlN

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents results of tribological tests performed under lubricated friction conditions using a T-01M analyser. The lubricant was biodegradable cutting fluid containing a special-purpose additive – zinc aspartate. The discs for the ball-on-disc configuration were made of HS6-5-2C steel. The study involved testing coated and uncoated steel specimens. The a-C:H and TiAlN coatings were produced using physical vapour deposition (PVD). The structure of the coatings was analysed before and after the tribological tests with a JSM-7100F scanning electron microscope. The coating hardness was measured using a CSM Instruments nano-hardness tester (NHT). The coating surface texture of the coated and uncoated discs was determined by means of a Talysurf CCI Lite profilometer. The thin boundary films that formed in the friction area prevented the surfaces from coming into direct contact. The films improved the motion resistance and provided anticorrosive protection during the tests. The biodegradable cutting fluid used in the study had no negative effect on the environment.

PL

W artykule zestawiono wyniki badań tribologicznych wykonane na testerze T-01M w warunkach tarcia ze smarowaniem biodegradowalną cieczą chłodząco-smarującą zawierającą dodatek uszlachetniający – asparginian cynku. Tarcze były wykonane ze stali HS6-5-2C bez i z naniesioną powłoką a-C:H oraz TiAlN techniką fizycznego osadzania z fazy gazowej PVD. Obserwacje struktury powłok przed testem tribologicznym wykonano mikroskopem skaningowym SEM JSM-7100F. Twardość powłok przed testem tribologicznym zmierzono za pomocą nanotwardościomierza NHT CSM Instrument. Natomiast analizę struktury geometrycznej powierzchni tarcz bez powłoki i z powłokami przed oraz po testach tribologicznych wykonano profilometrem optycznym Talysurf CCI Lite. W miejscu tarcia powstały warstwy graniczne, które zabezpieczyły przed bezpośrednim kontaktem powierzchni współpracujących tarciowo. Warstwy te przyczyniły się do zmniejszenia oporów ruchu oraz zapewniły ochronę antykorozyjną w czasie prowadzenia testów. Ponadto użyta do badań ciecz chodząco-smarująca jest biodegradowalna i nie wykazała negatywnego wpływu na środowisko.

Słowa kluczowe

EN

biodegradable cutting fluid; a-C:H and TiAlN coatings; friction; wear

PL

biodegradowalne ciecze obróbkowe; powłoka a-C:H i TiAlN; tarcie; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 6
• Strony: 45--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Madej M.

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

autor

Kowalczyk J.

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

autor

Kulczycki A.

• Air Force Institute of Technology, ul. Księcia Bolesława 6, 01-494 Warsaw, Poland

autor

Ozimina D.

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

Bibliografia

• 1. Battersby N. S.: The biodegradability and microbial toxicity testing of lubricants – some recommendations, Chemosphere, 41, 7, 2000, pp. 1011–1027.
• 2. Kruszyński B., Stachurski W., Zgórniak P.: Wpływ warunków obróbki podczas toczenia ostrzami typu wiper na jakość powierzchni obrobionej i siły skrawania, Inżynieria Maszyn, 15, 4, 2010, pp. 7–19.
• 3. Byrne G., Dornfeld D., Denkena B.: Advancing Cutting Technology, Annals CIRP, 2003, pp. 483–507.
• 4. Smith G. T.: Cutting Tool Technology. Industrial Handbook, Springer, Londyn 2008, pp. 381–430.
• 5. International Energy Outlook 2010, U.S. Energy Information Administration, Office of Integrated Analysis and Forecasting, U.S. Department of Energy, Washington, DC 20585.
• 6. Bartz W. J.: Fuel economy improvement by engine and gear oils, Tribology for Energy Conservation, Elsevier, 1998, pp. 13–24.
• 7. Madej M., Właściwości systemów tribologicznych z powłokami diamentopodobnymi, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Monografia 46, Kielce 2013.
• 8. Kumar B. S., Padmanabhan G. i Krishna P. V.: Experimental Investigations of Vegetable Oil Based Cutting Fluids with Extreme Pressure Additive in Machining of AISI 1040 Steel, Manufacturing Science and Technology, 3, 1, 2015, pp. 1–9.
• 9. Szczerek M.: Metodologiczne problemy systematyzacji eksperymentalnych badań tribologicznych, ITeE, Radom 1997.
• 10. Ozimina D., Przeciwzużyciowe warstwy wierzchnie w układach tribologicznych, 33, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2002.
• 11. Kowalczyk J., Ozimina D., Madej M.: Zastosowanie biodegradowalnych cieczy obróbkowych w logistyce gospodarki odpadami, Logistyka, 4, 2015, pp. 7693–7701.
• 12. Shah M., Potdar V. V.: Study of the effect of Vegetable oil based cutting fluid on machining characteristics of AISI 316L Steel, Recent Trends in Mechanical Engineering.VVPIET, 2015, pp. 1–6.
• 13. Adekunle S. A., Adebiyi A. K., Durowoju O. M.: Performance evaluation of groundnut oil and melon oil as cutting fluids in machining operation acta technica corviniensis, Acta Technica Corviniensis – Bulletin of Engineering, 8, 2015, pp. 97–100.
• 14. Ramezani M., Schmid R. S.: Bio-based lubricants for forming of magnesium, Journal of Manufacturing Processes, 19, 2015, pp. 112–117.
• 15. Ozimina D., Kowalczyk J., Madej M., Nowakowski Ł., Kasińska J.: Zastosowanie biodegradowalnej cieczy chłodząco-smarującej w systemach tribotechnologicznych z powłokami diamentopodobymi, Mechanik, 8–9, 2015, pp. 149–158.
• 16. Cetin H. M., Ozcelik B., Kuram E., Demirbas E.: Evaluation of vegetable based cutting fluids with extreme pressure and cutting parameters in turning of AISI 304L by Taguchi method, Journal of Cleaner Production, 19, 17–18, 2011, pp. 2049–2056.
• 17. Adamczak S.: Pomiary geometryczne powierzchni. Zarysy kształtu, falistość i chropowatość, WNT, Warszawa 2008.

Uwagi

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