Effect of Hexagonal Boron Nitride with Different Particle Granulation on the Lubrication Properties of Mineral Oil With an Addition of Surfactants

• Autorzy: Chodkiewicz Arkadiusz , Kałdoński Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.6

Warianty tytułu

PL

Wpływ heksagonalnego azotku boru o różnej granulacji cząstek na właściwości smarnościowe oleju mineralnego z domieszką surfaktantów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of tribological tests of lubricating compositions containing SN150 mineral oil as a base, an additive of solid lubricant in the form of hexagonal boron nitrides (h-BN) of various particle sizes (nano- and micro-) and surfactants: succinic acid imide and sodium di-2-ethylhexyl sulphosuccinate. Particular attention was paid to analysing the properties of hexagonal boron nitrides in the context of their effect on the tribological properties of the friction node under study. The effects of h-BN particle size, shape, specific surface area and porosity were considered. In addition, tests were carried out to check the surfactants' effect on the tested oil's hexagonal boron nitride sedimentation process. These tests confirmed the positive effect of succinic acid imide on maintaining a stable dispersion of h-BN particles in SN-150 mineral oil. Tribological tests were performed on a T-02 tribotester based on the PN-EN ISO 20623:2018-02 standard. The positive effect of hexagonal boron nitride on the lubricating properties of mixtures with SN150 mineral oil was established. In addition, hexagonal boron nitride, with a smaller particle size and a more developed porous structure, had a more favourable effect on improving the lubricity properties evaluated on the T-02 tribotester.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych kompozycji smarowych zawierających jako bazę olej mineralny SN150, dodatek smaru stałego w postaci heksagonalnych azotków boru (h-BN) o różnej granulacji cząstek (nano- i mikro-) oraz surfaktanty: imid kwasu bursztynowego oraz sól sodowa sulfobursztynianu di (2-etyloheksylu). Zwrócono szczególną uwagę na przeanalizowanie właściwości heksagonalnych azotków boru w kontekście oddziaływania na właściwości tribologiczne badanego węzła tarcia. Uwzględniono wpływ rozmiarów oraz kształtu cząstek h-BN, powierzchnię właściwą oraz porowatość. Dodatkowo wykonano testy sprawdzające wpływ surfaktantów na proces sedymentacji heksagonalnego azotku boru w badanym oleju. Testy te potwierdziły pozytywne działanie imidu kwasu bursztynowego na utrzymanie stabilnej dyspersji cząstek h-BN w oleju SN-150. Badania tribologiczne wykonano na tribotesterze T-02, opierając je na normie PN-EN ISO 20623:2018-02. Ustalono pozytywne działanie heksagonalnego azotku boru na właściwości smarnościowe mieszanin z olejem SN150. Ponadto heksagonalny azotek boru o mniejszej granulacji cząstek i bardziej rozbudowanej strukturze porowatej korzystniej wpływał na poprawę właściwości smarnościowych ocenianych na aparacie czterokulowym T-02.

Słowa kluczowe

EN

hexagonal boron nitride; base oil; lubricity; sedimentation; succinic acid imide

PL

heksagonalny azotek boru; olej bazowy; smarność; sedymentacja; imid kwasu bursztynowego

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 2
• Strony: 7--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Chodkiewicz Arkadiusz

• The Military University of Technology, Doctoral School, gen. Sylwestra Kaliskiego 2B Street, Kaliskiego 2B Street, 00 -908 Warszawa, Poland.

• https://orcid.org/0000-0002-9255-8460

autor

Kałdoński Tadeusz

• The Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, gen. Sylwestra Kaliskiego 2B Street, 00 -908 Warszawa, Poland.

• https://orcid.org/0000-0001-6483-3739

Bibliografia

• 1. Panchal T., Chauhan D., Thomas M., Patel J.: Bio based grease A value added product from renewable resources, Industrial Crops and Products, 63, 2015, pp. 48–52.
• 2. Kumar R., Hussainova I., Rahmani R., Antonov M.: Solid Lubrication at High-Temperatures – A Review, Materials, 15(5), 1695, 2022, pp. 7–13.
• 3. Senyk S., Chodkiewicz A., Gocman K., Szczęśniak B., Kałdoński T.: Hexagonal Nano and Micro Boron Nitride: Properties and Lubrication Applications, Materials, 15(3), 955, 2022, pp. 1–14.
• 4. Urbaniak W., Majewski T., Powązka I., Śmigielski G., Petelska AD.: Study of Nano h-BN Impact on Lubricating Properties of Selected Oil Mixtures, Materials, 15(6), 2052, 2022, pp. 1–3.
• 5. John M., Menezes P.L.: Self-Lubricating Materials for Extreme Condition Applications, Materials, 14(19), 5588, 2021, pp. 15 –18.
• 6. Ay N., Ay G.M., Göncü Y.: Environmentally friendly material: Hexagonal boron nitride, Journal of Boron 2016, 1, 2, 2016, pp. 66–73.
• 7. Kałdoński T.: Tribologiczne zastosowanie azotku boru. Wydanie drugie, poprawione i uzupełnione. Wojskowa akademia Techniczna, Warszawa, 2013.
• 8. Chkhartishvili L., Tabatadze G., Nackebia D., Bzhalava T., Kalandadze I.: Hexagonal Boron Nitride as a Solid Lubricant Additive (An Overview), Nano Stud. 14, 2016, pp. 91–98.
• 9. Ramteke S., Chelladurai H.: Examining the role of hexagonal boron nitride nanoparticles as an additive in the lubricating oil and studying its application. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part N: Journal of Nanomaterials, Nanoengineering and Nanosystems, 234(1-2), 2020, pp. 19–36.
• 10. Senyk S., Kałdoński T.: Ocena wpływu granulacji heksagonalnego azotku boru na właściwości smarnościowe bazowego smaru plastycznego, Biuletyn WAT, 69, 1, 2020, pp. 109–128.
• 11. Gupta M.K., Bijwe J., Padhan M.: Role of Size of Hexagonal Boron Nitride Particles on Tribo-Performance of Nano and Micro Oils, Lubrication Science, 30, 2018, pp. 441–456.
• 12. Reeves C.J., Menezes P.L., Lovell M.R.: The Size Effect of Boron Nitride Particles on the Tribological Performance of Biolubricants for Energy Conservation and Sustainability, Tribology Letters, 51, 2013, pp. 437–452.
• 13. Świątek-Prokop J.: Nanomateriały – zalety i zagrożenia. Wydawnictwo Uniwersytetu Humanistyczno Przyrodniczego im. Jana Długosza w Częstochowie, Częstochowa, 2012, pp. 47–54.
• 14. Lee K, Hwang Y, Cheong S, et al.: Understanding the role of nanoparticles in nano-oil lubrication. Tribology Letters, 35, 2009, pp. 127–131.
• 15. Gulzar M., Masjuki H.H., Kalam M.A., Varman M., Zulkifli N.W.M., Mufti R.A., Zahid R.: Tribological Performance of Nanoparticles as Lubricating Oil Additives, J. Nanopart. Res., 18, 2016, pp. 1–25.
• 16. Çelik O.N., Ay N., Göncü Y.: Effect of Nano Hexagonal Boron Nitride Lubricant Additives on the Friction and Wear Properties of AISI 4140 Steel, Particulate Science and Technology, 31, 2013, pp. 501–506.
• 17. Qi S., Geng Z., Lu Z., Zhang G., Wu Z.: Synergistic lubricating behaviors of 3D graphene and 2D hexagonal boron nitride dispersed in PAO4 for steel/steel contact, Advanced Materials Interfaces, 7, 2020, pp. 1–9.
• 18. Peng D.X., Kang Y., Hwang R.M., Shyr S.S., Chang Y.P.: Tribological properties of diamond and SiO2 nanoparticles added in paraffin, Tribology International, 42(6), 2009, pp. 911–917.
• 19. Chen Y., Renner P., Liang H.: Dispersion of Nanoparticles in Lubricating Oil: A Critical Review, Lubricants, 7(1), 7, 2019, pp. 1–21.
• 20. Hahn T.: International Tables for Crystallography. Volume A: Space-Group Symmetry, 5th ed., Springer for the International Union of Crystallography, Dordrecht, The Netherland, 2005.
• 21. Trzaski Durski Z., Trzaska Durska H.: Fundamentals of Crystallography. Publishing House of the Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland, 2003.
• 22. Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: The action of lubricants under extreme pressure conditions in a modified four-ball tester, Wear, 249, 2001, pp. 188–193.
• 23. PN-EN ISO 20623:2018-02 Przetwory naftowe i produkty podobne. Oznaczenie właściwości przeciwzatarciowych i przeciwzużyciowych środków smarnych. Metoda czterokulowa (warunki europejskie.