Tribological properties of a silicone-based composite with inorganic additives

• Autorzy: Wierzbicka Natalia , Talar Rafał

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.3946

Warianty tytułu

PL

Właściwości tribologiczne kompozytu na osnowie silikonowej z nieorganicznymi dodatkami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of experimental studies, including tribological tests of silicone-based composites with additions of hexagonal boron nitride (hBN) and titanium (Ti). The tests were conducted on a Bruker UMT2 tribotester and using a pin-on-disk setup developed by the authors, without a lubricating medium, and they employed a steel ball made of 100Cr6 steel and a sample made of the composite. During the tests, the products were not removed from the contact area. The paper analyzes the influence of additives on the tribological properties of the composite, i.e., the coefficient of friction (COF) as a function of distance and the wear of the tested samples. In the case of samples containing hBN, the COF decreases with an increase in its content. After reaching a volumetric percentage concentration of 20%, it begins to stabilize with the increase in mass loss. The profiles of COF changes as a function of distance for samples with different additive contents are comparable. The self-lubricating properties of hBN have been confirmed. The addition of Ti reduces the COF value, which decreases with the increase in the Ti content. Samples with a mass percentage concentration exceeding 100% of the Ti content have a COF value equal to the initial value for silicone. Thecomposite containing hBN has a lower COF value than samples with the Ti addition, and the wear tracks on their surface are narrower and shallower. The article is published in connection with the Autumn Tribology School.

PL

W pracy zostały przedstawione wyniki badań doświadczalnych obejmujących testy tribologiczne kom pozytów na osnowie silikonowej z dodatkami heksagonalnego azotku boru (hBN) i tytanu (Ti). Badania przeprowadzono na tribotesterze Bruker UMT2 i stanowisku autorskim typu Pin-on-disk bez stosowania medium smarującego w skojarzeniu kulki stalowej wykonanej ze stali 100Cr6 i próbki wykonanej z kompozytu. W trakcie prowadzenia badań produkty nie były usuwane ze strefy ruchu. W pracy analizowano wpływ dodatków na właściwości tribologiczne kompozytu, tj. wyznaczono współczynnik tarcia (COF) w funkcji drogi oraz zużycie badanych próbek. W przypadku próbek zawierających hBN wartość COF maleje wraz ze wzrostem jego zawartości. Po osiągnięciu stężenia procentowego objętościowego o wartości 20% zaczyna się stabilizować wraz ze wzrostem ubytku masy. Przebiegi zmian COF w funkcji drogi dla próbek o różnej zawartości dodatku są porównywalne. Właściwości samosmarujące hBN zostały potwierdzone. Dodatek Ti powoduje obniżenie wartości COF, która maleje wraz ze wzrostem zawartości dodatku Ti. Próbki o stężeniu procentowym masowym przekraczającym 100% zawartości Ti posiadają wartość COF równą początkowej dla silikonu. Kompozyt zawierający hBN charakteryzuje się mniejszą wartością COF niż próbki z dodatkiem Ti, a ścieżki powstałe na ich powierzchni są węższe i płytsze. Artykuł publikowany w związku z Jesienną Szkołą Tribologiczną.

Słowa kluczowe

EN

coefficient of friction; wear; silicone; hexagonal boron nitride; titanium

PL

współczynnik tarcia; zużycie; silikon; heksagonalny azotek boru; tytan

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 4
• Strony: 79--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Wierzbicka Natalia

• Poznan University of Technology, Faculty of Mechanical Technology, M. Skłodowska-Curie Square 5, 60-965 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4862-6534

autor

Talar Rafał

• Poznan University of Technology, Faculty of Mechanical Technology, M. Skłodowska-Curie Square 5, 60-965 Poznań, Poland.

• https://orcid.org/0000-0003-4355-9923.

Bibliografia

• 1. Schallamach A.: How does rubber slide? Wear 1971, 17, 301–312.
• 2. Liu Y., Li J., Yi S., Ge X., Chen X., Luo J.: Enhancement of friction performance of fluorinated graphene and molybdenum disulfide coating by microdimple arrays. Carbon 2020, 167, pp. 122–131.
• 3. Nosal S.: Tribology. Introduction to the issues of friction. wear and lubrication. Poznan 2012.
• 4. Tramsen H.T., Gorb S.N., Zhang H., Manoonpong P., Dai Z., Heepe L.: Inversion of friction anisotropy in a bio-inspired asymmetrically structured surface. J. R. Soc. Interface 2018, p. 15, 20170629.
• 5. Tramsen H.T., Heepe L., Homchanthanakul J., Wörgötter F., Gorb S.N., Manoonpong P.: Getting grip in changing environments: The effect of friction anisotropy inversion on robot locomotion. Appl. Phys. A 2021, 127, pp. 1–9.
• 6. Scherge M., Gorb S.: Biological Micro-and Nanotribology: Nature’s Solutions; Springer: Berlin, Germany; London, UK, 2011
• 7. Wu W., Lutz C., Mersch S., Thelen R., Greiner C., Gomard G., Hölscher H.: Characterization of the microscopic tribological properties of sandfish (Scincus scincus) scales by atomic force microscopy. Beilstein J. Nanotechnol. 2018, 9, pp. 2618–2627.
• 8. Schneider J., Djamiykov V., Greiner C.: Friction reduction through biologically inspired scale-like laser surface textures. Beilstein J. Nanotechnol. 2018, 9, pp. 2561–2572.
• 9. Fukahori Y., Sakulkaew K., Busfield J.: Elastic–viscous transition in tear fracture of rubbers. Polymer 2013, 54, pp. 1905–1915
• 10. Intermolecular and Surface Forces, Israelachvili Jacob N., Elsevier Ltd. Oxford, 2011
• 11. Wu-Bavouzet F., Clain-Burckbuchler J., Buguin A., De Gennes P.-G., Brochard-Wyart F. Stick-Slip: Wet Versus Dry. J. Adhes. 2007, 83, pp. 761–784.
• 12. Fukahori Y., Gabriel P., Busfield J.: How does rubber truly slide between Schallamach waves and stick–slip motion? Wear 2010, 269, p. 854–866.
• 13. Rand C.J., Crosby A.J.: Insight into the periodicity of Schallamach waves in soft material friction. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, p. 261907.
• 14. Rand C.J., Crosby A.J.: Friction of soft elastomeric wrinkled surfaces. J. Appl. Phys. 2009, 106, p. 064913.
• 15. Lipp A., Schwetz K.A., Hunold K.: Hexagonal Boron Nitride: Fabrication, Properties and Applications. Journal of the European Ceramic Society. 1988.
• 16. Kuang W., Zhao B., Yang C., Ding W.: Effects of h-BN particles on the microstructure and tribological property of self-lubrication CBN abrasive composites. Ceramics International. 2019, 46(2).
• 17. Ghalme S., Mankar A., & Bhalerao Y.: Optimization of wear loss in silicon nitride (Si 3 N 4)–hexagonal boron nitride (hBN) composite using DoE–Taguchi method. SpringerPlu 2016 s, 5(1), 1671.
• 18. Vaimakis-Tsogkas D.T., Bekas D., Giannakopoulou T., Todorova N., Paipetis A.S. Barkoula N.: Effect of TiO2 addition/coating on the performance of polydimethylsiloxane-based silicone elastomers for outdoor applications. Materials Chemistry and Physics 223. 2019.
• 19. Nguyen G., Thai H., Mai D., Tran H.T., Lam T., Vu T.: Effect of titanium dioxide on the properties of polyethylene/TiO2 nanocomposites. Composites Part B: Engineering. 2013, 45, pp. 1192-1198.
• 20. https://www.sklep.silikonypolskie.pl/gumosil-ad-1s-opak-v-1,3,9049,9042.
• 21. Wierzbicka N.,Talar R., Grochalski K., Piasecki A., Węgorzewski M., Reiter A.: The friction of the composite based on polyethylene with inorganic additives. Materials. 2023. 16, p. 14.
• 22. Stachowiak, G., Batchelor A. W. Engineering tribology. 2013, Butterworth-Heinemann.
• 23. N’Jock M.Y., Roudet F., Idriss M., Bartier O., Chicot D.: Work of indentation coupled to contact stiffness for calculating elastic modulus by instrumented indentation. Mechanics of materials. 2015, 94.
• 24. Czapczyk K., Zawadzki P., Wierzbicka N., Talar R.: Microstructure and Properties of Electroless Ni-P/Si3 N4 Nanocomposite Coatings Deposited on the AW-7075 Aluminum Alloy. Materials. 2021, 14, 4487.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).