Sliding of spherical ball on solid lubricating coating combined with wear process

• Autorzy: Białas Marcin , Maciejewski Jan , Kucharski Stanisław

Identyfikatory

DOI

10.26628/wtr.v93i1.1125

Warianty tytułu

PL

Zużycie powłoki samosmarującej podczas testu poślizgu kuli po tarczy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In present paper we show results of ball-on-disk wear experiment of MoS2 film deposited on Ti6Al4V substrate. The ball material is aluminium oxide. The tests are performed for different surrounding temperature conditions: 20°C, 200°C and 350°C. It is shown that depth of the wear groove increases with increasing surrounding temperature. A finite element modelling approach is next developed to mimic the experimental observations of ball-on-disk wear process. It is based on the assumption of steady state condition developed during short time scale at contact region. The steady state results can next be applied to long time scale in which wear process is numerically simulated. Model results are compared with experimentally obtained wear groove and show satisfactory agreement.

PL

Artykuł prezentuje wyniki testu zużycia powłoki samosmarującej MoS2 nałożonej na podłoże wykonane z materiału Ti6AI4V. Powłoka obciążona jest kulką szafirową w ruchu rotacyjnym. Badania wykonano w trzech różnych temperaturach otoczenia: 20°C, 200°C oraz 350°C. Wykazano, że głębokość rowka zużyciowego wzrasta wraz ze wzrostem temperatury otoczenia. Zaproponowano model metody elementów skończonych za pomocą którego zasymulowany został proces zużycia warstwy. Punktem wyjścia dla tej części pracy było założenie stanu ustalonego, powstającego w obszarze kontaktu pomiędzy kulą a warstwą. Warunki odpowiadające temu stanowi przyjęto do matematycznego opisu procesu zużycia z wykorzystaniem równań Archarda. Na zakończenie eksperymentalny profil zużycia porównany został z wynikami otrzymanymi metodą elementów skończonych.

Słowa kluczowe

EN

wear; finite element modelling; lubricating coating; thin film; sliding; ball-on-disc

PL

zużycie; modelowanie elementów skończonych; powłoki samosmarujące; cienka powłoka; poślizg; kula-tarcza

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Welding Technology Review
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 93, nr 1
• Strony: 39--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Białas Marcin

• Faculty of Production Engineering, Warsaw University of Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6300-3853

autor

Maciejewski Jan

• Faculty of Automotive and Construction Machinery, Warsaw University of Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5361-9606

autor

Kucharski Stanisław

• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4845-1957

Bibliografia

• [1] Kucharski S., Mróz Z., Identification of wear process parameters in reciprocating ball-on-dic test, Tribology International, 2011, Vol. 44(2), 154-164.
• [2] Sadowski P., Stupkiewicz S., A model of thermal contact conductance at high real contact area fractions, Wear, 2010, Vol. 268, 77-85.
• [3] Sadowski P., Stupkiewicz S., Friction in lubricated soft-on-hard, hard-on-soft and soft-on-soft sliding contacts, Tribology International, 2019, Vol. 129, 246-256.
• [4] Paczelt I., Mróz Z., Analysis of thermo-elastic wear problems, Journal of Thermal Stresses, 2011, Vol. 34, 569-606.
• [5] Paczelt I., Mróz Z., Numerical analysis of steady thermo-elastic wear regimes induced by translating and rotating punches, Computers and Structures, 2011, Vol. 89, 2495-2521.
• [6] Paczelt I., Kucharski S., Mróz Z., The experimental and numerical analysis of quasi-steady wear processes for a sliding spherical indenter, Wear, 2012, Vol. 274-275, 127-148.
• [7] Kucharki S., Starzyński G. Study of contact of rough surfaces: Modeling and experiments, Wear, 2014, Vol. 311, 167-179.
• [8] Mróz Z., Kucharski S., Paczelt I. Anisotropic friction and wear rules with account for contact state evolution. Wear, 2018, Vol. 396-397, 1-11.
• [9] Hirvonen J.-P., Koskinen J., Jervis J., Nastasi M. Present progress in the development of low friction coatings, Surface and Coatings Technology, 1996, Vol. 80, 139-150.
• [10] Arlsan E., Buelbuel F., Alsaran A., Celik A., Efeoglu, I. The effect of deposition parameters and Ti content on structural and wear properties of MoS2Ti coatings, Wear, 2005, Vol. 259, 814-819.
• [11] Moskalewicz T., Zimowski S., Wendler B., Nolbrzak P., Czyrska-Filemonowicz A. Microstructure and tribological properties of low-friction composite MoS2(Ti,W) coating on the oxygen hardened Ti-6Al-4V alloy, Metals and Materials International, 2014, Vol. 20, 269-276.
• [12] Furlan K., de Mello J., Klein A. Self-lubricating composites containing MoS2: A review, Tribology International, 2018, Vol. 120, 280-298.
• [13] Lengiewicz J., Stupkiewicz S. Efficient model of evolution of wear in quasi- steady-state sliding contacts, Wear, 2013, Vol. 303, 611-621.
• [14] Deassault Systemes. ABAQUS version 6.7, User documentation, 2007.
• [15] Kubart T., Polcar T., Kopecky L., Novak R., Novakova D. Temperature dependence of tribological properties of MoS2 and MoSe2 coatings, Surface and Coatings Technology, 2005, Vol. 193, 230-233.
• [16] Mclaren. Thermal conductivity anisotropy in molybden disulfide films. PhD thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana
• [17] Donnet C., Martin J., Le Mogne T., Belin M. Super-low friction of MoS2 coatings in various environments, Tribology International, 1996, Vol. 29, 123-128.
• [18] Murr L., Esquivel E., Quinones S., Gaytan S., Lopez M., Martinez E., Medina F., Hernandez D., Martinez E., Martinez J., Stafford S., Brown D., Hoppe T., Meyers W., Lindhe U., Wicker R. Microstructures and mechanical properties of electron beam-rapid manufactured Ti-6Al-4V biomedical prototypes compared to wrought Ti-6Al-4V, Materials Characterization, 2009, Vol. 60, 96-105.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).