Characterization of Tribological Properties of Oxide Layers Obtained on Titanium in Different Friction Couples

• Autorzy: Aniołek K. , Barylski A. , Kupka M. , Kaptacz S. , Czajerek P.

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka właściwości tribologicznych warstw tlenkowych otrzymanych na tytanie w różnych skojarzeniach ciernych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the characterization of tribological properties of titanium Grade 2 before and after isothermal oxidation in different friction couples. Examinations of the surface morphology after oxidation at a temperature of 600°C showed the presence of scratches on the surface, which indicated a low thickness of the oxide layers obtained. On the surface oxidized at 700°C, the morphology was characterized by the presence of small clusters of oxides which formed into shapes resembling flakes. In that case, no scratches were found, which testified to a higher thickness of the oxide layer. Tribological tests were conducted for different friction couples (Al2O3, ZrO2, and 100Cr6 balls). It was found that isothermal oxidation is an effective method to improve the resistance of titanium Grade 2 to sliding wear. Oxide layers obtained at temperatures of 600°C and 700°C allowed achieving a considerable reduction of volumetric wear. The best resistance to sliding wear was achieved during a tribological interaction of oxidized titanium Grade 2 with bearing steel 100Cr6. Examination of the morphology of the wear trace surface showed the presence of “corrugation wear” on the non-oxidized surface, regardless of the counter-specimen used. It was found that the presence of oxide layers on the surface of titanium Grade 2 effectively eliminated this adverse phenomenon.

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości tribologicznych tytanu Grade 2 przed i po utlenianiu izotermicznym w różnych skojarzeniach ciernych. Badania morfologii powierzchni po utlenianiu w temperaturze 600°C wykazały obecność rys na powierzchni, co świadczyło o niewielkiej grubości otrzymanych warstw tlenkowych. Na powierzchni utlenionej w temperaturze 700°C morfologia charakteryzowała się występowaniem drobnych skupisk tlenków uformowanych w kształty przypominające „płatki”. W tym przypadku nie stwierdzono obecności rys, co świadczyło o większej grubości warstwy tlenkowej. Badania tribologiczne realizowano w różnych skojarzeniach ciernych (kulki Al2O3, ZrO2 oraz 100Cr6). Stwierdzono, że utlenianie izotermiczne jest skuteczną metodą w zakresie poprawy odporności na zużycie ścierne tytanu Grade 2. Warstwy tlenkowe otrzymane w temperaturze 600 oraz 700°C pozwoliły uzyskać znaczą redukcję zużycia objętościowego. Najlepszą odporność na zużycie ścierne uzyskano podczas współpracy tribologicznej utlenionego tytanu Grade 2 ze stalą łożyskową 100Cr6. Badania morfologii powierzchni śladów zużycia wykazały na powierzchni nieutlenionej obecność tzw. zużycia falistego niezależnie od zastosowanej przeciwpróbki. Stwierdzono, że obecność warstw tlenkowych na powierzchni tytanu Grade 2 skutecznie eliminuje to niekorzystne zjawisko.

Słowa kluczowe

EN

titanium; thermal oxidation; oxide layers; tribological properties

PL

tytan; utlenianie termiczne; warstwy tlenkowe; właściwości tribologiczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 2
• Strony: 5--11
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Aniołek K.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Barylski A.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Kupka M.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Kaptacz S.

• University of Silesia, Institute of Technology and Mechatronics, ul. Żytnia 12, 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Czajerek P.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

Bibliografia

• 1. Fellah M., Assala O., Labaïz M., Dekhil L., Iost A.: Friction and Wear Behavior of Ti-6Al-7Nb Biomaterial Alloy. Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology 4 (2013), pp. 374–384.
• 2. Guleryuz H., Cimenoglu H.: Effect of thermal oxidation on corrosion and corrosion–wear behaviour of a Ti-6Al-4V alloy. Biomaterials 25 (2004), pp. 3325–3333.
• 3. Wang S., Liao Z., Liu Y., Liu W.: Different tribological behaviors of titanium alloys modified by thermal oxidation and spraying diamond like carbon. Surface & Coatings Technology 252 (2014), pp. 64–73.
• 4. Dudek Ł., Hryniewicz T., Rokosz K.: Zastosowanie tytanu i wybranych stopów tytanu w lotnictwie. Autobusy 8 (2016), pp. 62–66.
• 5. Niesłony P., Małecka J., Hepner M., Bogdan-Chudy M.: Badania tarcia i mechanizmów zużycia stopu tytanu Ti6Al4V w skojarzeniu z węglikiem spiekanym z powłoką PVD-TiAlN na tribometrze pin-on-disc. Tribologia 2 (2015), pp. 87–101.
• 6. Jeziorski L., Nabiałek M., Szota M., Frączek T., Jędryka J., Olejnik M.: Właściwości stopów Ti-6Al-4V wytwarzanych konwencjonalnie oraz metodą szybkiego chłodzenia. Inżynieria Materiałowa Vol. 33, nr 3 (2012), pp. 126–128.
• 7. Dong H., Bell T.: Enhanced wear resistance of titanium surfaces by a new thermal oxidation treatment. Wear 238 (2000), pp. 131–137.
• 8. Cimenoglu H., Meydanoglu O., Baydogan M., Bermek H., Huner P., Sabri Kayali E.: Characterization of Thermally Oxidized Ti6Al7Nb Alloy for Biological Applications. Met. Mater. Int., Vol. 17 (5) (2011), pp. 765–770.
• 9. Wang S., Liao Z., Liu Y., Liu W.: Influence of thermal oxidation duration on the microstructure and fretting wear behavior of Ti6Al4V alloy. Materials Chemistry and Physics 159 (2015), pp. 139–151.
• 10. Diamanti M.V., Codeluppi S., Cordioli A., Pedeferri M.P.: Effect of thermal oxidation on titanium oxides characteristics. NSTI-Nanotech 1 (2008), pp. 1012–1015.
• 11. Kumar S., Sankara Narayanana T. S. N., Sundara Raman S. G., Seshadri S. K.: Thermal oxidation of Ti6Al4V alloy: Microstructural and electrochemical characterization. Materials Chemistry and Physics 119 (2010), pp. 337–346.
• 12. Kumar S., Sankara Narayanana T. S. N., Sundara Raman S. G., Seshadri S. K.: Thermal oxidation of CP Ti – An electrochemical and structural characterization. Materials Characterization 61 (2010), pp. 589–597.
• 13. Wang S., Liao Z., Liu Y., Liu W.: Influence of thermal oxidation temperature on the microstructural and tribological behavior of Ti6Al4V alloy. Surface & Coatings Technology 240 (2014), pp. 470–477.
• 14. Bailey R., Sun Y.: Unlubricated sliding friction and wear characteristics of thermally oxidized commercially pure titanium. Wear 308 (2013), pp. 61–70.
• 15. Guleryuz H., Cimenoglu H.: Surface modification of a Ti-6Al-4V alloy by thermal oxidation. Surface & Coatings Technology 192 (2005), pp. 164–170.

Uwagi

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