The effect of graphene additive on the tribological properties of bionic lubricant compositions tested by thE SRV method

• Autorzy: Molenda Jarosław , Michalczewski Remigiusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.7767

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku grafenowego na właściwości tribologiczne bionicznych kompozycji smarowych testowanych metodą SRV

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to investigate the effect of the addition of graphene dispersion on anti-wear properties of bionic lubricant compositions based on aqueous sodium hyaluronate solutions. Tribological tests were carried out using a SRV tester, enabling the tests to be carried out in conditions of linear oscillating movement of the bullet-shield type association in which the ball was made of aluminium oxide and the disc was made of bearing steel 100Cr6. For research, a 0.5% solution of sodium hyaluronate in water (composition BSS2) was chosen, which was the base to which the graphene additive was introduced. During the main stage of work, three lubricant compositions were tested, i.e., as well as BSS2 solution, into which 0.05% m/m or 0.1% m/m graphene oxide was introduced, respectively. The study allowed the observation of a clear anti-wear effect associated with the introduction of graphene preparations into the hyaluronan base, manifested in a change in the trend of the graph of the coefficient of friction over time. In addition, a reduction in the volume wear of friction node components was found. Based on the analysis of tribological research results, it was found that the anti-wear effect of the lubricant on the friction elements of the steel-ceramic material combination increases with increasing the content of the graphene preparation in the lubricant composition.

PL

Celem pracy było zbadanie wpływu dodatku dyspersji grafenowej na właściwości przeciwzużyciowe bionicznych kompozycji smarowych na bazie wodnych roztworów hialuronianu sodu. Badania tribologiczne przeprowadzono, stosując tester SRV, umożliwiający realizację testów w warunkach liniowego ruchu oscylacyjnego skojarzenia typu kula–tarcza, w którym kula wykonana była z tlenku aluminium, a tarcza ze stali łożyskowej 100Cr6. Do badań wybrano 0,5-procentowy roztwór hialuronianu sodu w wodzie (kompozycja BSS2), stanowiący bazę, do której wprowadzano dodatek grafenowy. Podczas zasadniczego etapu prac testowano trzy kompozycje smarowe, tj., kompozycję BSS2, a także roztwór BSS2, do którego wprowadzono odpowiednio 0,05% m/m lub 0,1% m/m tlenku grafenu. Przeprowadzone badania pozwoliły na zaobserwowanie wyraźnego efektu przeciwzużyciowego związanego z wprowadzeniem preparatów grafenu do bazy wodno-hialuronianowej, przejawiającego się zmianą trendu wykresu zależności współczynnika tarcia w czasie. Ponadto stwierdzono redukcję zużycia objętościowego elementów węzła tarcia. Na podstawie analizy wyników badań tribologicznych stwierdzono, iż efekt przeciwzużyciowego oddziaływania substancji smarowej na elementy trące skojarzenia materiałowego stal–ceramika wzrasta wraz z podwyższaniem zawartości preparatu grafenowego w kompozycji smarowej.

Słowa kluczowe

EN

bionic lubricants; graphene additives; graphene oxide; anti-wear properties; boundary layer; SRV method

PL

bioniczne środki smarowe; dodatki grafenowe; tlenek grafenu; właściwości przeciwzużyciowe; warstwa graniczna; metoda SRV

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 6
• Strony: 47--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Molenda Jarosław

• ŁUKASIEWICZ Research Network – Institute for Sustainable Technologies, Pułaskiego 6/10 Street, 26-600 Radom, Poland

autor

Michalczewski Remigiusz

• ŁUKASIEWICZ Research Network – Institute for Sustainable Technologies, Pułaskiego 6/10 Street, 26-600 Radom, Poland

Bibliografia

• 1. Wierzcholski K.: Tribologiczne aspekty bioniki. Tribologia, 2010, 6, pp. 199–208.
• 2. Mastykowska J., Karpiński M., Klekotka M., Popko J., Dąbrowski J.: Właściwości reologiczne i tribologiczne cieczy synowialnej. Engineering of Biomaterials, 2013, XVI, 122–123, pp. 64–65.
• 3. Wu T. T., Gan X. Q., Cai Z. B., Zhu M. H., Qiao M. T., Yu H. Y.: The lubrication of hyaluronic acid and chondroitin sulfate on the natural temporomandibular cartilage under torsional fretting wear. Lubr. Sci., 2015, 27, 1, pp. 29–44.
• 4. Orczykowska M., Dziubiński M.: Kwas hialuronowy jako substancja warunkująca właściwości ślizgowe mazi stawowych. Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 2006, 6s, pp. 173–174.
• 5. Scholes S., College C., Taylor A., Mahdi M., Smith A., Joyce T.: Potential synthetic biolubricants as alternative to bovine serum. Lubricants 2016, 4, p. 38.
• 6. Tomboli K., Athre K.: Experimental Investigation on Water Lubricated Hydrodynamic Bering. Procedia Technology, 2016, 23, pp. 68–75.
• 7. Jędrzykiewicz Z., Stojek J.: Wodne układy hydrauliki siłowej. Pomiary-Automatyka-Robotyka, 2005, 8, 4, pp. 18–22.
• 8. Urbański A., Rogoś E., Grądkowski M.: Właściwości cieczy technologicznych wytwarzanych na bazie wody i oligoglikoli. Tribologia, 2000, 4, pp. 771–781.
• 9. Sato T., Besshi T., Sato D., Tsutsui I.: Effect of water based lubricants on wear of coated material. Wear, 2001, 249, pp. 0–55.
• 10. Sułek M., Bąk-Sowińska A.: Wodne roztwory etoksylatów oleju słonecznikowego jako efektywne bazy substancji smarowych. Przemysł Chemiczny, 2013, 92, 8, pp. 1506–1508.
• 11. Molenda J., Grądkowski M.: Nienasycone alkohole jako dodatki AW do wodorozcieńczalnych cieczy chłodząco- -smarujących. Problemy Eksploatacji, 2001, 3, pp. 157–165.
• 12. Ji H. R., Hang X., Tan T. W.: Preparation of Water-Based Lubricant from Lignocellulosic Biomass and its Tribological Properties. Ind.&Eng. Chem. Research, 2017, 56, 27, pp. 7858–7864.
• 13. Shuaishuai Liang, Zhigang Shen, Min Yi, Lei Liu, Xiaojing Hang, Shulin Ma: In-situ exfoliated graphene for high-performance water-based lubricants. Carbon, 2016, 96, pp. 1181–1190.
• 14. Hiroshi Kinoshita, Yuta Nishina, Aidil Azali Alias, Masahiro Furii: Tribological properties of monolayer graphene oxide sheets as water-based lubricant additives. Carbon, 2014, 66, pp. 720–723.
• 15. Oskari Elomaa, Vivek K. Singh, Ajai Iber, Timo J. Hakala, Jari Koskinen: Graphene oxide in water lubrication on diamond-like carbon vs. stainless steel high-load contacts. Diamond and Related Materials, 2015, 52, pp. 43–48.
• 16. Emad Sadeghinezhad E., Mohammad Mehrali, R. Saidur, Mehdi Mehrali, Sara Tahan Latibari, Amir Reza Akhiani, Hendrik Simon Cornelis Metselaar: A comprehensive review on graphene nanofluids: Recent research, development and applications. Energy Conversion and Management, 2016, 111, pp. 466–487.
• 17. Dychalska A., Paprocki K., Fabisiak K., Szybowicz M.: Badanie jakościowe materiałów węglowych za pomocą spektroskopii Ramana. LAB, 2016, 21, 5, pp. 6–7.
• 18. Molenda J., Michalczewski M., Tomala A.: Właściwości tribologiczne bionicznych kompozycji smarowych na bazie wodnych roztworów hialuronianu sodu z dodatkiem preparatów grafenu. Mat. XIII Konferencji Naukowej pt.: „Teoretyczne i praktyczne aspekty stosowania środków smarowych i eksploatacyjnych w przemyśle”. Wisła, 10–12 kwietnia 2019, pp. 102–110.
• 19. Molenda J.: Tribological properties and tribochemical conversion of bionic lubricants based on sodium hyaluronate. Tribologia, 2018, 1, pp. 71–80.
• 20. Geim A.K., Novoselov K.S.: The rise of graphene. Nature Materials, 2007, 6, 3, pp. 183–191.
• 21. Ferrari A. C., Robertson J.: Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphus carbon. Phys. Rev. B, 2000, 61, pp. 14096–14107.
• 22. Grodecki K.: Spektroskopia ramanowska grafenu. Materiały Elektroniczne, 2013, 41, 1, pp. 47–53.
• 23. Dreyer D. R., Park S., Bielawski C. W., Ruoff R. S.: The chemistry of graphene oxide. Chem. Soc. Rev., 2010, 39, pp. 228–240.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).