The Influence of Silicon-Doped Diamond-Like Carbon Coating on the Wear of Ionic Liquid Lubricated Friction Pairs

• Autorzy: Milewski K. , Madej M. , Kowalczyk J. , Ozimina D.

Warianty tytułu

PL

Wpływ powłoki diamentopodobnej domieszkowanej krzemem na zużycie węzłów tarcia smarowanych cieczą jonową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article reports the results of the study of an a-C:H:Si coating doped with silicon and produced by chemical deposition (PACVD). The effect of the coating on the tribological behaviour of IL-lubricated friction pairs was evaluated. The properties of the 100Cr6 steel specimens with and without the coating were compared. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis were used for imaging the morphology of the coating surfaces and cross-sections and for identifying the elements in the coating composition. The contact angle of the investigated surfaces was measured with an optical tensiometer. Friction tests were performed on a ball-on-disc tribometer under dry friction and when lubricated with trihexyltetradecylphosphonium bis(trifluoromethylsulfonyl) amide ionic liquid. The geometrical structure of the surfaces before and after the tribological tests was measured using an optical profilometer. The ionic liquid used with the silicon-doped diamond-like coating under friction conditions reduced the coefficient of friction and wear. The results obtained from the tests and analysis allow for the conclusion that the use of DLC coatings a-C:H:Si lubricated with trihexyltetradecylphosphonium Bis(trifluoromethylsulfonyl) amide contributes towards the improvement of tribological properties of sliding surfaces under friction.

PL

Artykuł poświęcony jest badaniom powłoki diamentopodobnej domieszkowanej krzemem typu a-C:H:Si uzyskanej w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą PACVD. Ocenie poddano wpływ powłoki na właściwości tribologiczne węzłów tarcia smarowanych cieczą jonową (Ionic Liquid) IL. W analizie porównano próbki ze stali 100Cr6 bez powłoki oraz pokryte powłoką diamentopodobną. Przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego SEM (Scanning Electron Microscopy) wyposażonego w mikroanalizator rentgenowski EDS (X-ray Energy Dispersive Spectroscopy), zobrazowano morfologię powierzchni powłok, ich przekroje poprzeczne oraz dokonano identyfikacji pierwiastków wchodzących w skład powłoki. Wykonano również pomiary kąta zwilżania badanych powierzchni na optycznym tensjometrze. Badania tarciowe przeprowadzono na tribotesterze pracującym w skojarzeniu trącym kula–tarcza w warunkach tarcia technicznie suchego oraz z zastosowaniem smarowania cieczą jonową triheksyltetradecylphosphonium bis(triffluoromethylsulfonyl) amide. Charakterystykę struktury geometrycznej próbek przed oraz po badaniach tribologicznych przeprowadzono na profilometrze optycznym. Wyniki badań wskazały, że użyta ciecz jonowa w skojarzeniu trącym z powłoką diamentopodobną domieszkowaną krzemem wpłynęła na zmniejszenie współczynnika tarcia oraz zużycia. Otrzymane wyniki wskazują, że zastosowanie powłok diamentopodobnych typu a-C:H:Si smarowanych triheksyltetradecylphosphonium bis(triffluoromethylsulfonyl) amidem sprzyja poprawie właściwości tribologicznych węzłów tarcia w ruchu ślizgowym.

Słowa kluczowe

EN

DLC coating; 100Cr6 steel; ionic liquid; friction; wear

PL

powłoka diamentopodobna; stal 100Cr6; ciecz jonowa; tarcie; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 6
• Strony: 97--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Milewski K.

• Trzuskawica S.A., A CRH Company, Sitkówka 24, 26-052 Nowiny, Poland

autor

Madej M.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, Poland

autor

Kowalczyk J.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, Poland

autor

Ozimina D.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, Poland

Bibliografia

• 1. Donnet C., Erdemir A. (Editors): Tribology of diamond-like carbon films. Fundamentals and applications, Springer, New York 2008.
• 2. Gangopadhyay R., Sinha K., Uy D., McWatt D., Zdrodowski R., Simko S.: Friction, Wear, and Surface Film Formation Characteristics of Diamond-Like Carbon Thin Coating in Valvetrain Application, Tribology Transactions, 54/2011, pp. 104–114.
• 3. Kalin M., Roman E., Ožbolt L., Vižintin J.: Metal-Doped (Ti, WC) Diamond-Like Carbon Coatings: Reactions with Extreme-Pressure Oil Additives under Tribological and Static Conditions, Thin Solid Films, 518/2010, pp. 4336–4344.
• 4. Madej M., Ozimina D.: Właściwości tribologiczne powłok DLC, Tribologia, 3/2012, pp. 105–114.
• 5. Love C., Cook R., Harvey T., Dearnley P., Wood R.: Diamond like carbon coatings for potential application in biological implants-a review, Tribology International, 63/2013, 141–150.
• 6. Choudhury D., Urban F., Vrbka M., Hartl M., Krupka I.: A novel tribological study on DLC-coated micro-dimpled orthopedics implant interface, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 45/2015, pp. 121–131.
• 7. Madej M., Ozimina D.: Ocena właściwości powłok DLC stosowanych w układach biotribologicznych, Tribologia, 3/2009, pp. 105–114.
• 8. Solis J., Zhao H., Wang A., Verduzco J. Bueno A., Neville A.: Tribological performance of an H-DLC coating prepared by PECVD, Applied Surface Science, 383/2016.
• 9. Haque T., Morina A., Neville A.: Influence of Friction Modifier and Antiwear Additives on the Tribological Performance of a Non-Hydrogenated DLC Coating, Surface and Coatings Technology, 204/2010, pp. 4001–4011.
• 10. He F., Wong P., Zhou X.: Wear Properties of DLC Coated Steel Rollers Running with Highly Contaminated Lubrication, Tribology International, 43/2010, pp. 990–996.
• 11. Manier C., Theiler G., Spaltmann D., Woydt M., Ziegele H.: Benchmark of Thin Film Coatings for Lubricated Slip–Rolling Contacts, Wear, 268/2010, pp. 1442–1454.
• 12. Kałdoński T. J., Stańczyk M., Gryglewicz Ł., Kałdoński T.: Wstępne badania właściwości smarnościowych i powierzchniowych wybranych cieczy jonowych, Biuletyn WAT, Vol. LXI, 1/2012, pp. 279–297.
• 13. Kałdoński T. J.: Ciecze jonowe – perspektywiczne oleje smarujące, WAT, Warszawa 2014.
• 14. Projekt badawczy własny N507 (373533) pt. „Ciecze jonowe – nowe, ekologiczne substancje smarowe o szerokim spektrum działania, 2008–2010. Kierownik – prof. dr hab. Marian Włodzimierz Sułek.
• 15. Sułek M. W., Trzepałka M., Wasilewski T.: Właściwości tribologiczne wodnych roztworów czwartorzędowych soli amonowych, Tribologia 4/2004, pp. 245–254.
• 16. Sułek M. W., Wasilewski T., Ogorzałek M., Bąk A., Pernak J., Walkiewicz F.: Charakterystyki tribologiczne cieczy jonowych zawierających kation amoniowy, Tribologia 4/2009, pp. 207–214.
• 17. Otero I., López E., Reichelt M., Fernández J.: Friction and anti-wear properties of two tris(pentafluoroethyl) trifluorophosphate ionic liquids as neat lubricants. Tribology International, 70/2014, pp. 104–111.
• 18. Milewski K., Kudliński J., Madej M., Ozimina D.: The interaction between diamond like carbon (DLC) coatings and ionic liquids under boundary lubrication conditions, Metalurgija, 56/2017, pp. 55–58.
• 19. Zhou F., Liang Y., Liu W.: Ionic liquid lubricants: designed chemistry for engineering applications. ChemSocRev, 38/2009, pp. 2590–9.
• 20. Yu B., Bansal D., Qu J., Sun X., Luo H., Dai S., Blau P., Bunting B., Mordukhovich G., Smolenski D.: Oil-Miscible and Non-Corrosive Phosphonium-Based Ionic Liquids as Candidate Lubricant Additives, Wear, 289/2012, pp. 58–64.
• 21. Yao M., Fan M., Liang Y., Zhou F., Xia Y.: Imidazolium Hexafluorophospate Ionic Liquids as High Temperature Lubricants forSteel–Steel Contacts, Wear, 268/2010, pp. 67–71.
• 22. Arora H., Cann P.: Lubricant Film Formation Properties of Alkyl Imidazolium Tetrafluoroborate and Hexafluorophosphate Ionic Liquids, Tribology International, 43/2010, pp. 1908–1916.
• 23. Viesca J., Hernandez Battez A., Gonzalez R., Torres Perez A., Reddyhoff, T., Spikes, H.: Assesing Boundary Film Formation of Lubricant Additivised with 1-Hexyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate Using ECR as Qualitative Indicator, Wear, 269/2010, pp. 112–117.
• 24. Minami I., Kita M., Kubo T., Nanao H., Mori S.: The Tribological Properties of Trifluoro Tris (Pentafluoroethyl) Phosphate Derived Ionic Liquids, Tribology Letters, 30/2008, pp. 215–223.
• 25. Pisarova L., Gabler C., Dörr N., Pittenauer E., Allmaier G.: Thermo-Oxidative Stability and Corrosion Properties of Ammonium Based Ionic Liquid, Tribology International, 46/2012, pp. 73–83.
• 26. Adamczak S., Świderski J., Wieczorowski M., Majchrowski R., Miller T., Łętocha A.: Założenia do oceny wiarygodności pomiarów topografii powierzchni w różnych skalach, Mechanik 3/2015, pp. 81–87.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).