Właściwości tribologiczne smarów plastycznych zawierających tlenek grafenu lub heksagonalny azotek boru

• Autorzy: Dąbrowski Igor Jakub , Gocman Krzysztof , Kałdoński Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.5556

Warianty tytułu

EN

Tribological properties of grease containing graphene oxide or hexagonal boron nitride

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem publikacji jest przedstawienie wyników badań bazy smaru plastycznego o klasie konsystencji 2 według klasyfikacji NLGI uszlachetnionej różnymi stężeniami tlenku grafenu GO, wyprodukowanego przez Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie, lub heksagonalnego azotku boru h-BN, wytworzonego w Wojskowej Akademii Technicznej. W pierwszej części publikacji przedstawiono podstawowe wiadomości na temat grafenu oraz jego zastosowań, w szczególności w zakresie tribologii. W drugiej części artykułu zaprezentowano wyniki badań właściwości tribologicznych próbek uszlachetnionych tlenkiem grafenu lub heksagonalnym azotkiem boru w ilościach: 0,05%, 0,1%, 0,5%, 1% i 2% masy. Ponadto oceniono właściwości tribologiczne tzw. „pasty grafenowej”, wykonanej z płatkowego tlenku grafenu rozpuszczonego w wodzie. Pomiary zrealizowano przy wykorzystaniu aparatu czterokulowego T-02 i uniwersalnego mikronanotestera UNMT w Zakładzie Tribologii, Inżynierii Powierzchni i Logistyki Płynów Eksploatacyjnych Wydziału Mechanicznego Wojskowej Akademii Technicznej. Otrzymane wyniki wykazały korzystny wpływ wprowadzania do bazowego smaru plastycznego dodatków w postaci tlenku grafenu lub heksagonalnego azotku boru na jego właściwości tribologiczne. Tzw. „wodna pasta” z tlenku grafenu GO okazała się tak samo skuteczna jak smar plastyczny zawierający znaczną koncentrację GO (1% lub 2% m/m).

EN

The purpose of this paper is to present the results of research of tribological behavior of basic greases (of 2. NLGI class) including different mass concentration concentration (0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%) of additives: graphene oxide (produced by the Institute of Electronic Materials Technology, Warsaw) and hexagonal boron nitride (produced by the Military University of Technology, Warsaw). In the first part of this publication there is elementary information about graphene and its applications, especially in tribological field. The next part of the paper contains the results of research on the mentioned above samples, which were investigated with four-ball apparatus T-02 and Universal Micro/Nano Tester UNMT (CETR, CA, USA), at the Department of Tribology and Service Fluids Logistics at the Faculty of Mechanical Engineering, Military University of Technology. The results proved a positive effect of adding graphene oxide or hexagonal boron nitride to basic grease on its tribological properties. In case of “water dispersion of graphene oxide”, its tribological properties were similar to the samples including significant concentration of GO.

Słowa kluczowe

PL

grafen; smar plastyczny; tlenek grafenu; heksagonalny azotek boru

EN

graphene; grease; graphene oxide; hexagonal boron nitride

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 68, nr 3
• Strony: 65--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dąbrowski Igor Jakub

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, Instytut Pojazdów Mechanicznych i Transportu, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Gocman Krzysztof

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, Instytut Pojazdów Mechanicznych i Transportu, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Kałdoński Tadeusz

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, Instytut Pojazdów Mechanicznych i Transportu, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• [1] Aleksandrzak M., Badania nad syntezą i funkcjonalizacją grafenu i tlenku grafenu, (rozprawa doktorska), Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Szczecin 2015.
• [2] Berman D., Erdemir A., Sumant A.V., Graphene: a new emerging lubricant, Materials Today, no. 1, 2014, pp. 31-42.
• [3] Chmielewski M., Właściwości tribologiczne kompozytów Cu-C zawierających grafen, nanorurki i nanoproszek grafitu, Tribologia, nr 5, 2014, s. 45-56.
• [4] Dąbrowska A., Grafen. Otrzymywanie, charakterystyka, zastosowanie, Uniwersytet Warszawski, Warszawa 2016.
• [5] Dąbrowska E., Zastosowanie tlenku grafenu i grafenu w technologii diod laserowych, Przegląd Elektrotechniczny, Wydawnictwo SIGMA NOT¸ nr 9, 2015, s. 202-211.
• [6] Dąbrowski I., Badanie właściwości smarnościowych smaru plastycznego z dodatkiem grafenu, (praca dyplomowa), Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2018.
• [7] Dąbrowski I., Nogas P., Kałdoński T., Nasiłowska B., Djas M., Zastosowanie materiałów grafenowych w tribologii – analiza stanu zagadnienia i badania wstępne, Biuletyn WAT, vol. 68, nr 2, 2019, s. 81-108.
• [8] D’Agostino V., Graphene Oxide Nanosheets as Effective Friction Modifier for Oil Lubricant: Materials, Methods, and Tribological Results, Hindawi Publishing Corporation, ISRN Tribology, vol. 2013, pp. 1-8.
• [9] Dasari B., Nouri J., Brabazon D., Naher S., Graphene and derivatives – synthesis techniques, properties and their energy applications, Energy, 2017, pp. 766-778.
• [10] Dou X., Koltonow A.R., He X., Jang H.D., Wang Q., Chung Y., Haung J., Self-dipersed crumpled graphene balls in oil for friction and wear reduction, Proceedings of the National Academy of Sciences, January 2016, pp. 1528-1533.
• [11] Giemza B., Badania i modelowanie charakterystyk eksploatacyjnych porowatych łożysk ślizgowych impregnowanych smarami plastycznymi, (rozprawa doktorska), Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2007.
• [12] Gomez C.V., Structural and electronic properties of graphene oxide for different degree of oxidation, Materials Today: Proceedings, vol. 3, iss. 3, 2016, pp. 796-802.
• [13] Guo Y., Zhang S., The tribological Properties of Multi-Layered Graphene as Additives of PAO 2 Oil in Steel-Steel Contacts, Lubricants, no 4, 2016, pp. 30-42.
• [14] Hebda M., Grafen – materiał przyszłości, Czasopismo Techniczne, Mechanika, zesz. 22, 8-M/2012, s. 46-53.
• [15] Henker B., Myalski J., Wpływ dodatków węglowych na właściwości tribologiczne kompozytów spiekanych na osnowie aluminiowej, Tribologia, nr 5, 2015, s. 29-40.
• [16] Huczko A., Dąbrowska A., Kurcz M., Grafen. Otrzymywanie, charakterystyka, zastosowania, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa 2016.
• [17] Jang H., Self-dispersed crumpled graphene balls in oil for friction and wear reduction, PNAS, February 9/2016, vol. 113, no. 6, pp. 152-33.
• [18] Kałdoński T., Tribologiczne zastosowania azotku boru, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2013.
• [19] Kałdoński T.J., Badania i ocena alkoksymetyloimidazolowych cieczy jonowych jako nowych smarów dla stalowych węzłów tribologicznych, (rozprawa doktorska), Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2012.
• [20] Kinoshita H., Tribological properties of monolayer graphene oxide sheets as water-based lubricant additives, Carbon, 66, 2014, pp. 720-723.
• [21] Krasodomski W., Krasodomski M., Skibińska A., Mazela W., Nanocząstki węglowe w środkach smarowych. Część I – stan wiedzy, Nafta – Gaz, nr 3, 2014, s. 186-191.
• [22] Mura A., Cura F., Adamo F., Evaluation of graphene compound as lubricant for spline couplings, Tribology International, no 117, 2018, pp. 162-167.
• [23] Nogas P., Badanie właściwości smarnościowych oleju z dodatkiem grafenu, (praca dyplomowa), Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2018.
• [24] Papageorgiou D.G., Mechanical properties of graphene and graphene-based nanocomposites, Progress in Materials Science, 90, 2017, pp. 75-127.
• [25] Partoems B., Peeters F.M., From graphene to graphite: Electronic structure around the K point, Physical Review B 74, 2006, pp. 1-11.
• [26] Rao C.N.R., Graphene. Synthesis, Properties and Phenomena, Wiley-VCH, Singapore 2013.
• [27] Senyk S., Ocena właściwości smarnościowych olejów przekładniowych zawierających heksagonalny azotek boru, (praca dyplomowa), Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2018.
• [28] Smędowski Ł., Grafen – metody otrzymywania a zastosowanie i właściwości, Karbo, 2013, s. 79-87, https://www.researchgate.net/ publication/281816720_Grafen__metody_otrzymywania_a_zastosowanie_i_wlasciwosci, [dostęp: 22.08.2018 r.].
• [29] Świercz R., Grafen – kierunki rozwoju, zastosowanie, Mechanik, nr 12, 2015, s. 67-69, http:// www.mechanik.media.pl/pliki/do_pobrania/artykuly/22/15_67_70.pdf, [dostęp: 22.08.2018 r.].
• [30] Wróblewski E., Babiak M., Iskra A., Innowacyjne zastosowanie grafenu w konstrukcji silników spalinowych w aspektach redukcji tarcia oraz zużywania paliwa, Ekonomika Transportu i Logistyka, nr 74, 2017, s. 457-466.
• [31] Zin V., Improved Tribological and Thermal Properties of Lubricants by Graphene Based Nano-additive, RSC Advances, January 2016, pp. 59477-59485.
• [32] Żelechowska K., Nanotechnologia w praktyce, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2016.
• [33] Karta charakterystyki tlenku grafenu GO, http://www.itme.edu.pl/media/offer/Karta_informacyjna_GO_proszek.pdf, [dostęp: 13.09.2018 r.].
• [34] http://graphenewholesale.com/graphene-structure/, [dostęp: 13.09.2018 r.].
• [35] http http://tirupatigraphite.co.uk/structure-and-properties, [dostęp: 13.09.2018 r.].
• [36] https://universe-review.ca/I13-16-GHstructure.png, [dostęp: 13.09.2018 r.].
• [37] https://www.researchgate.net/publication/258712674_Semiconducting_hexagonal_boron_ nitride_for_deep_ultraviolet_photonics/figures?lo=1, [dostęp: 10.10.2018 r.].

Uwagi

Źródło finansowania badań - dofinansowanie z Działu Spraw Studenckich Wojskowej Akademii Technicznej.