Badania tribologiczne hybrydowych warstw kompozytowych Ni-SiC-fluoropolimer

• Autorzy: Szeptycka B. , Skrzyniowski A.

Warianty tytułu

EN

The tribological investigations of the hybrid composite Ni-SiC-fluoropolymer layers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W tribologicznym styku ciał stałych zachodzą procesy tarcia i zużycia. W przypadku, gdy występuje małe tarcie i małe zużycie (co zdarza się w takich ślizgowych węzłach tarcia, jak np. łożyska, przekładnie, mechanizmy krzywkowe, prowadnice), kontakt dwóch powierzchni ciał stałych poddany jest odkształceniom sprężystym. W modelu tarcia powierzchni rzeczywistych warunkiem czysto sprężystych odkształceń dla bardzo gładkich powierzchni będzie stosunek E/Y < 70, a dla powierzchni chropowatych E/Y < 3,5. Cząstki ceramiczne spełniają pierwszy warunek, a polimery drugi. Osadzano elektrochemicznie hybrydowe powłoki kompozytowe z osnową niklową i cząstkami ceramicznymi SiC oraz cząstkami fluoropolimerów: PTFE i CFx. W tabeli 1 podano charakterystykę użytych cząstek, a w tabeli 2 wyniki pomiarów zawartości cząstek w powłokach hybrydowych oraz chropowatość i mikrotwardość tych warstw. Mikrotwardość hybrydowych powłok kompozytowych jest różna i nie zawsze większa od mikrotwardości powłoki niklowej. Wytworzone warstwy miały małą chropowatość, ale nie była ona skorelowana z zawartością cząstek dyspersyjnych w powłoce. Można przypuszczać, że również rodzaj wbudowanych cząstek wpływał na końcową chropowatość powłoki hybrydowej. Na rysunkach 1-5 przedstawiono ich mikrostruktury. Wyniki analizy składu chemicznego wytworzonych powłok hybrydowych zestawiono w tabeli 3. Pomiary zużycia i współczynnika tarcia wykonano na testerze T-05 w warunkach tarcia technicznie suchego i ze smarowaniem przy zastosowaniu różnych prędkości poślizgu w zakresie 0,27-1 m/s oraz obciążenia 50 i 100 N. Wyniki pomiarów współczynnika tarcia tych powłok i podłoża zamieszczono w tabelach 4 i 5. Dane odporności na zużycie hybrydowych powłok kompozytowych i dla porównania podłoża przedstawiono w tabelach 6 i 7. Porównując otrzymane wyniki badań powłok Ni-SiC-fluoropolimer stwierdzono, że są one kilkakrotnie bardziej odporne na zużycie ścierne w porównaniu ze stalą w warunkach tarcia ze smarowaniem. Również współczynnik tarcia w tych warunkach był mniejszy i obniżał się znacząco ze wzrostem obciążenia i prędkości poślizgu. Trudno jednak przesądzić, czy główny wpływ na to miało smarowanie czy samosmarne właściwości badanych powłok. Hybrydowa powłoka kompozytowa Ni-SiC1OOO-DT miała mniejszy współczynnik tarcia i większą odporność na zużycie niż inne badane warstwy kompozytowe. Odznaczała się ona dużą mikrotwardością, małą chropowatością i małą zawartością wbudowanych cząstek dyspersyjnych.

EN

The tribological contact of solid bodies results in the two major phenomena of friction and wear. The situations where friction and wear are both Iow, as in bearings, gears, cams, slideways etc, the surface of contacting bodies are in thc elastic stress condition. The conditions for purely elastic deformation of model surface asperities are: E/Y < 70 for very smooth surface and E/Y < 3.5 for rougher surface. The first condition is realised by the ceramic particles, the second - by polymers. In present work the hybrid composite clectrochemical coatings were prepared with nickel matrix and SiC as the ceramic particles and PTFE or CFx as polymer particles. Table 1 shows the particle's character. The particles contents, roughness of surface and microhardness of the hybrid coatings used in the test are given (Tab. 2). Microhardness of hybrid composite coatings is different (Tab. 2) and not always greater than microhardness of Ni coating. The roughness of hybrid composite is Iow, but it is not connected with content of dispersion of particles in the coating. It is probable that the type of built-in particles also influences the roughness of hybrid coating. SEM micrographs of these coatings are presented in Figures 1-5. In Table 3 the results of the chemical composition analysis of the composite coatings are presented. The sliding wear tests were performed by wheel abrasion test based on microprocessor tribology set T-O5-tester type-roller-block, without lubrication and with lubrication along the specimen surface at a speed rangę of 0.27-1 m/s under specific load in the range of 50 and 100 N. In Tables 4 and 5 the coefficients of friction are presented. The results obtained from wear tests for the hybrid composite coatings are summarized in Tables 6 and 7. Data, regarding the substrate are also included for comparison. Comparing results obtained for Ni-SiC-fluoropolymer it has been found that the composites was many times more wear resistant in comparison with steel for the friction with lubrication. The coefficicnt of friction in these conditions was Iow and significantly decreased during friction investigations with increase of load and also rubbing speed but it could be caused by lubrication agent as well as self-lubricating properties of these composite coatings. The hybrid composite coating Ni-SiC1OOO-DT has lower coefficient of friction and higher wear resistance than other investigated layers. This coating has a high microhardness, Iow roughness and also Iow content of built-in dispersion particles.

Słowa kluczowe

EN

hybrid; composite; nickel; electrochemical coating; wear; friction coefficient

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 3, nr 8
• Strony: 325--331
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szeptycka B.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, ul. Duchnicka 3, 01-796 Warszawa

autor

Skrzyniowski A.

• Politechnika Krakowska, Instytut Pojazdów Samochodowych i Silników Spalinowych, al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków

Bibliografia

• [1] Brand J., Metalloberfl. 1998, 52, 9.
• [2] Halling J., Thin Solid Films 198, 108, 103.
• [3] Tanida Y., Pat. japoński JP 05255896, 1992.
• [4] Kurosawa K., Kawagoe R., Kojima T., Pat. japoński JP 0707496, 1994.
• [5] Kobayashi Y. Pat. japoński JP 08311696, 1995.
• [6] Guo Z., Den L., Yang X., Zhu X., Cailao Baohu 2001, 34(1), 4-5, 11.
• [7] Szeptycka B., Dyspersyjne hybrydowe kompozyty metalowo-polimerowo-ceramiczne osadzane elektrochemicznie, Praca statutowa IMP, 1998.
• [8] Szeptycka B., Inżynieria Powierzchni 1999, 2, 8.
• [9] Szeptycka B., Inżynieria Powierzchni 2000, 3, 12.
• [10] Szeptycka B., Opracowanie technologii galwanicznych powłok Ni-PTFE-SiC, Praca statutowa IMP, 1999.
• [11] Szeptycka B., Galwaniczne powłoki hybrydowe Ni-SiC-PTFE. Badania ćwierć techniczne, Praca statutowa IMP, 2000.
• [12] Szeptycka B., Inżynieria Powierzchni 2000, 4, 19.
• [13] Szeptycka B. Inżynieria Powierzchni 2001, 3, 21.
• [14] Szeptycka B., Galvanotechnik 2002, 3, 663.
• [15] Szeptycka B., Ochrona przed korozją, wydanie specjalne, 7th Polish Corrosion Conference Korozja 2002, 390.
• [16] Szeptycka B., Przeciwzużyciowe samosmarne powłiki elektrochemiczne w zespołach ciernych (na przykładzie środków transportu), projekt badawczy nr 7 T08C 010 20.
• [17] Szeptycka B., Hybrydowe niklowe powłoki elektrochemiczne Ni-SiC-PTFE, Kompozyty 2001, 2, 137-140.