Friction and wear with WS2 nanoparticles under mixed and boundary lubrication

• Autorzy: Leshchynsky V. , Weinert H. , Ignatiev M. , Kozubowski J. A. , Smalc-Koziorowska J.

Warianty tytułu

PL

Tarcie i zużycie z nanocząstkami WS2 w warunkach smarowania mieszanego i granicznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The mixture of Inorganic Fullerene-like (IF) WS2 and Graphene-like nanoparticles were tested under mixed and boundary lubrication in air. The mixture of nanoparticles was synthesized by chemical vapor condensation (CVC) by the pyrolysis of W(CO)6 carbonyls. The synthesized nanoparticles were not found to give an ultra-low friction coefficient compared to hexagonal 2H-WS2 nanoparticles made by special rolling-milling technique. However, under the conditions of our experiments using contact loads of 300-900N and sliding velocity 0.44m/sec it is found that all nanoparticles can dramatically improve the anti-wear properties of the base oil. Additionally, an unusual friction behavior was found for nanoparticle suspension applied in step-load tests. A sharp drop of friction coefficient (up to 0.015) was registered at the normal load increase while usually friction coefficient sharp increase (up to 0.025) occurs for oil lubrication case. The nanoparticles and the interface were investigated using High Resolution TEM, SEM, XRD and surface analyses (XPS) on the wear tracks. The WS2 graphene-like nanoparticles were found to present in amorphous-crystalline mixture. The WS2 films were generated at the interface. Shear-induced reorientation of the graphene-like nanoparticles at the increase of contact stress assured low friction and unusual friction behaviour as compared to those of oil lubrication.

PL

Badano mieszaninę nieorganicznych cząstek fullerenopodobnych (IF) WS2 i grafenopodobnych w warunkach smarowania mieszanego i granicznego w powietrzu. Mieszaninę nanocząstek syntetyzowano w drodze skraplania pary chemicznej (CVC) przez pirolizę karbonylów W(CO)6. Nie stwierdzono, by zsyntetyzowane nanocząstki dawały bardzo niski współczynnik tarcia w porównaniu z sześciokątnymi nanocząstkami 2H-WS2 sporządzonymi specjalną techniką walcowania-mielenia. Jednakże, w warunkach naszych doświadczeń z zastosowaniem obciążeń stykowych 300-900 N i prędkości poślizgu 0,44 m/sek okazuje się, że wszystkie nanocząstki mogą znacznie poprawić przeciwzużyciowe własności oleju bazowego. Ponadto, stwierdzono niezwykłe zachowanie tarciowe dla zawiesiny nanocząstek stosowanej w próbach obciążania krokowego. Duży spadek współczynnika tarcia (do 0,015) zanotowano przy normalnym wzroście obciążenia, gdy tymczasem w przypadku smarowania olejem zwykle zdarza się duży wzrost współczynnika tarcia (do 0,025). Nanocząstki i powierzchnię styku poddano badaniu za pomocą TEM, SEM, XRD o wysokiej rozdzielczości i w drodze analizy powierzchniowej (XPS) na śladach zużycia. Stwierdzono obecność grafenopodobnych nanocząstek WS2 w mieszaninie amorficzno-krystalicznej. Na powierzchni styku tworzyły się filmy WS2. Spowodowana ścinaniem reorientacja nanocząstek grafenopodobnych przy wzroście naprężenia stykowego zapewniła niskie tarcie i niezwykłe zachowanie tarciowe w porównaniu ze smarowaniem olejowym.

Słowa kluczowe

EN

IF-WS2 nanoparticles; graphene-like nanoparticles; high resolution TEM; lubricated friction; XPS analysis

PL

nanocząstki IF WS2; nanocząstki grafenopodobne; TEM o wysokiej rozdzielczości; tarcie ze smarowaniem; analiza XPS

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2008
• Tom: T. 19, nr 1
• Strony: 29--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Leshchynsky V.

autor

Weinert H.

autor

Ignatiev M.

autor

Kozubowski J. A.

autor

Smalc-Koziorowska J.

• Metal Forming Institute, Poznań

Bibliografia

• [1] L. Rapoport, Yu. Bilik, Y. Feldman, M. Homyonfer, S.R. Cohen and R. Tenne, Nature 387 (1997) 791.
• [2] R. Tenne, L. Margulis, M. Genut and G. Hodes, Nature 360 (1992) 444.
• [3] L. Margulis, G. Salitra, R. Tenne and M. Talianker, Nature 365 (1993) 113.
• [4] M. Chhowalla and G.A.J. Amaratunga, Nature 407 (2000) 164.
• [5] J.J. Hu and J.S. Zabinski, Tribology Letters, Vol. 18 (2005) 173-180
• [6] L. Rapoport, Y. Feldman, M. Homyonfer, H. Cohen, J. Sloan, J.L. Hutchison and R. Tenne, Wear 225–229 (1999) 975.
• [7] Liu, G., Wang, Q. J., and Lin, C., Tribol. Trans., 42 (1999) 581–591.
• [8] C.J. Choi, O. Tolochko, B.K. Kim, Materials Letters 56 (2002) 289– 294.
• [9] S. Stankovich, D. A. Dikin, G.H. B. Dommett, K. M. Kohlhaas, E. J. Zimney, E. A. Stach, R. D. Piner, S. T. Nguyenand ,R. S. Ruoff, Nature 442 (2006) 282-286.
• [10] J. C. Meyer, A. K. Geim, M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, T. J. Booth & S. Roth, Nature 446 (2007) 60-63.
• [11] J.M.Martin, C.Donnet and Th.Le Mogne, Physical Review B, 48 (14) (1993) 10583-10586.