Zastosowanie powłok DLC do zwiększania odporności na zacieranie kół zębatych smarowanych olejem ekologicznym

• Autorzy: Michalczewski R. , Tuszyński W. , Szczerek M.

Warianty tytułu

EN

The application of DLC coatings for increasing the scuffing resistance of gears lubricated wit h ecological oil

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było zbadanie wpływu powłok DLC osadzanych technikami próżniowymi, na odporność na zacieranie modelowej przekładni zębatej. Do badań wytypowano trzy rodzaje powłok typu DLC: a-C:H:W, a-C:Cr i a-C:H. Powłoka a-C:H:W została osadzona metodą PVD (Physical Vapour Deposition) z wykorzystaniem reaktywnego rozpylania magnetronowego. Powłoka a-C:Cr. o dominującym udziale struktury sp2, została osadzona w procesie CFUBMSIP (Closed Field Unbalanced Magnetron Sputter Ion Plating). Powłokę a-C:H o znacznym udziale struktury węgla sp2 osadzono na warstwie Cr, z międzywarstwą z CrC. Powlekanie przeprowadzono w procesie PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition). Badania wykonano metodą A/8.3/90, realizowaną w ITeE-PIB za pomocą stanowiska przekładniowego T-12U (typu FZG). Badania zostały przeprowadzone dla kół pokrytych powłokami DLC oraz, dla odniesienia, dla kół bez powłoki. Przekładnię smarowano zanurzeniowo olejem ekologicznym bez dodatków smarnościowych. Uzyskane wyniki odniesiono do wyników badań kół stalowych smarowanych olejem przekładniowym (klasy GL-5 wg API) z pełnym pakietem dodatków. Wyniki przeprowadzonych badań dowodzą, że istnieje możliwość przeniesienia niektórych funkcji środków smarowych na powłoki przeciwzużyciowe. Dodatkowym efektem zastosowania powłoki węglowej a-C:H:W na powierzchnie robocze kół zębatych smarowanych olejem ekologicznym, było obniżenie temperatury pracy węzła tarcia (o ok. 20°C) i zmniejszenie oporu ruchu - wzrost sprawności (o ok. 20%).

EN

The objective of the study was the investigation of the effect of DLC coatings deposited by vacuum methods on scuffing resistance of coated gears. Three kinds of DLC coatings were tested: a-C:H:W, a-C:Cr and a-C:H. The a-C:H:W coating was deposited by PVD method (Physical Vapour Deposition) with reactive magnetron sputtering. The a-C:Cr coating, with dominating sp3 structure was deposited in CFUBMSIP process (Closed Field Unbalanced Magnetron Sputter Ion Plating). The a-C:H coating with dominating sp3 structure was deposited in PECVD process (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition).The gear tests were preformed using FZG A/8.3/90 method, employing T-12U testing fig. The tests were done for DLC coated gears and for uncoated gears. The gears were lubricated with eco-oil. The obtained results were compared to results achieved for steel uncoated gears lubricated with high performance gear oil with full package of additives (GL-5 performance level according to API). The performed results indicate that under extreme-pressure conditions DLC coating can take over the functions of AW/EP additives. For the a-C:H:W coated gears lubricated with ecological oil the oil temperature was lower by 20°C, and the friction was lowered by 20% than those achieved for uncoated steel gears lubricated with high performance GL-5 gear oil.

Słowa kluczowe

PL

powłoki diamentopodobne (DLC); stanowisko przekładniowe; zacieranie; smar ekologiczny

EN

DLC coatings; gear test rig; scuffing; ecolubricants

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 3
• Strony: 49--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Michalczewski R.

autor

Tuszyński W.

autor

Szczerek M.

• Instytut Technologii Eksploatacji - PIB, Radom

Bibliografia

• [1] Michalczewski R: Badania tribologiczne elementów z powłokami przeciwzużyciowymi, tworzącymi smarowany styk skoncentrowany. Rozprawa doktorska. Łódź. 2002.
• [2] Hurasky-Schonwerth O., Weck M., Spechtel B., Krell M.: Coated gearings and bearings optimized for environmentally acceptable lubricants. 13 International Colloquium Tribology. Esslingen (Niemcy), 15-17 stycznia 2002, s. 1787-1796.
• [3] Kalin M., Vižintin J., Vercammen K., Barriga J., Arnšek A: The lubrication of DLC coatings wit h biodegradable synthetic and vegetable oils. NORDTRIB'04. 11th Nordic Symposium on Tribology, Tromso, Harstad, Hurtigruten (Norwegia), 1-5 czerwca 2004, s. 535-547.
• [4] Michalczewski R, Piekoszewski W.: Wear and friction of law friction coatings in dry conditions. Tribologia. Finish Journal of Tribology. 2007, Vol. 26 (3), s. 9-21.
• [5] Wänstrand O.: Wear resistance of law friction coatings for machine elements. Rozprawa doktorska. Uniwersytet w Uppsali. Uppsala 2000.
• [6] Vercammen K., Haefke H., Gerbig Y., Van Hulsel A., Pfluger E., Meneve J.: A comparative study of state-of-the-art diamond-like carbon films. Surface and Coatings Technology. 2000, nr 133-134, s. 466-472.
• [7] Podgornik B.: Coated machine elements - fiction or reality? Surface and Coatings Technology. 2001, nr 146-147, s. 318-323.
• [8] Gåhlin R., Larsson M., Hedenqvist P.: ME-C:H coatings in motor vehicles. Wear. 2001, nr 249, s. 302-309.
• [9] Hedenqvist P., Hansson G.: PVD-coating of machine components. 8th International Conference in Tribology NORDTRIB '98, Ebeltoft (Dania), 7-10 czerwiec 1998, s. 943-948.
• [10] Vetter J., Barbezat G., Crummenauer J., Avissar J.: Surface treatment selections for automotive applications. Surface and Coatings Technology. 2005, nr 200, s.1962-1968.
• [11] Joachim F.: Influence of coatings and surface improvements on the lifetime of gears. COST 532 Conference, Triboscience- and Tribotechnology, Gent (Belgia), 18 19 października 2004, s. 138-147.
• [12] Krantz T.L., Cooper C.V., Townsend D.P., Hansen B.o.: Increased Surface Fatigue Lives of Spur Gears by Application of a Coating. Raport NASA/TM-2003-212463. 2003.
• [13] Person K., Gåhlin R.: Tribological performance of a DLC coatings in combination with water-based lubricants. Tribology International. 2003, nr 36, s. 851-855.
• [14] Podgornik B., Jacobson S., Hogmark S.: Influence of EP and AW additives on the tribological behaviour of hard law friction coatings. Surface and Coatings Technology. 2003, nr 165, s. 168-175.
• [15] Stavlid N.: On the formation of low-friction tribofilms in Me OLC steel Sliding Contacts. Rozprawa doktorska. Uniwersytet w Uppsali. Uppsala 2006.
• [16] Kalin M., Vižintin J.: A comparison of the tribological behaviour of steel/steel, steel/DLC and DLC/DLC contacts when lubricated with mineral and biodegradable oils. NORDTRIB'04. 11th Nordic Symposium on Tribology, Tromso, Harstad, Hurtigruten (Norwegia), 1-5 czerwca 2004, s. 549-564.
• [17] Beckers M., Lugscheider E., Bobzin K., Burckhardt M.: Development and characterization of innovative PVD-coatings for environmental compatible tribological systems. 13 International Colloquium Tribology. Esslingen (Niemcy), 15-17 stycznia 2002, s. 1765-1773.
• [18] Jiang J.C., Meng W.J., Evans A.G., Cooper C.V.: Structure and mechanics of W-DLC coated spur gears. Surface & Coatings Technology, vol. 176, 2003, s. 50-56.
• [19] Stallard J., Teer D.G.: A study of the tribological behaviour of CrN, Graphit-iC and Dymon-iC coatings under oil lubrication. Surface & Coatings Technology, vel. 188-189,2004, s. 525-529.
• [20] PN-78/C-04169. Badanie zdolności olejów smarowych do przenoszenia obciążeń.
• [21] DIN 51 354. Teil 2. FZG - Zahnrad - Verspannungs-Prüfmaschine. Prüfverfahren A/8,3/90 für Schmieröle.
• [22] IP 334/86. Load-carrying capacity tests for oils. FZG gear machine.