Właściwości tribologiczne smarowanych skojarzeń tarciowych z udziałem cienkich powłok węglowych modyfikowanych wolframem

• Autorzy: Pancielejko M. , Czyżniewski A.

Warianty tytułu

EN

Tribological properties of lubricated frictional contacts with participation of tungsten-doped carbon thin coatings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości tribologicznych smarowanych, ślizgowych skojarzeń tarciowych z udziałem cienkich powłok węglowych modyfikowanych wolframem (W-C:H). Powłoki o zróżnicowanej zawartości wolframu (2÷10% at.) wytworzono na podłożach (tarczach i kulach) ze stali łożyskowej 100Cr6 metodą impulsowego reaktywnego rozpylania magnetronowego. Testy tribologiczne, z wykorzystaniem metody tarcza-kula, przeprowadzono dla skojarzeń tarciowych powłoka-stal 100Cr6 (tarcza pokryta powłoką) i powłoka-powłoka (tarcza oraz kula-przeciw-próbka pokryte taką samą powłoką) oraz dla porównania stal 100Cr6- stal 100Cr6, tzn. dla skojarzenia bez udziału powłoki. Testy wykonywano w warunkach smarowania olejem bez dodatków uszlachetniających (bazowego) i z dodatkami (silnikowego). Niezależnie od rodzaju oleju, skojarzenia tarciowe z udziałem powłoki W-C:H wykazują niższy współczynnik tarcia (<0,05) w porównaniu ze skojarzeniem stal 100Cr6-stal 100Cr6 (f ~ 0,07). Najwyższe zużycie zarowno tarczy (kvc < 3×10-8 mm3/Nm), jak i przeciw- próbki (kvb = 2×10-7 mm3/Nm), wykazuje skojarzenie bez udziału powłoki, badane w warunkach smarowania olejem bazowym. W skojarzeniach tarciowych z udziałem powłoki W-C:H, niezależnie od rodzaju oleju, występuje praktycznie niemierzalne zużycie powłoki W-C:H wytworzonej na tarczy oraz niskie zużycie przeciwpróbek - równe lub niższe od zużycia przeciw- próbki w skojarzeniu stal 100Cr6-stal 100Cr6 smarowanym olejem silnikowym. Najniższy współczynnik tarcia (<0,04) oraz praktycznie niemierzalne zużycie powłoki i najniższe zużycie przeciwpróbki (kvb < 3×10-9 mm3/Nm), wykazują skojarzenie tarciowe powłoka-powłoka, gdy zawartość wolframu w powłokach wynosi 7÷10% at. Zużycie stalowych przeciwpróbek w skojarzeniu powłoka-stal 100Cr6 praktycznie nie zależy od rodzaju oleju, przy czym jest istotnie wyższe (kvb < 5×10-8 mm3/Nm) w porównaniu ze zużyciem przeciwpróbek w skojarzeniu powłoka-powłoka i wzrasta ze wzrostem zawartości wolframu w powłokach. Wyniki badań wskazują, że zastosowanie cienkich powłok węglowych modyfikowanych wolframem do pokrywania stalowych elementów skojarzeń tarciowych wpływa na obniżenie oporów tarcia oraz mniejsze zużycie elementów niezależnie od rodzaju zastosowanego oleju, co wskazuje także na potencjalne możliwości ograniczenia lub nawet eliminacji agresywnych dodatków do olejów.

EN

Results of experimental investigations on the tribological properties of lubricated, sliding frictional contacts with participation of tungsten-doped carbon thin coatings (W-C:H) are presented in this paper. Coatings with content of tungsten of 2÷10 at. % were deposited on 100Cr6 bearing steel substrates (disks and balls) by the pulsed reactive magnetron sputtering method. A ball-on-disk method was applied for tribological testes. Tests were carried out for the frictional contacts of coating-100Cr6 steel (only disk coated with a coating) and coating-coating (a disk and counterpart coated with the same coating) and also for frictional contact without coating (100Cr6 steel-100- Cr6 steel) for comparison. Tests were being carried out in conditions of lubricating with oil without ennobling additives (base) and with additives (engine). Generally, independently of the kind of oil, frictional contacts with the participation of the W-C:H coating are demonstrating the lower friction coefficient (<0.05) in the comparison to the 100Cr6 steel-100Cr6 steel frictional contact (f ~ 0.07). The highest wear of disk (kvc < 3×10-8 mm3/Nm) and counterpart (kvb = 2×10-7 mm3/Nm) are showing frictional contact without coating in base oil lubricating conditions. In frictional contact with the participation of the W-C:H coating, independently of the kind of oil, practically a non-measurable wear of the W-C:H coated disk was occurring and low wear counterparts - equal or lower than the wear of counterpart in 100Cr6 steel- 100Cr6 steel frictional contact with engine oil lubrication. When the content of tungsten in coatings amounts 7÷10 at. % the lowest friction coefficient (<0.04) and practically non-measurable wear of the coating and the lowest wear of counterparts (kvb < 3×10-9 mm3/Nm) are demonstrating the coating- coating frictional contact. Wear of steel counterparts in the coating-100- Cr6 steel frictional contact practically doesn't depend on the kind of oil, in addition it is significantly higher (kvb < 5×10-8 mm3/Nm) in the comparison to the counterparts wear in the coating-coating frictional contact and is growing with the rise of tungsten content in coatings. The application of tungsten- doped carbon coatings to coating of the frictional contacts steel elements affects a decrease in friction force and lower wear of elements independently of the kind of oil was used, what is pointing out also to potential options of the reduction or even an elimination of aggressive oil additives.

Słowa kluczowe

PL

powłoki węglowe modyfikowane wolframem; skojarzenie tarciowe; oleje smarowe; właściwości tribologiczne

EN

tungsten-doped carbon coatings; frictional contact; oils lubricants; tribological properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 4
• Strony: 1153--1156
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pancielejko M.

autor

Czyżniewski A.

• Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i techniki Próżniowej, Politechnika Koszallińska,

Bibliografia

• [1] Czyżniewski A.: Wytwarzanie i właściwości powłok węglowych modyfikowanych wolframem. Inżynieria Materiałowa 6 (2008) 772-775.
• [2] Czyżniewski A., Gulbiński W., Pancielejko M., Randóczi G., Szerencsi M.: Mikrostruktura i właściwości cienkich powłok węglowych modyfikowanych wolframem. Inżynieria Materiałowa, 6 (2009) 529-532.
• [3] Donnet C.: Recent progress on the tribology of doped diamond-like and carbon alloy coatings: a review. Surface and Coatings Technology 100- 101 (1998) 180-186.
• [4] Jiang J. C., Meng W. J., Evans A. G., Cooper C. V.: Structure and mechanics of W-DLC coated spur gears. Surface and Coatings Technology 176 (2003) 50-56..
• [5] Wänstrand O., Larsson M., Hedenqvist P.: Mechanical and tribological evaluation of PVD WC/C coatings. Surface and Coatings Technology 111 (1999) 247-254.
• [6] Yonekura D., Chittenden R. J., Dearnley P. A.: Wear mechanisms of steel roller bearings protected by thin, hard and low friction coatings. Wear 259 (2005) 779-788.
• [7] Kalin M., Vižintin J.: The tribological performance of DLC-coated gears lubricated with biodegradable oil in various pinion/gear material combinations. Wear 259 (2005) 1270-1280.
• [8] Podgornik B., Hren D., Vižintin J., Jacobson S., Stavlid N., Hogmark S.: Combination of DLC coatings and EP additives for improved tribological behaviour of boundary lubricated surfaces. Wear 261 (2006) 32-40.
• [9] De Barros’Bouchet M. I., Martin J. M., Le-Mogne T., Vacher B.: Boundary lubrication mechanisms of carbon coatings by MoDTC and ZDDP additives. Tribology International 38 (2005) 257-264.
• [10] Kalin M., Vižintin J.: Differences in the tribological mechanisms when using non-doped, metal-doped (Ti, WC), and non-metal-doped (Si) diamond- like carbon against steel under boundary lubrication, with and without oil additives. Thin Solid Films 515 (2006) 2734-2747.
• [11] Żółtowski B.: Oleje silnikowe w środowisku. Wydawnictwo Oddziału PAN w Lublinie, MOTROL – Motoryzacja i Energetyka Rolnictwa 6 (2004) 324-332.
• [12] Orlen Oil Sp. z o. o: Karty charakterystyki preparatu. http://www.orlenoil. pl.