Metoda doboru cienkich, twardych powłok przeciwzużyciowych dla zwiększenia trwałości wysokoobciążonych kół zębatych. Cz. I. Badania wstępne na próbkach modelowych

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

Warianty tytułu

EN

A method for selection of wear resistant, hard, thin coatings to increase life of highly loaded gears. Part I. Preliminary tests in model tribosystems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano nową metodę doboru cienkich, twardych powłok przeciwzużyciowych dla zwiększenia trwałości wysokoobciążonych kół zębatych. Metoda ujęta została w postaci szeregu kryteriów, będących "drogowskazem" doboru z szerokiej gamy dostępnych na rynku tych powłok, które mają potencjał zwiększenia trwałości kół zębatych. Kryteria te dotyczą: - technicznych aspektów osadzania powłok (możliwość powtarzalnego osadzania na kołach zębatych potwierdzona renomą producenta, jak najniższa temperatura osadzania), - aspektów ekonomicznych (niski koszt osadzania), - fizykomechanicznych właściwości powłok (wysoka adhezja do podłoża, wysoka twardość, brak defektów powierzchniowych, jak najniższa chropowatość, jak najniższy współczynnik tarcia), - właściwości tribologicznych ocenianych w skojarzeniu modelowym oraz w warunkach pracy testowej przekładni zębatej. W wyniku szeregu analiz wybrano grupę powłok spełniających trzy pierwsze grupy kryteriów. Następnie poddano je badaniom tribologicznym z zastosowaniem modelowych, smarowanych węzłów tarcia. Wyznaczono odporność na zacieranie skojarzenia czterokulowego, w którym badane powłoki osadzone były na wszystkich elementach testowych (kulkach łożyskowych). Wyznaczono także powierzchniową trwałość zmęczeniową skojarzenia stożek-kule, w którym badane powłoki osadzone były na stożkach. Jako środka smarowego użyto oleju mineralnego z 5% (wag.) zawartością dodatków smarnościowych typu EP (przeciwzatarciowych). W wyniku badań wyselekcjonowano dwie powłoki nowej generacji. Są to: powłoka a-C:H:W - wielowarstwowa, nanostrukturalna powłoka DLC domieszkowana wolframem o handlowej nazwie WC/C oraz powłoka MoS2/Ti - niskocierna powłoka kompozytowa o handlowej nazwie MoST. W celu stwierdzenia przydatności wytypowanych powłok do zwiększania trwałości wysokoobciążonych kół zębatych wymagane są jeszcze badania weryfikacyjne z użyciem testowej przekładni zębatej. Ich wyniki są przedmiotem cz. II artykułu.

EN

The paper describes a method for selection of wear resistant, hard, thin coatings to increase life of highly loaded gears. The method includes a number of criteria which make it possible to select from many existing coatings those which can improve the gear life. These criteria concern: - technical aspects of coating deposition (possibility of repeatable deposition on gears confirmed by coater's renown, low deposition temperature), - economic aspects (low cost of deposition), - physico-mechanical properties of coatings (good adhesion to the substrate, high hardness, lack of surface defects, low roughness, low friction coefficient), - tribological properties determined in a model tribosystem and component tests using a test gear. Through a series of analyses a limited number of coatings meeting the first three above groups of requirements was selected. Then, tribological tests in model, lubricated tribosystems were performed. Scuffing resistance of a four-ball tribosystem was assessed; the tested coatings had been deposited on all test balls. Surface fatigue life was determined using a cone-balls tribosystem; the coatings had been deposited on the cones. A mineral base oil blended with extreme-pressure (EP) additives at 5% wt. concentration was used for lubrication. The research made it possible to finally select two new-generation coatings. They are: a-C:H:W coating - multilayer, nanostructural DLC coating doped with tungsten, having the trademark WC/C, and MoS2/Ti coating - low friction, composite coating having the trademark MoST. To verify the applicability of the selected coatings to increase life of highly loaded gears, tribological component tests need to be performed yet using a test gear. The results of these tests are presented in the part II of the paper.

Słowa kluczowe

PL

koła zębate; powłoki przeciwzużyciowe; odporność na zacieranie; powierzchniowa trwałość zmęczeniowa; aparat czterokulowy; aparat do badania pittingu

EN

gears; wear resistant coatings; resistance to scuffing; surface fatigue life; four-ball tester; pitting tester

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2007
• Tom: nr 5
• Strony: 81--95
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Michalczewski R.

autor

Piekoszewski W.

autor

Szczerek M.

autor

Tuszyński W.

• Instytut Technologii Eksploatacji - Państwowy Instytut Badawczy (ITeE - PIB), Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom

Bibliografia

• 1. Nosal S.: Tribologiczne aspekty zacierania się węzłów ślizgowych. Wyd. Politechniki Poznańskiej. Poznań 1998.
• 2. Szczerek M., Tuszyński W.: Badania tribologiczne. Zacieranie. Wyd. ITeE. Radom 2000, s. 142.
• 3. Lawrowski Z.: Tribologia. Tarcie, zużywanie i smarowanie. PWN. Warszawa 1993.
• 4. Pytko S., Szczerek M.: Pitting - forma niszczenia elementów tocznych. Tribologia. 1993, nr 4/5, s. 317-334.
• 5. Joachim F.: Influence of coatings and surface improvements on the lifetime of gears. Materiały Konferencji COST 532 w Ghent (Belgia), 2005, s. 138-147.
• 6. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: The investigation of thin hard coatings and environmentally friendly lubricants in heavy-loaded rolling and sliding contacts. Materiały Konferencji COST 532 w Ljubljanie (Słowenia). 2007, t. II, s. 377-388.
• 7. Podgornik B.: Coated machine elements - fiction or reality? Surface & Coatings Technology. 2001, t. 146-147, s. 318-323.
• 8. Jiang J.C. i inni: Structure and mechanics of W-DLC coated spur gears. Surface & Coatings Technology. 2003, t. 176, s. 50-56.
• 9. Mercer C. i inni: Materiał removal on lubricated steel gears with W-DLC-coated surfaces. Surface & Coatings Technology. 2003, t. 173, s. 122-129.
• 10. Amaro R., Martins R., Seabra J.: MoST coating for gears. Raport Europejskiego Wirtualnego Instytutu Tribologicznego VTI (red. Vercammen K., Van Acker K., Meneve J.): Current trends in tribology. Wyd. ITeE-PIB. Radom 2004, s. II.13-II.16.
• 11. Amaro R. i inni: Molybdenum disulphide/titanium low friction coating for gears application. Tribology International. 2005, t. 38, s. 423-434.
• 12. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: Thin hard coatings for application in machine components. Materiały 5 Międzynarodowej Konferencji "The Coatings in Manufacturing Engineering" w Kallithea-Chalkidiki (Grecja). 2005, s. 179-185.
• 13. Sprawozdanie końcowe z realizacji projektu badawczego (grantu) nr 4 T07B 011 27: Zużycie tribologiczne wysokoobciążonych węzłów tarcia, z elementami pokrytymi cienkimi, twardymi powłokami, smarowanych ekologicznymi olejami naturalnymi i syntetycznymi. Praca pod kier. R. Michalczewskiego. Zakład Tribologii ITeE - PIB. Radom 2007.
• 14. Sprawozdanie końcowe z realizacji projektu badawczego zamawianego PBZ-02, zadanie 1.5: Rozwój technologii wytwarzania wysokoobciążonych kół zębatych z wykorzystaniem twardych powłok przeciwzużyciowych. Praca pod kier. M. Szczerka. Zakład Tribologii ITeE - PIB. Radom 2006.
• 15. PN-76/C-04147. Badanie własności smarnych olejów i smarów.
• 16. Michalczewski R., Piekoszewski W., Wulczyński J.: Metoda badania powierzchniowej trwałości zmęczeniowej elementów z powłokami przeciwzużyciowymi. Problemy Eksploatacji. 2003, nr 4, s. 91-100.
• 17. Michalczewski R., Piekoszewski W.: The method for assessment of rolling contact fatigue of PVD/CVD coated elements in lubricated contacts. Tribologia. Finish Journal of Tribology. 2006, t. 25, nr 4, s. 34-43.