The effect of model compounds on load-carrying capacity of a-C:H:W coated elements. Part II. Selected organic sulphur and phosphorus compounds

• Autorzy: Vlad M. , Kajdas Cz. , Michalczewski R.

Warianty tytułu

PL

Wpływ wybranych dodatków na nośność warstwy smarowej skojarzeń ciernych z elementami pokrytymi powłoką a-C:H:W. Część II. Wybrane związki organiczne zawierające siarkę i fosfor

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper is the continuation of previous research and reflects the results of sulphur and phosphorus containing tribological compounds considered as potential anti-wear additives for heavy-loaded a-C:H:W coated machine parts. In Part I [L. 1] the results focused on CHO and CHNO model compounds were presented. In the present work four kinds of organic sulphur compounds and two kinds of organic phosphorus compounds were investigated. The compounds were added at 0.1% wt. and 1% wt. concentration in PAO-8 base oil. The a-C:H:W coating was deposited on bearing steel (100Cr6) balls using PVD reactive sputtering. The load-carrying capacity was measured as scuffing load using the T-02 four-ball apparatus. Similarly as in [L. 1], both uncoated steel balls and the steel a-C:H:W coated balls were investigated, and the method with continuously increasing load was applied. For a-C:H:W coated balls using 0.1% wt. and 1% wt. concentration of organic sulphur compounds, in the base oil, only 1-adamantanethiol showed a slight increase in the scuffing load value. The increase in concentration of benzyl disulphide (BDS) up to 1% wt. increased the scuffing load values for the uncoated steel tribosystem, but the increase in concentration of this compound is harmful for coated balls. Also the both organic phosphorus compounds at the treat rate of 0.1% and 1% wt. in the base oil did not show any improvement in scuffing load values for the coated balls. On the other hand, the increasing concentration of these phosphorus containing compounds in the base oil, improved the load-carrying capacity of the steel tribosystem. Thus, this work also aims at accounting for the action mechanism difference of BDS interaction with steel and the coating. The same is due to the tested phosphorus containing model compounds. This paper contributes to better understanding the interaction of sulphur and phosphorus containing compounds and shows that such kind of compounds are not effective for increasing the load-carrying capacity of a-C:H:W coated machine parts. Presently the research is being continued with focus on commercial additives and new materials.

PL

Artykuł jest kontynuacją wcześniejszych prac i zawiera wyniki badań organicznych związków siarki i fosforu jako potencjalnych dodatków przeciwzużyciowych dla wysokoobciążonych węzłów tarcia z elementami pokrytymi powłoką a-C:H:W. W części pierwszej [L. 1] przedstawione zostały wyniki badań dla związków typu CHO i CHNO. W bieżącym artykule zaprezentowano wyniki uzyskane dla czterech rodzajów organicznych związków siarki i dwóch rodzajów organicznych związków fosforu. Związki te dodawano w stężeniu 0,1% w/w i 1% w/w do polialfaolefinowego oleju bazowego (PAO-8). Powłokę a-C:H:W osadzono na kulkach wykonanych ze stali łożyskowej (100Cr6) wykorzystując metodę reaktywnego rozpylania PVD. Nośność warstwy smarowej mierzono jako obciążenie zacierające z wykorzystaniem aparatu czterokulowego T-02. Stosowano metodę z ciągłym narastaniem obciążenia. Podobnie jak w części I pracy [L. 1] badania wykonano dla elementów bez powłoki oraz dla wszystkich elementów z powłoką a-C:H:W. Dla skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką a-C:H:W smarowanych olejem z dodatkiem organicznych związków siarki w stężeniu 0,1% w/w i 1% w/w w oleju bazowym, tylko dla 1-adamantanetiolu odnotowano nieznaczny wzrost obciążenia zacierającego. Wzrost stężenia disiarczku benzylu (BDS) do 1% w/w spowodował wzrost odporności na zacieranie skojarzenia stalowego (bez powłoki), jednocześnie okazało to się szkodliwe dla skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką. Również dla obu badanych organicznych związków fosforu w stężeniu 0,1% w/w i 1% w/w w oleju bazowym nie odnotowano wzrostu odporności na zacieranie skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką. Przy czym zwiększenie stężenia organicznych związków fosforu skutkowało wzrostem wartości obciążenia zacierającego skojarzeń elementów bez powłoki. W pracy wzięto również pod uwagę różnicę w mechanizmie działania dodatku BDS w skojarzeniu elementów stalowych bez powłoki i z powłoką. Dokonano również analizy mechanizmu działania tychże dodatków dla przypadku stosowania organicznych związków fosforu. Praca jest przyczynkiem do lepszego zrozumienia współdziałania związków zawierających siarkę i fosfor. Dowiedziono, że ten rodzaj związków nie jest efektywnym dodatkiem dla zwiększania nośności warstwy smarowej skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką a-C:H:W. Prace będą kontynuowane z uwzględnieniem dodatków handlowych i nowych materiałów.

Słowa kluczowe

EN

a-C:H:W coating; organic sulphur compounds; organic phosphorus compounds; scuffing resistance; four-ball tribosystem

PL

powłoka a-C:H:W; organiczne związki siarki; organiczne związki fosforu; odporność na zacieranie; skojarzenie czterokulowe

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2009
• Tom: nr 1
• Strony: 155--176
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Vlad M.

autor

Kajdas Cz.

autor

Michalczewski R.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, 6/10 Pulaskiego, 26-600 Radom, Poland

Bibliografia

• 1. Vlad M., Michalczewski R., Kajdas C., Osuch-Słomka E.: The effect of model compounds on load-carrying capacity of a-C:H:W coated eleraents. Part I. Selected CHO and CHNO compounds. Submitted to Tribologia. 2008.
• 2. Ning Z., Da-Ming Z., Jia-Jun L., Xiao-Dong F., Ming-Xi G.: Effect of sulphide layers on the tribological behaviour of steels under boundary lubrication conditions. Applied Surface Science. 2001, 181, pp. 61-67.
• 3. Płaza S., Comellas L.R., Starczewski L.: Tribochemical reactions of dibenzyl and diphenyl disulphides in boundary lubrication. Wear. 1997, 205, pp. 71-76.
• 4. Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: The action of lubricants under extreme pressure conditions in a modified four-ball tester. Wear. 2001, 249, pp. 188-193.
• 5. Zhang J., Liu W., Xue Q., Ren T.: A study of N and S heterocyclic compound as a potential lubricating oil additive. Wear. 1999, 224, pp. 160-164.
• 6. Willermet P.A., Dailey D.P., Carter III R.O., Schmitz P.J., Zhu W.: Mechanism of formation of antiwear films from zinc dialkyldithiophos-phates. Tribology International. 1995, Vol. 28, 3, pp. 189-194.
• 7. Lara J., Blunt T., Kotvis P., Riga A., Tysoe W.T.: Surface Chemistry and Extreme-Pressure Lubricant Properties of Dimethyl Disufide. J. Phys. Chem. B. 1998, 102, pp. 1703-1709.
• 8. Castro W., Weller D.E., Cheenkachorn K., Perez M.J.: The effect of chemical structure of base fluids on anti-wear effectiveness of additives. Tribology International. 2005, 38, pp. 321-326.
• 9. Minami I., Kikuta S., Okabe H.: Anti-wear and friction reducing additives composed of ortho-phenylene phosphate-amine salts for polyether type base stocks. Tribology International. 1998, Vol. 31, No. 6, pp. 305-312.
• 10. Buyanovsky I.A., Ignatieva Z.V., Zaslavsky R.N.: Tribochemistry of Boundary Lubrication Processes. Chap 11 in: Surface Modification and Mechanisms. (Eds.: G.E. Totten & H. Liang). Marcel Dekker, Inc., New York, Basel 2004, pp. 353-404.
• 11. Tysoe W.T., Kotvis P.V.: Surface Chemistry of Extreme-Pressure Lubricant Additives. Chap 10 in: Surface Modification and Mechanisms. (Eds.: G.E. Totten & H. Liang). Marcel Dekker, Inc., New York, Basel 2004, pp. 299-351.
• 12. Minami I., Hirao K., Memita M., Mori S.: Investigation of anti-wear additives for low viscous synthetic esters: Hydroxyalkyl phosphonates. Tribology International. 2007, 40, pp. 626-631.
• 13. Podgornik B., Jacobson S., Hogmark S.: DLC coating of boundary lubricated components-advantages of coating one of the contact surfaces rather than both or none. Tribology International. 2003, 36, pp. 843-849.
• 14. Podgornik B., Hren D., Vizintin J.: Low-friction behaviour of boundary-lubricated diamond-like carbon coatings containing tungsten. Thin Solid Films. 2005, 476, pp. 92-100.
• 15. Vizintin J., Podgornik B.: Tribological reactions between oil additives and DLC coatings for automotive applications. Surface & Coatings Technology. 2005, 200, pp.1982-1989.
• 16. Vizintin J.: Oil Surface: Additive Reaction Mechanisms. Chap 9 in: Surface Modification and Mechanisms. (Eds.: G.E. Totten & H. Liang). Marcel Dekker, Inc., New York, Basel 2004, pp. 243-298.
• 17. Kajdas C.: On a negative-ion concept of EP action of organo-sulphur compounds. ASLE Trans. 1985, 28, 21-30.