Wpływ konfiguracji materiałowej na odporność na zacieranie smarowanych skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką niskotarciową

• Autorzy: Michalczewski R.

Warianty tytułu

EN

Scuffing resistance of friction joints with low-friction coated parts in various material combinations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obecnie panujące proekologiczne trendy wymuszają eliminację lub znaczne ograniczenie zawartości toksycznych dodatków smarnościowych w olejach przekładniowych, przy jednoczesnym zachowaniu parametrów pracy przekładni zębatej. Konieczne są zatem zmiany technologiczne wykonania przekładni. Jednym z rozwiązań może być naniesienie na powierzchnię roboczą kół zębatych cienkiej, twardej powłoki przeciwzużyciowej. Celem pracy było zbadanie wpływu konfiguracji materiałowej smarowanego wysokoobciążonego węzła tarcia z elementami pokrytymi cienkimi powłokami przeciwzużyciowymi na odporność na zacieranie. Badaniom poddano konfiguracje materiałów tworzących strefę tarcia: powłoka/powłoka, powłoka/stal, stal/powłoka i dla odniesienia stal/stal. Badania wykonano dla niskotarciowej powłoki WC/C (a-C:H:W) otrzymanej metodą reaktywnego rozpylania w procesie PVD. Testy przeprowadzono z wykorzystaniem aparatu czterokulowego, stosując metodę badania zacierania w warunkach ciągłego narastania obciążenia. Węzeł tarcia smarowano polialfaolefinowym olejem syntetycznym (PAO-8) bez dodatków uszlachetniających. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że najwyższą odporność na zacieranie uzyskuje się, kojarząc element z powłoką z elementem bez powłoki, znacznie lepszą niż pokrywając oba współpracujące elementy. Odporność na zacieranie zależy od konfiguracji materiałowej. Dla konfiguracji powłoka/stal (element o większej powierzchni tarcia pokryty powłoką skojarzony z elementem o mniejszej powierzchni tarcia bez powłoki) uzyskano kilkukrotnie większą odporność na zacieranie niż dla skojarzenia stal/powłoka. Warunkiem koniecznym przeciwdziałania zacieraniu wysokoobciążonych smarowanych skojarzeń ciernych jest eliminacja powinowactwa materiałowego współpracujących elementów. Przy czym z przeprowadzonych badań wynika, że skuteczniejszym zabiegiem jest pokrycie powłoką niskotarciową elementu o większej powierzchni tarcia, czyli mniej narażonego na zużycie. Uzyskano znacznie korzystniejszy efekt niż w przypadku pokrycia elementu o mniejszej powierzchni tarcia, bardziej narażonego na zużycie, czy pokrywając wszystkie współpracujące elementy.

EN

The aim of the work was to investigate the effect of material combinations on scuffing resistance in heavy-loaded tribosystem with low-friction coated parts. The low-friction a-C:H:W coating was deposited using the PVD process by reactive sputtering on steel (100Cr6) balls. The tests were performed employing a four-ball tribosystem. As a lubricant, a polyalpha-olefin base oil was used (without lubricating additives). Various material combinations were tested: steel/steel, steel/coating, coating/coating and coating/steel. The results indicate that the scuffing resistance depends on upper ball/lower balls material combinations. For coating/steel tribosystem (upper ball coated rubbing with steel uncoated lower balls) the scuffing resistance was significantly higher than for steel/coating tribosystem (uncoated upper ball rubbing with coated lower balls). The models of scuffing propagation for various material combinations, steel/steel, steel/coating, coating/coating, and coating/steel were proposed. The obtained results indicate that the most effective method for protecting tribosystem against scuffing is to coat the part less subjected to wear, then more subjected to wear or to coat all parts.

Słowa kluczowe

PL

powłoka niskotarciowa; zacieranie; aparat czterokulowy

EN

low-friction coating; scuffing; four-ball tester

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2009
• Tom: nr 2
• Strony: 93--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Michalczewski R.

• Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. K. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom

Bibliografia

• 1. Szczerek M., Tuszyński W.: Badania tribologiczne. Zacieranie. Wyd. ITeE. Radom 2000, s. 142.
• 2. Michalczewski R.: Badania tribologiczne elementów z powłokami przeciwzużyciowymi, tworzących smarowany styk skoncentrowany. Rozprawa doktorska. Politechnika Łódzka, 2002
• 3. Wanstrand O.: Wear resistance of low friction coatings for machine elements. Rozprawa doktorska. Uniwersytet w Uppsali. Uppsala 2000.
• 4. 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.
• 5. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: Chemomechanical synergy of PVD/CVD coatings and environmentally friendly lubricants in rolling and sliding contacts. COST 532 Conference, Triboscience and Tribotechnology, Gent - Belgia, 18-19 października 2004, s. 181-190.
• 6. Amaro R., Martins R., Seabra J.: MoST coatings for gears. Raport VTI: "Current trends in tribology". Praca zbiorowa pod red. K. Vercammen, K. Van Acker, J. Meneve. VITO. Belgia, s. II.13 - II.16.
• 7. Krantz T.L., Cooper C.V., Townsend D.P., Hansen B.D.: Increased Surface Fatigue Lives of Spur Gears by Application of a Coating. Raport NASA/TM-2003-212463. 2003.
• 8. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: Metoda doboru cienkich, twardych powłok przeciwzużyciowych dla zwiększenia trwałości wysokoobciążonych kół zębatych. Cz. I. Badania wstępne na próbkach modelowych. Tribologia. 2007, nr 5, s. 81-96.
• 9. Michalczewski R., Szczerek M., Tuszyński W., Wulczyński J.: Metoda doboru cienkich, twardych powłok przeciwzużyciowych dla zwiększenia trwałości wysokoobciążonych kół zębatych. Cz. II. Wyniki testów przekładniowych. Tribologia. 2007, nr 6, s. 133-149.
• 10. Michalczewski R., Tuszyński W., Szczerek M.: Zastosowanie powłok DLC do zwiększania odporności na zacieranie kół zębatych smarowanych olejem ekologicznym. Inżynieria Powierzchni. 2008, nr 3, s. 49-57.
• 11. Michalczewski R., Szczerek M., Tuszyński W., Wulczyński J.: Badanie zdolności do przenoszenia obciążeń testowej przekładni zębatej z uzębieniem pokrytym powłoką WC/C. Problemy Eksploatacji. 2004, nr 4, s. 247-254.
• 12. Matuszewska A., Michalczewski R., Grądkowski M., Szczerek M.: Dobór baz olejowych do węzłów tarcia z elementami pokrytymi powłoką WC/C. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn. Z. 2 (150), vol. 42, 2007, s. 31-40.
• 13. Podgornik B., Jacobson S., Hogmark S.: Influence of EP additive concentration on the tribological behaviour of DLC-coated steel surfaces. Surface and Coatings Technology. 2005, nr 191, s. 357-366.
• 14. Beckers M., Lugscheider E., Bobzin K., Burckhardt M.: Development and Characterization of Innovative PVD-coatings for Environmental Compatible Tribological Systems. 13th International Colloquium Tribology. Esslingen. Niemcy. 15-17 stycznia 2002, s. 1765-1772.
• 15. Weck M., Hurasky-Schonwerth, Bugiel Ch.: Service behaviour of PVD-coated gearing lubricated with biodegradable synthetic ester oil. Gear Technology, January/February 2004, s. 34-40, www.geartechnology.com
• 16. Kalin M., Vizintin J.: The tribological performance of DLC-coated gears lubricated with biodegradable oil in various pinion/gear material combinations. Wear. 2005, nr 259, s. 1270-1280.
• 17. 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, nr 36, s. 843-849.
• 18. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: The lubricant-coating interaction in rolling and sliding contacts. Tribology International 42(2009) 554-560.
• 19. Stavlid N.: On the formation of low-friction tribofilms in Me DLC steel sliding contacts. Rozprawa doktorska. Uniwersytet w Uppsali. Uppsala 2006.
• 20. Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: The action of lubricants under extreme pressure conditions in a modified four-ball tester, Wear, 249 (2001), s. 188-193.
• 21. PN-76/C-04147. Badanie własności smarnych olejów i smarów.