Przebieg procesu zacierania smarowanych wysokoobciążonych skojarzeń ciernych z elementami pokrytymi powłoką WC/C

• Autorzy: Michalczewski R.

Warianty tytułu

EN

Scuffing propagation of heavily-loaded lubricated friction joints with WC/C coated parts

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było opisanie mechanizmów niszczenia smarowanego wysokoobciążonego węzła tarcia z elementami pokrytymi niskotarciową powłoką WC/C tworzących strefę tarcia. Badania wykonano dla niskotarciowej powłoki WC/C (a-C:H:W) otrzymanej metodą reaktywnego rozpylania w procesie PVD. Testy przeprowadzono z wykorzystaniem aparatu czterokilowego, stosując metodę badania zacierania w warunkach ciągłego narastania obciążenia. Badania wykonano dla czterech kombinacji materiałowych: stal/stal (kulka górna stalowa / kulki dolne stalowe), stal/powłoka (kulka górna stalowa / kulki dolne stalowe pokryte powłoką WC/C), powłoka/stal (kulka górna pokryta powłoką WC/C / kulki dolne stalowe), powłoka/powłoka (kulka górna pokryta powłoką WC/C / kulki dolne pokryte powłoką WC/C). Węzeł tarcia smarowano polialfaolefinowym olejem syntetycznym (PAO-8) bez dodatków uszlachetniających. Obserwację warstwy wierzchniej przeprowadzono z wykorzystaniem mikroskopu elektronowego (SEM) i mikroskopu sił atomowych (AFM). Analizy składu warstwy wierzchniej wykonano, stosując mikroanalizator rentgenowski (EDS), spektrometr z wyładowaniem jarzeniowym (GDOES) i rentgenowską spektroskopię fotoelektronową (XPS). W oparciu o wykonane analizy i obserwacje opisano propagację zacierania badanych skojarzeń. Wysoka odporność na zacieranie skojarzenia stalowego, w którym pokryto powłoką element o większym stopniu przekrycia wynika z wyeliminowania powinowactwa materiałowego elementów trących oraz podatności tego skojarzenia na docieranie. Kluczową rolę odgrywa także wprowadzenie w strefę tarcia smaru stałego w postaci grafitu oraz transfer materiału z elementu stalowego na powierzchnie pokrytą powłoką.

EN

The aim of this paper was to describe the mechanisms of the estruction of heavily loaded friction pair elements coated with low–friction WC/C coating. The investigations were performed for low friction coatings WC/C (a-C:H:W) deposited by the reactive sputtering PVD process. Experiments were carried out using the four-ball tester and the method with continuously increasing loads. Tests were conducted for the four material combinations: steel/steel tribosystem (all balls uncoated), steel/coating tribosystem (one upper ball uncoated/three lower balls WC/C coated), coating/steel tribosystem (one upper ball WC/C coated/ three lower balls uncoated), coating/coating tribosystem (all balls WC/C coated). The friction pair was lubricated with pure polyalphaolefin synthetic base oil (denoted as PAO-8). Observation of the surface layer was carried out using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Analysis of the composition of the surface layers was performed using X-ray microanalyser (EDS), glow discharge optical emission spectrometry (GDOES), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Based on the results of performed analysis and observations, the propagation of scuffing was described. The high scuffing resistance of steel tribosystem was obtained when only one element, with higher overlapping ratio, was coated and resulted from reducing the adhesion between rubbing surfaces due to low chemical affinity (similarities) between the steel and the coating material. The presence of solid lubricant graphite in the friction zone and thereaction layer on the steel surface played an important role in creating antiscuffing properties.

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: 2011
• Tom: nr 3
• Strony: 81--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tys., tab.

Twórcy

autor

Michalczewski R.

• Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. 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. 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.
• 4. 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.
• 5. 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.
• 6. 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.
• 7. 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.
• 8. Michalczewski R., Antonov M., Vlad M., Szczerek M., Hussainova Irina: The assessment of the coated elements behaviour before and after scuffing under four-ball lubricated testing conditions. Proceedings of the 2nd European Conference on Tribology. ECOTRIB 2009, Pisa, Italy, June 7-10, 2009, s. 107-112.
• 9. Nosal S.: Wpływ stopnia wzajemnego przekrycia na zacieranie adhezyjne. Tribologia. 2002, nr 4, s. 1261-1266.
• 10. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: The lubricant-coating interaction in rolling and sliding contacts. Tribology International 42 (2009)554-560.
• 11. Stavlid N.: On the formation of low-friction tribofilms in Me DLC steel sliding contacts. Rozprawa doktorska. Uniwersytet w Uppsali. Uppsala 2006.
• 12. Michalczewski R.: Wpływ konfiguracji materiałowej na odporność na zacieranie smarowanych skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką niskotarciową. Tribologia. 2, 2009, s. 93-106. XXX Jesienna Szkoła Tribologiczna. 21-24 września 2009 r. Nałęczów.
• 13. 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.
• 14. Michalczewski R., Szczerek M., Tuszyński W., Wulczyński J.: Badanie zdolności do przenoszenia obciążeń testowej przekładni zębatej z uzębieniem pokrytym powloką WC/C. Problemy Eksploatacji, 2004, nr 4, s. 247-254.
• 15. 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.
• 16. 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.
• 17. 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.
• 18. 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.
• 19. 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.
• 20. PN-76/C-04147. Badanie własności smarnych olejów i smarów.