Possibility of Introducing Molybdenum Disulfide into the Layer During Gas Nitriding

• Autorzy: Kazimierski Grzegorz , Stodolny Jerzy , Goły Marcin , Wróbel Rafał J.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.9073

Warianty tytułu

PL

Próba wprowadzenia dwusiarczku molibdenu do powłoki podczas azotowania gazowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study was to attempt the introduction of molybdenum disulfide as an excellent solid lubricant into the nitrided coating before the nitriding process. In the commonly applied methods, nitriding precedes depositing MoS₂ powder on a surface. In the method described in the article, this order was reversed and the surface intended for frictional contact was first coated with a layer of MoS₂ powder and then subjected to gas nitriding in an ammonia atmosphere. The most important observations indicate that the presence of MoS₂ on the surface before nitriding did not hinder the thermochemical treatment, and the applied molybdenum disulfide powder was transferred to the surface layer after nitriding. Some of the MoS₂ powder was embedded in the upper regions of the white layer, and the presence of some powder was found on the surface of the nitrided layer. Such a result obtained in the new technological variant is a desirable circumstance that allows for better utilization of the lubricating properties of the new coating.

PL

Celem pracy była próba wprowadzenia dwusiarczku molibdenu jako doskonałego stałego smaru do powłoki azotowanej przed procesem azotowania. Znane metody głównie stosują najpierw azotowanie, a następnie osadzanie proszku MoS₂ na takiej powierzchni. Wadą tych metod jest jedynie powierzchniowa obecność MoS₂ na powłoce. W opisanej w artykule metodzie kolejność ta została odwrócona i w pierwszej kolejności na powierzchnię przeznaczoną do kontaktu ciernego nałożono warstwę proszku MoS₂,którą następnie poddano azotowaniu gazowemu w atmosferze amoniaku. Najważniejsze obserwacje wskazują, że obecność MoS₂ na powierzchni przed azotowaniem nie utrudniała procesu obróbki cieplno-chemicznej, a zastosowany proszek dwusiarczku molibdenu po azotowaniu przeniósł się na warstwę wierzchnią. Część proszku MoS₂ została osadzona w górnych obszarach białej warstwy i stwierdzono obecność pewnej ilości proszku na powierzchni warstwy azotowanej. Uzyskany wynik w nowym wariancie technologicznym jest pożądaną okolicznością, która pozwala na lepsze wykorzystanie właściwości smarnych nowej powłoki.

Słowa kluczowe

EN

nitriding; friction; wear resistance; MoS2; solid lubricant; EDS; energy dispersive spectroscopy; XRD; X-ray diffraction; low-wear surface; microstructure

PL

azotowanie; tarcie; odporność na zużycie; MoS2; smar stały; EDS; spektrometria dyspersji energii; XRD; dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego; warstwa o zmniejszonym zużyciu; mikrostruktura

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 3
• Strony: 57--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kazimierski Grzegorz

• West Pomeranian University of Technology, Piastow Ave 42, 70-065 Szczecin, Poland

autor

Stodolny Jerzy

• AGH University, Mickiewicza Ave. 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Goły Marcin

• AGH University of Kraków, Mickiewicza 30, 30-059, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0612-1407

autor

Wróbel Rafał J.

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Piastow Ave 42, 70-065 Szczecin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2593-0813

Bibliografia

• 1. Wang H., Xu B., Liu J.: Micro and Nano Sulfide Solid Lubrication, Springer 2012.
• 2. Kriulin A.V., Syrov K. Yu.: Gas Sulfocyaniding in Products of Carbamide and Sulfur Pyrolisis, Mietałłoviedienie i Termiczeskaya Obrabotka Metałłov, No. 4, 1982, pp. 21–25.
• 3. Patent PL72531 (1974) – Haś Z., Gramsz J., Jarosz W.: The method of thermal-chemical treatment of steel and cast iron machine parts.
• 4. Patent PL100621 (1978) – Haś Z.: The method of sulfonitriding.
• 5. Patent PL106379 (1979) – Szczeciński K.: The method of thermal-chemical treatment of metal surfaces, especially machine components subjected to wipe.
• 6. Patent PL127404 (1983) – Panasiuk J., Zyśk J., Sulkowski I., Szlachta A., Tacikowski J.: Method of Gas Diffusion Nitriding and Sulfuration of Iron and-or its Alloys.
• 7. Patent PL114314 (1981) – Kowal S., Pacewicz W., Majewski M., Chmielewski S.: Method of Generation of Atmosphere for Carbo-Nitriding and Carbo-Sulphurizing of Steel and Cast Iron Parts.
• 8. Hale K., Sharma R.: JWST NlRSpec Cryogenic Light Shield Mechanism, Proceedings of the 38th Aerospace Mechanisms Symposium, Langley Research Center, May 15–17, 2006, pp. 223–228. 20060028229.pdf (nasa.gov), access: 19.07.2022.
• 9. Yuan Y., Wang L., Gao L.: Nano-Sized Iron Sulfide: Structure, Synthesis, Properties, and Biomedical Applications, (2020) Frontiers in Chemistry, 8. DOI: 10.3389/fchem.2020.0081.
• 10. http://www.tribologia.eu/ptt/try/tr04.htm; access: 7.07.2022.
• 11. https://www.engineersedge.com/lubrication/molybdenum_disulfide_characteristics.htm access: 7.03.2023.
• 12. Vazirisereshk M.R., Martini A., Strubble D.A., Baykara M.Z.: Solid Lubrication with MoS2 : A Review; Lubricants 2019, 7, 57; DOI: 10.3390/lubricants7070057.
• 13. Lenz B., Hoja S., Sommer M., Hasselbruch H., Mehner A., Steinbacher M.: Potential of Nitrided and PVD-MoS2 :Ti-Coated Duplex System for Dry-Running Friction Contacts, Lubricants 2022, 10, 229; DOI: 10.3390/lubricants10100229.
• 14. Ya-gang Zhanga, Wan-chang Suna, Min Maa, Sha-sha Tiana, Yu-wan Liu, Yan Xiaoa: Effect of MoS2 Concentration on Microstructure and Tribological Behavior of Electrophoretic-Electrodeposited NiCo-Al2O3 -MoS2 Composites, Materials Research. 2020; 23(5): e20200296; DOI: 10.1590/1980-5373- MR-2020-0296.
• 15. OU Wen-min, WEI Chun-bei, DAI Ming-jiang, HOU Hui-jun, LIN Song-sheng, QIU Wan-qi: Tribological Properties of MoS2 -Zr Composite Films (J), 46(1), pp. 93–99; DOI: 10.16490/j.cnki. issn.1001-3660.2017.01.016.
• 16. Guo-Dong Sun, Guo-Hua Zhang, Kuo-Chih Chou: Synthesis of molybdenum nitrides nanosheets by nitriding 2H-MoS2 with ammonia; DOI: 10.1111/jace.15467.
• 17. Kula P., Pietrasik R., Pawęta S., Komorowski J.: MoS2 /WS2 /FineLPN Composite Layers – A New Approach to Low Frictional Coatings for Piston Rings, Tribologia 3/2022, p. 49–58; DOI: 10.5604/01.3001.0016.1024.
• 18. Patent PL233113 (2015) – Kula P., Pietrasik R., Pawęta S.: Low-friction Layer frm Nanocomposite Gradient Material and Method for Producing it.
• 19. Cao M., Zhao L., Wu L., Wang W.: Tribological Properties of New Cu-Al/MoS2 Solid Lubricant Coatings Using Magnetron Sputter Deposition,Coatings 2018, 8, 134; DOI: 10.3390/coatings8040134.
• 20. Prozhega M. V., Kharkov M. M., Reschikov E. O., Rykunov G. I., Kaziev A. V., Kukushkina M. S., Kolodko D. V., Stepanova T.V .: Estimation of MoS2 Coating Performance on Bronze and Steel in Vacuum at High Temperatures, Coatings 2022, 12, 125; DOI: 10.3390/coatings12020125.
• 21. Patent US4204886 (1980) – Bens Frederick P.: Method for improving and article having improved wear resistance.
• 22. Patent US5630668 (1997) – Ikezawa Katsuhiro, Iwasa Hiroshi, Nomura Yasuhiro, Kawamura Toshiro, Narai Hiroshi, Nagato Takashi, Kinno Dai, Abe Tsutomu, Hamamoto Magozo, Ueki Fumio, Takajo Toshimi: Thrust needle-shaped roller bearing, rolling bearing, and cage of the thrust needle-shaped roller bearing.
• 23. Wendler B. G.: Low Friction Selflubricating Coatings for Enviromentally Friendly Aviation & Cars, PolSCA MEETING: Environementally friendly cars & road vehicles, Brussels, 12.12.2011.
• 24. Lijewski M., Leshynsky V., Wisniewska-Wejnert H., Sulej-Chojnacka J.: The influence of submicronsized solid lubricant particles in the surface layer of components operating at higher temperatures on tribological properties, Tribology Quarterly 2014, 255 (3), pp. 119–130.
• 25. Wiśniewska-Weinert H. M.: Composites with nanoparticles sulfide similar to graphene. Open Access Library, Vol. 9 (15) 2012, pp. 9–184, http://www.openaccesslibrary.com/vol15/streszczenie.pdf;
• 26. Kazimierski G., Stodolny J., Lewandowski A., Wróbel R. J.: Structure and properties of the nitride layer with sulfides, Tribologia, 2024, (1), pp. 57–66.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).