Application of Vegetable Oils for the Friction Pair Modificated With a Boron

• Autorzy: Szczypiński-Sala W. , Lubas J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie olejów roślinnych w modyfikowanych borem węzłach ślizgowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the article, the results of the conducted research were discussed, and the aim was the evaluation of the characteristics of the operation of sliding pairs when vegetable oils are used for lubrication. Particularly, friction pairs with hard layers containing boron were taken into account. For comparison, two of the most common vegetable oils were used during the tests. Rapeseed oil was chosen, since it is most frequently applied in Europe, soybean oil was chosen due to its occurrence in North American areas. The oils are also applied in industry for commercial aims as oil bases for lubricants. The products based on vegetable oils can constitute an alternative for those of mineral origin. However, vegetable oils are characterized by different properties than mineral oils. The most essential issue is the fact that biolubricants are free of sulphurcontaining compounds that can have an unfavourable influence on the health of human beings. The wear measurements were conducted on a block-on-ing test stand T-05. In the sliding pair lubricated with vegetable oils, steel specimen interacted with a counterpart made of bearing alloy. In the second variant of a friction pair, a steel ring specimen with a boronized surface layer was used. The changes of the surface roughness of the specimen and counterpart during operation were evaluated. In the comparative evaluation, the best results were obtained choosing the sample with the hard layer lubricated with soybean oil. In this case, the observed wear of the surface of sliding pairs was the lowest. The lowest friction force and the lowest temperature of the elements of the friction pair also corresponded to this. The application of the TiB2 layer allows reducing the wear of both the sample with the layer and the counterpart with the bearing alloy layer.

PL

W artykule omówiono wyniki przeprowadzonych badań, których celem była ocena charakterystyki pracy węzłów ślizgowych, do których smarowania zastosowano oleje roślinne. Podczas testów w celu porównania wykorzystano dwa najbardziej rozpowszechnione oleje roślinne. Wybrano jako najczęściej znajdujący zastosowanie na terenach europejskich olej rzepakowy oraz wykorzystywany w warunkach amerykańskich olej sojowy. Oleje te znajdują zastosowanie również w przemyśle do celów komercyjnych jako bazy olejów smarowych. Produkty oparte na olejach roślinnych stanowić mogą alternatywę dla tych pochodzenia mineralnego. Oleje roślinne charakteryzują się jednak odmiennymi właściwościami niż oleje mineralne. Najbardziej istotną kwestią jest to, iż nie zawierają one składników mogących niekorzystnie oddziaływać na zdrowie istot żywych. Pomiary sił tarcia i zużycia węzła smarowanego tymi olejami wykonano na testerze typu klocek--rolka T-05. W smarowanym olejami roślinnymi węźle współpracowała pierścieniowa próbka stalowa z przeciwpróbką pokrytą stopem łożyskowym. W drugim wariancie pary ciernej zastosowano pierścieniową próbkę stalową, na której zastosowano borowanie w postaci warstwy TiB2. Ocenie poddano zużycie współpracujących elementów oraz zmiany chropowatości ich powierzchni w trakcie pracy. W badaniach porównawczych najlepsze rezultaty uzyskano dla próbek z naniesioną powłoką TiB2 smarowanych olejem sojowym. W tym przypadku zużycie elementów pary ciernej było najmniejsze. Odpowiadały temu również najmniejsze wartości siły tarcia i temperatury podczas pracy.

Słowa kluczowe

EN

vegetable oils; friction; boron surface layer

PL

oleje roślinne; tarcie; modyfikacja borem

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 3
• Strony: 139--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys.

Twórcy

autor

Szczypiński-Sala W.

• Cracow University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Jana Pawla II 37, 31-864 Cracow, Poland

autor

Lubas J.

• Rzeszow University of Technology, Dept of Combustion Engines and Transport, Powstańców Warszawy 8; 35-959 Rzeszow

Bibliografia

• 1. Bartz W. J.: Lubricants and the environment, Tribology International, 31, pp. 35–47, 1998.
• 2. Bartz W. J.: Ecotribology: Environmentally acceptable tribological practices, Tribology International 39, pp. 728–733, 2006.
• 3. Brown R. C., Biorenewable resources: engineering new products from agriculture, 1st ed. Ames: Iowa State Press, 2003.
• 4. Erhan S. Z., Asadauskas S., Dunn R. O., Knothe G.: Vegetable Oils for Environmentally Friendly Applications, Proceedings of the 48th Oilseed Conference Competing in World Markets in the New Millennium, AOCS, 1999.
• 5. Adhvaryu A., Erhan S. Z., Epoxidized soybean oil as a potential source of high-temperature lubricants, Industrial Crops and Products, 15, pp. 247–254, 2002.
• 6. Adhvaryu A., Erhan S. Z., Perez J. M.: Tribological studies of thermally and chemically modified vegetable oils for use as environmentally friendly lubricants, Wear, 257, pp. 359–367, 2004.
• 7. Sharma B. K., Adhvaryu A., Erhan S. Z.: Friction and wear behavior of thioether hydroxy vegetable oil, Tribology International, 42, pp. 353–358, 2009.
• 8. Sharma B. K., Adhvaryu A., Liu Z., Erhan S. Z.: Chemical Modification of Vegetable Oils for Lubricant Applications, J. Am. Oil Chem. Soc., 83, pp. 129–136, 2006.
• 9. Biresaw G., Adhvaryu A., Erhan S. Z.: Friction Properties of Vegetable Oils, J. Am. Oil Chem. Soc., vol. 80, no. 7, pp. 697–704, 2003.
• 10. Biresaw G., Adhvaryu A., Erhan S. Z., Carriere C. J.: Friction and adsorption properties of normal and high-oleic soybean oils, J. Am. Oil Chem. Soc., 79, pp. 53–58, 2002.
• 11. Lockwood F. E., Bridger K., Hsu S. M.: Heats of Immersion, Friction, and Wear of Base Oil Fractions, Tribology Trans., 32, pp. 506–516, 1989.
• 12. Miwa T. K.: Structural Determination and Uses of Jojoba Oil, J. Am. Oil Chem. Soc., 61, pp. 407–410, 1984.
• 13. Biswas A., Adhvaryu A., Stevenson D. G., Sharma B. K., Willet J. L., Erhan S. Z.: Microwave irradiation effects on the structure, viscosity, thermal properties and lubricity of soybean oil, Industrial Crops and Products, 25, pp. 1–7, 2007.
• 14. Jahanmir S.: Chain Length Effects in Boundary Lubrication, Wear, 102, pp. 331–349, 1985.
• 15. Asadauskas S., Perez J. M., Duda J. L.: Oxidative Stability and Antiwear Properties of High-Oleic Vegetable Oils, Lubr. Eng., 52, pp. 877–882, 1996.
• 16. Willing A.: Lubricants based on renewable resources – an environmentally compatible alternative to mineral oil products. Chemosphere, Volume 43, Issue 1, pp. 89–98, 2001.
• 17. Hausa F., Germana J., Junterb G-A.: Primary biodegradability of mineral base oils in relation to their chemical and physical characteristics. Chemosphere, Volume 45, Issues 6–7, pp. 983–990, 2001.
• 18. Sułek M. W., Dąbrowski Z., Szczerek M., Drabik J., Rogoś E.: Biopolyols as ecological lubricant, Tribologia nr 6/2016, p. 159.
• 19. Rogoś E.: Badania olejów roślinnych jako składników bazowych olejów przemysłowych. Przemysł Chemiczny T. 95, nr 1, pp. 103–106. 2016.
• 20. Rogoś E., Urbański A.: Wpływ epoksydowanych olejów sojowych na właściwości smarne i fizykochemiczne olejów roślinnych,: Tribologia, Tom: 258 Zeszyt: 6/2014.
• 21. Taktak S.: Tribological Behaviour of Borided Bearing Steels at Elevated Temperatures, Surface and Coating Technology, Vol. 201, pp. 2230–2239, 2006.
• 22. Bejar M. A., Moreno E.: Abrasive Wear Resistance of Boronized Carbon and Low-Alloy Steel, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 173, pp. 352–358, 2006.
• 23. Duzcukoglu H., Calik A., Imrek H., Karakas M. S.: Examination of Pitting and Wear in Borided, Carburized, and Borocarburized AISI 8620 Gears, Tribology Transations, Vol. 53, pp. 485–490, 2006.
• 24. Pranay H., Liang M., Usta A. H.: Wear and Surface Characterization of Boronized Pure Iron, Journal of Tribology, Vol. 129, pp. 1_10, 2007.
• 25. Atik E., Yunker U., Meric C.: The Effect of Conventional Heat Treatment and Boronizing on Abrasive Wear and Corrosion of SAE 1010, SAE 1040, D2 and 304 Steels, Tribolology International, Vol. 36, pp. 155–161, 2003.
• 26. Lubas J.: Practical Application of Boron-Modified Sliding Pairs in I.C. Engine, Tribolology International, Vol. 43, pp. 2046–2050, 2010.
• 27. Panish N., Wangyao P., Hannongbua S., Sricharoenchai P., Sun Y.: Tribological Study of Nano-Multilayer Ultra-Hard Coatings Based on TiB2, Reviews on Advanced Materials Science, Vol. 13, pp. 117–124, 2006.
• 28. Basu B., Vleugels J., Van Der Biest O.: Fretting Wear Behavior of TiB2 – Based Materials Against bearing Steel Under Water and Oil Lubrication, Wear, Vol. 250, pp. 631–641, 2001.
• 29. Komvopoulos K., Pernama S. A., Ma J., Yamaguchi E. S., Ryason P. R.: Synergistic Effects of Boron-, Sulfur-, and Phosphorus-Containing Lubricants in Boundary Lubrication of Steel Surfaces, Tribolology Transations, Vol. 48, pp. 218–229, 2005.
• 30. Nehme G., Mourhatch R., Aswath P. B.: Effect of Contact Load and Lubricant Volume on the Properties of Tribofilms Formed Under Boundary Lubrication in a Fully Formulated Oil Under Extreme Load Conditions, Wear, Vol. 268, pp. 1129–1147, 2010.
• 31. Guha D., Chowdhuri R.: The Effect of Surface Roughness on the Temperature at the Contact Between Sliding Bodies, Wear, Vol. 197, pp. 63–73, 1996.
• 32. Schouwenaars R., Jacobo V. H., Ortiz A.: Microstructure Aspect of Wear in Soft Tribological Alloys, Wear, Vol. 263, pp. 727–735, 2007.
• 33. Nehme G., Mourhatch R., Aswath P. B.: Effect of Contact Load and Lubricant Volume on the Properties of Tribofilms Formed Under Boundary Lubrication in a Fully Formulated Oil Under Extreme Load Conditions, Wear, Vol. 268, pp. 1129–1147, 2010.
• 34. Chowdhury M. A., Khalil M. K., Nuruzzaman D. M., Rahaman M. L.: The Effect of Sliding Speed and Normal Load on Friction and Wear Property of Aluminum, International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering, 11, pp. 53–57, 2011.
• 35. Nofal Al-Araji, Hussein Sarhan: Effect of Temperature on Sliding Wear Mechanism under Lubrication Conditions, International Journal of Engineering, 5, pp. 176–184, 2011.
• 36. Krzan B.: Study on the tribological performance of vegetabl;e oils. Goriva i Maziva 49, 360, 2010.
• 37. Bowden F., Tabor D.: The nature of metallic wear: the friction and lubrication of solids. Oxford University Press, New York 2001.
• 38. Reeves C. J., Menezes P. L., Jen T. C., Lovell M. R.: The influence of fatty acidson tribological and thermal propertiesof natural oils as sustainable biolubricants. Tribol. Int. 90, pp. 123–134, 2015.
• 39. Jagadeesh K. M., Satish V. K.: The effect oxidation on the tribological performance of few vegetable oils. J. Mater. Res. Technol. 1, pp. 91–95, 2012.
• 40. Zulkifli N. W. M., Masjuk H. H., Kalm M. A.., Yunus R., Azman S. S. N.: Lubricity of bio-based lubricant derived from chemically modified jathropa methyl ester. J. Tribol. 1, pp. 18–39, 2014.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).