Hybrid composites with ceramic reinforcing phase modified by solid lubricants destined for vehicle subassemblies

• Autorzy: Posmyk A. , Myalski J.

Warianty tytułu

PL

Kompozyty hybrydowe z ceramiczną fazą zbrojącą modyfikowaną smarami stałymi przeznaczone na podzespoły pojazdów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The new trend in designing and manufacturing machines and devices e.g. for the food and pharmaceutical as well as automotive industry, is replacing lubricating oils with solid lubricants incorporated into the surface layer of engineering materials. Incorporating solid lubricants helps decrease both the friction resistance and wear of rubbing parts as well as reduce the amount of lubricating oils to ensure efficiency and effectiveness at much lower operational costs. Moreover, the use of a solid lubricant as an additional phase in a friction material does not damage the environment by oil penetration through leaks or accumulation of waste oil residues. At the Silesian University of Technology, a novel method of obtaining a new generation composite containing glassy carbon as a solid lubricant has been developed. The uniqueness of the elaborated technology is the fact that glassy carbon is produced directly in a ceramic from a previously introduced liquid precursor. Such a solution, compared to the so far applied methods where the prepared carbon particles are mixed with the alloy matrix, appear to offer some advantages. Firstly, the manufacturing costs are lower because there is no need for the expensive procedure of mixing the reinforcing phase with the liquid metal matrix. Secondly, glassy carbon distribution throughout the entire volume of the composite is uniform, free from sedimentation or agglomeration and particles clustering. The presence of uniformly distributed glassy carbon greatly affects the tribological properties of the composite. This is possible due to the low shear resistance and high hardness as well as excessive thermal stability of the glassy carbon. An additional advantage seems to be its low thermal expansion. The friction coefficient determined during rubbing against cast iron GJL-300 in the conditions of friction in air ranges between 0.08 to 0.14.

PL

Nowym kierunkiem w projektowaniu i wytwarzaniu maszyn i urządzeń, np. dla przemysłu spożywczego, farmaceutycznego czy produkującego podzespoły pojazdów, jest zastępowanie olejów smarowych smarami stałymi wbudowanymi w warstwy powierzchniowe tworzyw konstrukcyjnych. Wbudowanie smarów stałych pozwala zmniejszyć opory tarcia i zużycie współpracujących części oraz zmniejszyć ilość olejów smarowych niezbędnych do zapewnienia niezawodnej współpracy przy utrzymaniu dotychczasowej sprawności, co obniża koszty eksploatacji. Ponadto zastosowanie smaru stałego stanowiącego dodatkową fazę w materiale ciernym zmniejsza obciążenie środowiska olejami przedostającymi się przez nieszczelności oraz pozostałościami po olejach przepracowanych. Na Politechnice Śląskiej opracowano metodę wytwarzania kompozytu nowej generacji zawierającego wbudowany węgiel szklisty pełniący rolę smaru stałego. Nowością w opracowanej technologii jest to, że węgiel szklisty jest wytwarzany bezpośrednio w ceramice z uprzednio wprowadzonego płynnego prekursora. Takie rozwiązanie, w porównaniu z dotychczasowymi metodami, polegającymi na mieszaniu preparowanych cząstek węgla ze stopem osnowy, ma kilka zalet. Pierwszą z nich są mniejsze koszty wytwarzania, ponieważ nie wymaga kosztownego mieszania fazy zbrojącej z ciekłym metalem osnowy. Drugą jest równomierny rozkład węgla szklistego w całej objętości kompozytu, bez sedymentacji lub aglomeracji i grupowania cząstek. Obecność równomiernie rozłożonego węgla szklistego wywiera istotny wpływ na właściwości tribologiczne kompozytu. Jest to możliwe dzięki małej wytrzymałości na ścinanie (30 MPa) i dużej twardości (6÷7 w skali Mohsa, 230÷340 HV) oraz bardzo dużej stabilności termicznej węgla szklistego. Dodatkowym atutem jest mała rozszerzalność cieplna (1,2 do 3,2 x 10-6K-1). Współczynnik tarcia we współpracy z żeliwem GJL-300 w warunkach tarcia technicznie suchego mieści się w przedziale 0,08 do 0,14.

Słowa kluczowe

EN

hybrid composite; glassy carbon; precursor; pyrolysis; ceramic foam; solid lubricant

PL

kompozyt hybrydowy; węgiel szklisty; prekursor; piroliza; ceramika; smar stały

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 2
• Strony: 135--140
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Posmyk A.

• Silesian University of Technology, Faculty of Transport, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

autor

Myalski J.

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Sobczak J., Wojciechowski S., The current trends in the practical application of metal matrix composites, Composites 2002, 2, 24-37.
• [2] Sobczak J., Kompozyty metalowe, Wyd. Instytutu Odlewnictwa i Instytutu Transportu Samochodowego, Kraków - Warszawa 2001.
• [3] Dyzia M., AlSi7Mg/SiC and heterophase SiCp+Cg composite for Use in Cylinder-Piston System of Air Compressor, Solid State Phenomena 2011, 176, 49-54.
• [4] Dolata-Grosz A., Interaction of Al-Si alloys with SiC/C ceramic particles and their influence on microstructure of composites, Solid State Phenomena 2011, 176, 55-62.
• [5] Dyzia M., Dolata A., Wieczorek J., Śleziona J., Die-cast heterophase composites with AlSi13Mg1CuNi matrix, Archives of Foundry Engineering 2011, 176, 55-62.
• [6] Sposób wytwarzania kompozytu aluminiowo-ceramicznego zawierającego smary stałe (Method for aluminium-ceramic composite including solid lubricants production), Zgłoszenie patentowe P. 398311 [WIPO ST 10/C PL398311] 2012
• [7] Posmyk A., Myalski J., Producing of composite materials with aluminium alloy matrix containing solid lubricants, Solid State Phenomena 2012, 191, 67-74.
• [8] Gubernat A., Stobierski L., Zimowski S., Hydzik P., Self−lubricating SiC matrix composites, Composites 2012, 12, 4, 219-227.
• [9] Posmyk A., Wistuba H., Falkowski P., Ceramic-carbon composites designed for piston group of combustion engines, Composites 2011, 11, 2, 97-101.
• [10] Myalski J., Influence of size and reinforcement value on properties of composite AK12−glassy carbon, Composites 2004, 10, 4, 154-158.