Effect of ZDDP and Fullerenes Added to PAO 8 Lubricant on Tribological Properties of the Surface Layer of Steel Bare Steel and W-DLC Coating

• Autorzy: Kowalczyk Joanna , Kulczycki Andrzej , Madej Monika , Ozimina Dariusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.8982

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatków ZDDP i fulerenów w oleju PAO 8 na właściwości tribologiczne warstwy wierzchniej stali oraz powłoki W-DLC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the effect of adding zinc dialkyldithiophosphate (ZDDP) and/or fullerenes on the properties of tribological systems coated with diamond-like carbon coatings doped with tungsten (W-DLC) and 100Cr6 steel without coating. The tribological tests were performed using a ball-on-disc tribometer. Discs made of bare 100Cr6 steel and discs with W-DLC coating were used as samples. Balls made of 100Cr6 steel were used as counter samples. The lubricants used:poly (α) olefin oil PAO 8, PAO 8 + 1.5% of ZDDP, PAO 8+ 0.005% of C60 fullerenes and PAO 8 + 1.5% of ZDDP + 0.005% of C60 fullerenes. Observations of the W-DLC coating were carried out using a scanning microscope, and the EDS analysis enabled the identification of the chemical composition along the cross-sections of the coating. A confocal microscope operating in the interferometric mode was used to analyse the geometrical structure of the samples before and after the friction tests. Observations of the wear marks on the samples and counter-samples were also carried out using a scanning microscope, and the chemical composition on the surfaces of the friction pairs was determined. The obtained test results indicated that the PAO 8 + ZDDP + C60 lubricant caused a reduction in the coefficient of friction and the linear wear in the tested steel friction pairs. In the case of W-DLC coating, however, the ZDDP added to PAO 8 increased the resistance to motion with a simultaneous improvement in anti-wear properties.

PL

W artykule zbadano wpływ dodatku w postaci dialkiloditiofosforanu cynku ZDDP i/lub fulerenów na właściwości systemów tribologicznych pokrytych diamentopodobnymi powłokami domieszkowanymi wolframem W-DLC oraz stali 100Cr6 bez pokrycia. Testy tribologiczne wykonano na testerze tribologicznym pracującym w skojarzeniu trącym kula-tarcza. Do badań jako próbek użyto tarcz ze stali 100Cr6 bez powłoki i z naniesioną powłoką W-DLC, a jako przeciwpróbek użyto kul ze stali 100Cr6. Badania przeprowadzono w warunkach smarowania olejem poli(α)olefinowym PAO 8, PAO 8 i 1,5% ZDDP, PAO 8 i 0,005% fulerenów C60 oraz PAO 8 i 1,5% ZDDP oraz 0,005% fulerenów C60. Za pomocą mikroskopu skaningowego wykonano obserwacje powłoki W-DLC, a analiza EDS umożliwiła identyfikację składu chemicznego na przekrojach poprzecznych powłoki. Mikroskop konfokalny z trybem interferometrycznym posłużył do analizy struktury geometrycznej próbek przed i po testach tarciowych. Przeprowadzono także obserwacje śladów wytarcia próbek i przeciwpróbek na mikroskopie skaningowym oraz określono skład chemiczny na powierzchniach par trących. Uzyskane wyniki badań wskazały, że substancja smarowa PAO 8 + ZDDP + C60 spowodowała zmniejszenie współczynnika tarcia i zużycia liniowego w badanych stalowych węzłach tarcia. Natomiast oddziaływanie ZDDP w przypadku powłoki W-DLC i PAO 8 wpłynęło na zwiększenie oporów ruchu z jednoczesną poprawą właściwości przeciwzużyciowych.

Słowa kluczowe

EN

fullerenes; polyalphaolefins; PAO 8; wear; W-DLC coating; Zinc Dialkyldithiophosphate; ZDDP

PL

fulereny; ZDDP; dialkiloditiofosforan cynku; powłoka W-DLC; Polialfaolefiny; PAO 8; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 1
• Strony: 19--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Kowalczyk Joanna

• Kielce University of Technology, Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 Ave., 25-314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4641-0032

autor

Kulczycki Andrzej

• Air Force Institute of Technology, Księcia Bolesława 6 Street, 01-494 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5038-811X

autor

Madej Monika

• Kielce University of Technology, Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 Ave., 25-314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9892-9181

autor

Ozimina Dariusz

• Kielce University of Technology, Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 Ave., 25-314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5099-6342

Bibliografia

• 1. Kalin M., Velkavrh I., Vižintin J., Ožbolt L.: Review of boundary lubrication mechanisms of DLC coating used in mechanical applications, Meccanica 2008, 43, pp. 623–637.
• 2. Tuszyński W., Michalczewski R., Osuch-Słomka E., et al.: Abrasive wear, scuffing, and rolling contact fatigue of DLC-coated 18CrNiMo7-6 steel lubricated by a pure and contaminated gear oil, Materials 2021, 14, p. 7086.
• 3. Zolper T., Li Z., Chen C., et al.: Lubrication Properties of Polyalphaolefin and Polysiloxane Lubricants: Molecular Structure–Tribology Relationships, Tribology Letters 2012, 48, pp. 355–365.
• 4. Lu H., Tang W., Liu X., Wang B., Huang Z.: Oleylamine-modified carbon nanoparticles as a kind of efficient lubricating additive of polyalphaolefin, Journal of Materials Science 2017, 52, pp. 4483–4492.
• 5. Ma Y., Xu J., Zeng X., Jiang H., Li J.: Preparation and performance evaluation of mPAO8 using olefin from coal as raw material, Industrial Lubrication and Tribology 2017, 69, pp. 678–682.
• 6. Lei H., Guan W., Luo J.: Tribological behavior of fullerene–styrene sulfonic acid copolymer as water-based lubricant additive, Wear 2002, 252, 3, pp. 345–350.
• 7. Liu B., Li H.: Alkylated fullerene as lubricant additive in paraffin oil for steel/steel contacts, Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures 2016, 24, 11, pp. 712–719.
• 8. Ku B.C., Han Y.Ch., Lee J.E., Park S.H., Hwang Y.J.: Tribological Effects of Fullerene (C60)Nanoparticles Added in Mineral Lubricants According to its Viscosity, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2010, 11, pp. 607–611.
• 9. Bukrajewski P., Deliś M., Desaniuk T., et al.: The influence of ordered carbon structures on the mechanism of tribocatalysis, Tribology International 2020, 151, p. 106518.
• 10. Kim K.H., Park S.D., Bae Ch.M.: New Approach to the Soaking Condition of 100Cr6 High-Carbon Chromium Bearing Steel, Metals and Materials International 2014, 20, (2), pp. 207–2013.
• 11. Nunn N., Mahbooba Z., Ivanov M.G., Brenner D.W., Shenderova O.: Tribological Properties of Polyalphaolefin Oil Modified with Nanocarbon Additives, Diamond and Related Materials 2015,pp. 97–102.
• 12. Dzięgielewski W., Kowalczyk J., Kulczycki A., Madej M., Ozimina D.: Tribochemical Interactions between Carbon Nanotubes and ZDDP Antiwear Additive during Tribofilm Formation on Uncoated and DLC-Coated Steel, Materials 2020, pp. 1–19.
• 13. Donnet C., Erdemir A.: Tribology of Diamond-Like Carbon Films, Springer, 2007.
• 14. Kowalczyk J., Madej M., Dzięgielewski W., Kulczycki A., Żółty M., Ozimina D.: Tribochemical Interactions between Graphene and ZDDP in Friction Tests for Uncoated and W-DLC-Coated HS6-5-2C Steel, Materials 2021, 14, 13, pp. 1–16.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).