Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Carbon based coatings for applications in friction couples with bearing steel and aluminium alloy

Makówka M., Wendler B.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 87, nr 1

12--20

EN

Purpose: Low friction nc-WC/a-C:H coatings deposited by means of magnetron sputtering provide very good tribological properties in friction couple against hard steels and good adhesion to steel substrates. Nevertheless, it was necessary to elaborate a new type of coatings because the nc-WC/a-C:H one had no use in friction couple against aluminium alloys. Design/methodology/approach: In the paper the WC/a-C:H and (Si, Cr)C/a-C:H coatings were investigated. The coatings were investigated by means of SEM, EDS, in order to obtain thickness, surface morphology and chemical composition of coatings. Tribological properties of deposited coatings were elaborated by means of 'pin-on-disc' method in friction couple against 100Cr6 bearing steel and AlSi alloy. Findings: It was stated that (Si, Cr)C/a-C:H coatings have very good tribological properties in friction couple against bearing steel and AlSi alloy (friction coefficient <0,1). In case of WC/a-C:H coatings, good tribological properties were achieved in friction couple with bearing steel. Both coatings have very low wear rate in investigated friction couples. Research limitations/implications: The (Si,Cr)C/a-C:H coating have a worse quality of adhesion to quenched and tempered Vanadis 23 HS steel substrate in comparison with the nc-WC/a-C:H coating. Resolving this disadvantage can increase potential of application of (Si, Cr)C/a-C:H coatings. Practical implications: Newly developed (Si, Cr)C/a-C:H coating has a greater application potential for modification of surfaces of elements working in friction couples against hardened steels and light alloys like AlSi. Originality/value: There are numerous publications where low friction carbon based coatings were described mostly as a coatings deposited on elements working in friction couples against hard steels. Undertaken tests showed that the newly developed (Si,Cr)C/aC:H coating can have a broad spectrum of applications in friction couples against different counterbodies, including light Al alloys.

2

Studies of the surface fatigue life of nanolayer coated pairs

Osuch-Słomka E., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.

Tribologia

|

2016

|

nr 6

107--119

EN

The article presents results obtained in studies of surface fatigue life conducted using a specially developed unique method in a model system with a cone and three balls. The studies involved pairs in which the cones were made of 100Cr6 and SW7M steel (hardened) as well as 17HMN steel, which were subjected to low-pressure carburizing with pre-nitriding (PreNitLPC®) technology. The results obtained for the pairs were used as a point of reference for pairs in which the test elements were coated with a-C:H:W (WC/C) and additionally, in the case of 17HNM steel, with Si-DLC (DLC SiliComp). The temperature of the coating process did not exceed 200°C in all cases, and the coating thickness was in the range of 1.5-20 µm. The studies were conducted in the presence of pure synthetic oil PAO8. Based on the studies, it was concluded that thin PVD coatings applied to heavily loaded steel elements of rolling friction joints variously affected the surface fatigue life of the steel coated with them. The observations cannot be unambiguously accounted for by any technological rules, and there is no available physical explanation for their underlying causes.

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań powierzchniowej trwałości zmęczeniowej własną, unikatową metodą, w modelowym układzie stożek trzy kulki. Przeprowadzono badania skojarzeń, w których stożki wykonane były ze stali 100Cr6 i SW7M hartowanej oraz stali 17HMN, które poddano technologii nawęglania niskociśnieniowego wspomaganego azotowaniem PreNitLPC".Wyniki tych skojarzeń były bazą odniesienia dla skojarzeń, w których elementy testowe pokryte były powłoką a-C:H:W (WC/C) i dodatkowo w przypadku stali 17HNM powłoką Si-DLC (DLC SiliComp). Temperatura procesu nanoszenia powłok we wszystkich przypadkach nie przekraczała 200°C, natomiast ich grubość zawarta była w przedziale 1,5+2,0 µm. Badania przeprowadzono w obecności czystego oleju syntetycznego PAO8. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że cienkie powłoki PVD nanoszone na wysokoobciążone stalowe elementy tocznych węzłów tarcia w zróżnicowany sposób wpływają na powierzchniową trwałość zmęczeniową pokrytej nimi stali.

3

Charakterystyka tribologiczna węzłów ciernych z zastosowaniem warstw niskotarciowych

Korbut R., Nachimowicz J.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska

|

2015

|

z. 106

59

PL

Łożysko igiełkowe osadzone na czopie wału i obciążone promieniowo stanowi węzeł cierny, podczas pracy którego mamy do czynienia ze zjawiskiem toczenia i poślizgiem. Na zmianę wartości współczynników tarcia tocznego i tarcia ślizgowego, a w konsekwencji na zużycie węzła, ma geometria układu, prędkość obrotowa oraz obciążenie próbki. W prezentowanej pracy zmodyfikowana powierzchnia robocza czopa wału poprzez naniesienie różych powłok PVD powinna charakteryzować się zwiększoną odpornością na zacieranie. Cykl badań obejmuje pomiar momentu oporu ruchu par ciernych oraz analizę powierzchi po pracy łożysk z różną prędkością i obciążeniem. W pracy określono zasadność nanoszenia warstw PVD dla przedstawionego przypadku.

4

Zacieranie i pitting stalowego węzła tarcia z elementami pokrytymi powłokami niskotarciowymi nanoszonymi metodami PVD

Piekoszewski W., Szczerek M.

Tribologia

|

2015

|

nr 3

137--152

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań zacierania i powierzchniowej trwałości zmęczeniowej (pittingu) modelowego węzła tarcia aparatu czterokulowego smarowanego mineralnym olejem wzorcowym RL 219, syntetycznym polialfaolefinowym PAO 8 oraz olejami klasy jakościowej GL-5 na bazie mineralnej GL5m i syntetycznej GL5s. Przebadano skojarzenia materiałowe stal–stal oraz stal–stal z naniesionymi powłokami niskotarciowymi WC/C (a-C:H:W) oraz MoS2/Ti. Analiza uzyskanych wyników badań upoważnia do stwierdzenia, że cienkie powłoki PVD mogą pozwolić na wyeliminowanie ze smarów potrzeby stosowania dodatków smarnościowych, które z powodu toksyczności są przyczyną dużej uciążliwości środków smarowych dla środowiska naturalnego.

EN

The paper presents the test results of scuffing and the surface fatigue life (pitting resistance) of the modified four-ball tester friction joint, lubricated with the following oils: RL219 reference oil, PAO 8 poly-alfa-olefin oil, GL-5 mineral oil (GL5m), and GL-5 synthetic oil (GL5s). From the material point of view, the following three combinations were tested: a friction joint with the elements made of uncoated steel, and two friction joints with steel elements with PVD low friction coatings, (WC/C (a-C:H:W), and MoS2/Ti, respectively). The obtained results indicate that the thin PVD coatings make it possible to eliminate the need of using the toxic oil additives, which are hazardous to the natural environment.

5

Wpływ warstw hybrydowych na powierzchniową trwałość zmęczeniową stali

Mańkowska-Snopczyńska A., Osuch-Słomka E., Piekoszewski W., Szczerek M., Hořejš S.

Tribologia

|

2014

|

nr 5

113-124

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań powierzchniowej trwałości zmęczeniowej próbek wykonanych ze stali 17HMN, które poddano technologii nawęglania niskociśnieniowego wspomaganego azotowaniem PreNitLPC® oraz próbek nawęglonych z naniesionymi technologią PVD powłokami niskotarciowymi typu: a-C:H:W (WC/C) a-C:H (DLC Comp) oraz Si-DLC (DLC SiliComp). Temperatura procesu nanoszenia powłok we wszystkich przypadkach nie przekraczała 200°C. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że cienkie powłoki PVD, nanoszone na wysokoobciążone stalowe elementy węzłów tarcia, w zróżnicowany sposób wpływają na powierzchniową trwałość zmęczeniową pokrytej nimi stali. Aby wyjaśnić przyczyny tego zróżnicowania, konieczne są dogłębne badania analityczne.

EN

The paper presents the results of research on the surface fatigue life (i.e. the resistance to pitting) of samples made of 17HMN steel, low-pressure carburized and PreNitLPC® nitriding assisted, as well as carburized samples with low-friction PVD coatings deposited onto the surface – a-C:H:W (trademark: WC/C), a-C:H (DLC Comp), and Si-DLC (DLC SiliComp) coatings were deposited. The coating process temperature in all the cases did not exceed 200°C. The investigated tribosystems were lubricated with a synthetic oil without additives. On the basis of the research results, it can be stated that thin PVD coatings, deposited onto heavy-loaded steel tribosystems, significantly and in a differentiated way affect the surface fatigue life. It seems necessary, apart from the fatigue wear investigation, to conduct profound analytical examinations aimed at explaining such a strongly different behaviour of elements working in a lubricated non-conformal contact.

6

Wpływ powłok niskotarciowych na zacieranie smarowanego styku skoncentrowanego

Michalak M., Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 5

489--492

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań charakterystyk zatarciowych elementów z naniesionymi powłokami niskotarciowymi. Badania wykonano dla elementów smarowanych z naniesionymi powłokami a-C:H:W (WC/C) i MoS 2 /Ti (MoST) otrzymanych w procesach PVD, skojarzonych z elementami stalowymi oraz jako baza odniesienia skojarzenia stal/stal (100Cr6). Analiza wyników przeprowadzonych badań zacierania modelowego węzła tarcia pozwoliła na stwierdzenie, że pokrycie elementów stalowych powłokami niskotarciowymi zdecydowanie zwiększa odporność na zatarcie, a skala tego wzrostu jest zależna od rodzaju zastosowanego środka smarowego. Ponadto stwierdzono, że dla każdego skojarzenia materiałowego, w którym element jest pokryty powłoką przeciwzużyciową jest konieczny indywidualny dobór środka smarowego opartego na odpowiednim oleju bazowym.

EN

The article presents results of scuffing tests of concentrated contacts with elements with low-friction coatings. Tests were performed for lubricated a-C:H:W (WC/C) and MoS 2 /Ti (MoST) coated elements, deposited in PVD process. The tests were performed for coating/steel tribosystems and as reference a steel/steel tribosystem was used. Results analysis has showed in each case the positive effect of low-friction coatings on scuffing resistance. The effectiveness of the coating is oil content depended. It was state that to achieve the maximum scuffing resistance for every type of low-friction coating proper oil base selection is necessary.

7

Wysokotemperaturowe niskotarciowe powłoki na bazie MoO3 i Ag osadzane metodą magnetronową

Makówka M., Pawlak W., Wendler B., Sielski J., Kozanecki M.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

553-557

PL

Powłoki na bazie tlenku molibdenu MoO3 oraz srebra osadzono metodą niereaktywnego rozpylania magnetronowego tarcz z MoO3 oraz czystego Ag na ulepszanej cieplnie stali szybkotnącej Vanadis 23, podłożu z tlenku aluminium Al2O3 oraz czystym krzemie. Powłoki poddano wygrzewaniu w zakresie temperatury 150÷550°C i zbadano wpływ wygrzewania na zachodzące zmiany strukturalne w powłokach i ich właściwości. Zbadano ich skład chemiczny metodą EDS, skład fazowy metodą dyfrakcji rentgenowskiej i spektroskopii przesunięć Ramana oraz właściwości tribologiczne za pomocą testu kulka/tarcza. Określona została także jakość adhezji do podłoży stalowych na podstawie testu Daimlera-Benza. Powłoki wykazują bardzo dobre właściwości tribologiczne (współczynnik tarcia suchego o wartości ok. 0,12 i dobra odporność na zużycie na skutek tarcia) w temperaturze powyżej 300°C i z powodzeniem mogą być stosowane jako niskotarciowe powłoki na elementy par ciernych pracujących w podwyższonej temperaturze.

EN

Thin films based on molybdenum oxide and silver were deposited using nonreactive magnetron sputtering of MoO3 and pure silver targets onto Vanadis 23 HS steel, alumina Al2O3 and pure silicon wafers. Deposited coatings were annealed in a range of temperatures from 150°C to 550°C. Influence of annealing temperature on coatings' structure and their structural and tribological properties was studied. Chemical composition using EDS, phase composition using XRD and Raman Shifts Spectrometry as well as tribological properties by means of 'pin-on-disc' test were investigated. Adhesion quality of the coatings to the steel substrates was also studied by Daimler-Benz test. Coatings have very good tribological properties like low coefficient of friction (0.12) and high resistance to wear in temperatures above 300°C and can be applied as low friction coatings for friction couples working in high temperatures.

8

Niskotarciowe powłoki MoS2(Ti, W) osadzane metodą magnetronową na azotowanej i azotonasiarczanej stali szybkotnącej Vanadis 23

Pawlak W., Atraszkiewicz R., Nolbrzak P., Wendler B.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1157-1161

PL

Technologie duplexowe są obecnie jednym z głównych nurtów rozwoju inżynierii materiałowej. Praca ukazuje możliwości znacznego ograniczenia tarcia i zużycia uszlachetnionych przez azotowanie oraz azotonasiarczanie stali szybkotnącej przez dodatkowe pokrycie powierzchni niskotarciową powłoką na bazie dwusiarczku molibdenu. Powłoki na bazie MoS2 z dodatkiem tytanu i wolframu osadzono na podłożach ze spiekanej stali szybkotnącej Vanadis 23, wykorzystując rozpylanie magnetronowe. Głównym celem badań było zmniejszenie współczynnika tarcia oraz zużycia azotowanych i azotonasiarczanych stali szybkotnących w warunkach tarcia suchego. Dla porównania powłoki osadzono również na podłożach nieazotowanych. Wykonano badania morfologii powierzchni, składu chemicznego oraz fazowego, mikrotwardości, adhezji powłoki do stalowego podłoża oraz przeprowadzono próby tarcia suchego w układzie pin-on-disc. Dla podłoży azotowanych i azotonasiarczanych wykonano do- datkowo profile mikrotwardości na przekroju poprzecznym. Porównano zachowanie się powłoki w warunkach tarcia suchego na podłożu obrobionym cieplnie, azotowanym próżniowo oraz azotonasiarczanym. Dzięki zastosowaniu powłoki niskotarciowej MoS2(Ti, W) osiągnięto obniżenie wspołczynnika tarcia suchego do wartości poniżej 0,1.

EN

Duplex technology is nowadays one of main streams of development of surface science and engineering. The work emerge the possibilities of considerable limitation of dry friction and wear of nitrided and sulfonitrided high speed steel due to additional low friction coating deposition. The MoS2-based coatings with titanium and tungsten admixture were deposited by means of magnetron sputtering onto Vanadis 23 HSS steel. The coatings were deposited also onto non-nitrided substrates. Main aim of the work was to perform dry friction tests in 'pin-on disc' geometry in order to find out if nitriding or sulfonitriding of high speed steel can improve good lubricating properties of MoS2(Ti, W) low friction coatings. Other investigations, such as, for example, coatings surface morphology, chemical and phase composition, microhardness, coatings' adhesion to the steel substrates have been performed as well. Moreover, for nitrided and sulfonitrided steel substrates microhardness distribution in a cross-section have been made. Dry wear and friction coefficients were determined and compared for substrates in different state of treatment (nitrided, sulfonitrided and non-nitrided) with and without the MoS2(Ti, W) low friction coatings. As a result, a significant decrease of wear coefficient during dry friction was achieved. Also, dry friction coefficient was lowered to a value below 0.1.

9

Określanie intensywności zużycia powłok niskotarciowych metodą ball-cratering

Osuch-Słomka E., Słomka Z., Szczerek M.

Tribologia

|

2009

|

nr 2

127-137

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań szybkości zużywania niskotarciowych powłok przeciwzużyciowych metodą ball-cratering. Badaniom poddano próbki wykonane ze stali WCLV, na które osadzono powłokę typową TiN i powłoki złożone WC/C oraz MoS2/Ti. Przeciwpróbkę stanowiła kula ze stali ŁH15 o średnicy 1 cala. Ślady wytarcia w kształcie kraterów obserwowano z użyciem optycznego mikroskopu pomiarowego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego SEM. Po przeprowadzonej analizie powierzchni zaobserwowano występowanie zużycia na skutek przetaczania ziaren ścierniwa przez strefę styku (znanego w literaturze pod nazwą three-body rolling wear) i zużycia w wyniku ścierania (two-body grooving wear). Wykonano analizę składu powierzchni powstałych śladów z użyciem mikroanalizatora rentgenowskiego EDS. Obliczenia współczynnika intensywności zużycia powłoki Kc i podłoża Ks wykonano w oparciu o normę PN-EN 1071-6:2008.

EN

In this paper, a micro-scale abrasive wear tests was used to calculate of the abrasive wear rate Kc for the coatings TiN, WC/C and MoS2/Ti. SiC particles, with a mean size diameter of 4 žm, were mixed with distilled water (concentration of 20% v/v). The experimental results indicated the following: – This method is very important from the technological point of view because of low values of standard deviation obtained for the diameters of the craters in the substrate and coatings. – It is possible to measure the abrasive wear rate for the substrate Ks and the abrasive wear rate for the coating Kc for different types coatings using this method. – It is possible to compare the wear coefficient of coating Kc for all analysed coatings using ball-cratering method (same wear test parameters).

10

Wpływ rodzaju bazy olejowej na charakterystyki tribologiczne elementów pokrytych cienkimi powłokami niskotarciowymi w ruchu oscylacyjnym o dużej częstotliwości

Kalbarczyk M., Michalczewski R., Szczerek M.

Tribologia

|

2007

|

nr 2

229-240

PL

Badania miały na celu określenie wpływu syntetycznych i roślinnych baz olejowych na charakterystyki tribologiczne węzłów tarcia z elementami z niskotarciowymi powłokami przeciwzużyciowymi pracującymi w oscylacyjnym ruchu ślizgowym. W pracy przedstawiono charakterystyki tribologiczne węzłów tarcia z elementami pokrytymi powłokami niskotarciowymi (MoS2/Ti, a-C:H:W) pracującymi w ślizgowym ruchu oscylacyjnym, smarowanymi bazami olejowymi syntetycznymi (węglowodorową i poliglikolową), roślinnymi (słonecznikową i rzepakową) oraz bazą mineralną. Badania tarciowe przeprowadzono z wykorzystaniem stanowiska oznaczonego T-19. Ślady tarcia poddano obserwacji za pomocą mikroskopu optycznego i elektronowego (SEM). Stereometrię śladów zużycia analizowano z wykorzystaniem mikroskopii sił atomowych (AFM). Wyniki badań dowodzą, że w warunkach ruchu oscylacyjnego ekologiczne bazy roślinne skutecznie przeciwdziałają zużyciu węzła tarcia z elementami pokrytymi powłoką a-C:H:W. Natomiast w przypadku elementów z powłoką MoS2/Ti najkorzystniejsze jest stosowanie mineralnej bądź syntetycznej poliglikolowej bazy olejowej.

EN

The aim of the work was the determination of effect of the kind of oil base on the tribological characteristics of friction pairs with elements coated with various low-friction coatings. The friction couple consisted with steel ball and steel disk coated with low-friction coatings (MoS2/Ti, a-C:H:W). Carbon based coating was deposited by the reactive sputtering method (PVD technique) and molybdenum disulphide based coating was deposited in CFUBMSIP process. The ball-on-disk tribosystem were lubricated with synthetic oil bases (hydrocarbon and polyglicol oils), vegetable oil bases (sunflower and rapeseed oils) and mineral oil bases. The tests were performed using T-19 high-frequency tester. The friction scars were observed by means of optical and electron microscope (SEM). The stereometry of friction scars was analysed using atomic force microscopy (AFM). The results show that the ecological vegetable base oils effectively counteract the wear of friction pairs with elements coated with a-C:H:W coating under oscillatory motion. However, in the case of friction pairs with elements coated with MoS2/Ti coating, the highest antiwear effect is achieved by using mineral or synthetic polyglicol oil bases.

11

Wpływ oleju bazowego na powierzchniową trwałość zmęczeniową modelowego tocznego węzła tarcia

Piekoszewski W.

Tribologia

|

2007

|

nr 3-4

105-119

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu oleju bazowego pochodzenia mineralnego, syntetycznego oraz roślinnego na powierzchniową trwałość zmęczeniową (pitting) modelowego tocznego wysokoobciążonego węzła tarcia. Przebadano bazy olejowe o zbliżonych lepkościach scharakteryzowanych w temperaturze 40°C oraz różne skojarzenia materiałowe (stal-stal oraz stal skojarzona z elementami z powłokami niskotarciowymi nanoszonymi technologiami próżniowymi). W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono istotny wpływ oleju bazowego na trwałość zmęczeniową badanych skojarzeń. Wpływ ten był zróżnicowany i zależny w dużym stopniu od badanego skojarzenia materiałowego.

EN

Paper presents the influence of various base oils (mineral, synthetic, and vegetable) on the rolling contact fatigue (pitting) life of highly-loaded, model friction joints. The research was performed using the base oils with similar viscosity (measured at 40°C) and various friction pairs (uncoated pair steel steel, steel rubbing PVD low-friction coated steel). The research results indicate that there is a substantial influence of the oil base type on rolling contact fatigue life of investigated friction pairs. That influence of base oil is different for various friction pairs.

12

Ocena odporności na zużywanie powłok PVD/CVD metodą ball-cratering

Osuch-Słomka E., Michalczewski R., Szczerek M.

Tribologia

|

2007

|

nr 3-4

47-58

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań odporności na zużycie ścierne wybranych niskotarciowych powłok przeciwzużyciowych. Badania wykonano nową metodą ball-cratering na opracowanym w ITeE - PIB testerze oznaczonym T-20, służącym do wyznaczania zużycia ściernego materiałów stosowanych na węzły tarcia ze szczególnym uwzględnieniem powłok przeciwzużyciowych przeznaczonych na trące elementy maszyn. Badaniom poddano próbki z naniesionymi powłokami niskotarciowymi bazowanymi na węglu a-C:H:W (WC/C) i a-C:H (Dymon-iC) oraz z powłoką mającą w swym składzie dwusiarczek molibdenu MoS2/Ti (MoST). Ślady wytarcia obserwowano przy użyciu optycznego mikroskopu pomiarowego, natomiast głębokości kraterów śladów zużycia zmierzono za pomocą profilometru. Z przeprowadzonych badań zużyciowych wynika, że metoda ball--cratering jest efektywną metodą oceny odporności na ścieranie cienkich powłok niskotarciowych. Powłoki DLC charakteryzowały się wyższą odpornością na zużycie ścierne niż powłoka MoS2/Ti.

EN

In this article the results of research wear resistance of low friction coatings was presented. The abrasive wear test based on the ball-cratering technique has been used to evaluate the wear resistance of PVD/CVD coatings. The research were performed using T-20 testing machine with ball on plate tribosystem. T-20 device is intended for tribological testing of engineering materials and surface coatings. The tested materials wert ranked with regard to wear properties. Linear wear was measured continuously by a displacement transducer, whereas volumetric wear can be calculated after the run on the base of the crater depth measured using a profilometer. To the research chose the carbon based coatings DLC (WC/C - thickness 2,0 žm and Dymon-iC - thickness 1,6 žm) and MoST coating with molybdenum disulphide (MoS2/Ti - thickness 1,2 žm). The Dymon-iC, WC/C and M0S2/ Ti coatings were deposited on WCL (DIN X38CrMoV5-1) polished steel, and several tribological tests were performed in order to evaluate coatings performance. Carbon based WC/C (a-C:H:W type) was deposited by reactivs sputtering method (Physical Vapour Deposition PVD technique). The Dymon-iC (a-C:H type) coating was deposited using a Teer hybrid unbalanced magnetron sputter ion plating/PECVD deposition system (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) and molybdenum disulphide based MoST (MoS2/Ti type) deposited in CFUBMSIP (Closed Field Unbalanced Magnetron Sputter Ion Plating) process. The MoST coating didn't reduce wear but the carbon based coating reduced the overall wear dramatically (a principally WC/C coating). The ball-cratering is effective method of evaluation of resistance to abrasion of thin low friction coatings. On the base of the testing of various coatings the authors have concluded that the new test method has a very fast and precision.

13

Charakterystyki tribologiczne cienkich powłok niskotarciowych typu DLC i MoS2 w warunkach tarcia suchego.

Michalczewski R.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

2006

|

Vol. 41, nr 2

117-131

PL

Niski współczynnik tarcia oraz wysoka odporność na zużycie są cechami, dla których cienkie powłoki niskotarciowe uzyskiwane technikami PVD/CVD są obecnie przedmiotem licznych badań nad ich zastosowaniem do zwiększenia trwałości wysokoobciążonych elementów maszyn, np. kół zębatych i łożysk tocznych. W pracy zaprezentowano charakterystyki tarciowe i zużyciowe wybranych powłok DLC (typu a-C:H:W, a-C:Cr i a-C:H) oraz zawierających dwusiarczek molibdenu (typu MoS2 i MoS2/Me). Badaniom poddano powłoki handlowe WC/C, Graphit-iC, Dymon-iC oraz Movic i MoST. Wszystkie powłoki osadzono na stali WCL. Badania tribologiczne zostały przeprowadzone w warunkach tarcia suchego w pomieszczeniu klimatyzowanym (wilgotność względna 50%, w temperaturze 23 stopnie Celsjusza) za pomocą urządzenia typu kula-tarcza (T-10). Jako przeciwpróbki zastosowano kulkę ceramiczną (Al2O3) o wysokiej odporności na zużycie oraz kulkę ze stali łożyskowej (ŁH15). Ślady tarcia analizowano technikami SEM, EDS i AFM. W skojarzeniach z kulką ceramiczną dla wszystkich badanych powłok uzyskano współczynniki tarcia poniżej 0,12 - najmniejszą wartość dla powłoki typu Dymon-iC, najwyższą dla powłoki Movic. Zużycie powłok zawierających dwusiarczek molibdenu było wielokrotnie większe niż powłok DLC, aczkolwiek mniejsze niż dla elementu bez powłoki. W skojarzeniu z kulką stalową najmniejszy współczynnik tarcia i najmniejsze zużycie obu elementów uzyskano dla powłoki Dymon-iC. Podobnie jak w testach z kulką ceramiczną powłoki zawierające dwusiarczek molibdenu charakteryzowały się większym zużyciem niż powłoki DLC. Zaobserwowano, że bardzo korzystne właściwości tribologiczne powłok DLC związane są prawdopodobnie z efektem grafityzacji i utleniania. Obserwacje AFM wskazują, że dla powłok DLC o dużej twardości (Graphit-iC) nie następuje dotarcie powierzchni, co w następstwie powoduje znaczne zużycie współpracującego elementu stalowego. Stwierdzono także, że w skojarzeniach z powłokami zawierającymi MoS2 niski współczynnik tarcia wynika z wprowadzenia w strefę tarcia dwusiarczku molibdenu, który pełnił funkcję smaru stałego. Przeprowadzone badania wskazują, że powłoki DLC w warunkach tarcia suchego mają korzystniejsze charakterystyki tribologiczne niż powłoki bazowane na MoS2. Spośród powłok węglowych najkorzystniejsze charakterystyki tribologiczne uzyskano dla uwodornionych powłok DLC domieszkowanych metalami (Dymon-iC i WC/C).

EN

A low friction coefficient and high resistance to wear are features that low friction coatings deposited by PVD/CVD method are predominat candidates for improving performance of heavy-loaded machine components like gears and rolling bearings. The paper presents wear and friction characteristics for various DLC coatings (a-C:H:W, a-C:Cr, and a-C:H) and containing molybdenum disulfide (MoS2 and MoS2/Me). The tests were performed employing commercially available coatings denoted as: WC/C, Graphit-iC, Dymon-iC, Movic, MoST respectively. The coatings were deposited on WCL steel. The tribological tests employing ball-on-disk tribosystem were performed in dry friction conditions in air conditioned room (RH 50%, 23 degrees centigrade). The balls were made of alumina (Al2O3) and of bearing steel (100Cr6). The wear scar and track were observed using optical and electron microscopy as well as atomic force microscopy. The wear debris was analysed using X-ray analysis. In all tests of alumina ball - low friction coating the friction coefficient did not exceed 0,12. The lowest value was obtained for Dymon-iC coating. The wear of coating containing molybdenum disulfide was several time bigger than for DLC coatings, but was also less than for uncoated disk. When steel balls were used, the lowest friction coefficient and wear rate were obtained for Dymon-iC coating. Similarly, like in tests with alumina ball, the wear for molybdenum disulphide coating was several times bigger than for DLC coatings. It was observed that the beneficial friction and wear characteristics of DLC coatings resulted probably from graphitisation and oxidation processes. Furthermore it was stated that too high hardness of DLC coatings stimulates a high friction and an intensive wear of steel ball. In case of MoS2 coatings the low friction coefficient results from the presence of molybdenum disulphide in the contact zone. The performed tests indicate that hydrogenated metal doped DLC coatings (Dymon-iC and WC/C coatings) are the best candidates for application for heavy-loaded machine components.