Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Tribological properties of materials designed for contact wire / current collector slider contacts

Posmyk Andrzej, Myalski Jerzy

Tribologia

|

2023

|

nr 4

53--58

EN

The article describes basics of production as well as a structure and tribological properties of a composite with a B101 bronze matrix and glassy carbon acting as a solid lubricant. The composite is intended for use as a sliding cover of a current collector in a rail transport. It is intended to replace the previously used carbon-copper composites, which have insufficient mechanical properties for high-speed rail. The results of comparative tribological tests of the matrix and composite material in contact with a traction copper (Cu-ETP) confirmed lower wear of the composite than that of the matrix under friction in air, without current load. The addition of 10% of a large-cell glassy carbon foam (90% porosity) reduced the wear of the contact (by 28% and 10%) but did not significantly reduce (by 8.4–5.8%) the friction forces. In the tested contacts abrasive and adhesive wear, caused by the presence of copper, dominated. Self-mated materials tend to develop adhesive bonds. Therefore, the next stage of the research optimising a composite production process, e.g. by using a glassy carbon foam with smaller elementary structure or glassy carbon microparticles will be used.

PL

W artykule opisano podstawy wytwarzania, budowę i właściwości tribologiczne kompozytu z osnową z brązu B101 i węglem szklistym pełniący rolę smaru stałego. Kompozyt jest przewidziany do zastosowania jako nakładka ślizgowa odbieraka prądowego w transporcie szynowym. Ma on zastąpić stosowane dotychczas kompozyty węglowo miedziane, które mają niewystarczające właściwości mechaniczne dla kolei wysokich prędkości. Wyniki porównawczych badań tribologicznych materiału osnowy i kompozytu we współpracy z miedzią trakcyjną (Cu-ETP) potwierdziły mniejsze zużycie kompozytu niż osnowy w warunkach tarcia technicznie suchego, bez obciążenia prądowego. Dodanie 10% wielkokomórkowej pianki (porowatość 90%) z węgla szklistego zmniejszyło zużycie skojarzenia (o 28% i 10%), ale nie zmniejszyło znacząco (o 8.4–5.8%) sił tarcia. W badanych skojarzeniach dominowały zużywanie ścierne i adhezyjne spowodowane obecnością miedzi. Materiały jednoimienne mają skłonność do sczepień adhezyjnych. Dlatego w następnym etapie badań zostanie wykorzystana optymalizacja procesu wytwarzania kompozytu, np. przez zastosowanie pianki z węgla szklistego o mniejszych wymiarach elementarnej komórki struktury oraz mikrocząstek węgla szklistego.

2

Investigation of structural and mechanical properties of Al-Al2O3-SiC-WS2 hybrid composites fabricated by powder metallurgy

Biswal Sweta Rani, Sahoo Seshadev

Composites Theory and Practice

|

2023

|

R. 23, nr 1

50--55

EN

The present study focuses on the fabrication and characterization of novel hybrid Al matrix composites with a combination of two ceramic reinforcements, i.e. Al2O3, SiC and one solid lubricant, i.e. WS2. This hybrid composite was fabricated by means of the powder metallurgy process. The impact of the hybrid combination of reinforcements in different wt.% on the properties of the hybrid composites was studied. The density of the composites increases from 2.689 to 2.796 g/cm3 with an increase in wt.% of WS2. Uniform distribution of the reinforcing particles in the matrix phase was determined by SEM. The results of, for instance, density measurements and microstructural analysis indicate significant improvement in the physical and mechanical properties with the increase in the wt.% of WS2. The microhardness of the as-fabricated composites rises from 98 HV to 119.7 HV with the increase in the wt.% of WS2 from 0 to 6 wt.%. The novel combination of Al with SiC, Al2O3 and WS2 can be used to create a suitable and sustainable hybrid metal matrix composite for the automotive industry as a replacement for single ceramic and single solid lubricant composites.

3

Tribological Properties of Composite Piston Rings Designed for Oil-Free Contacts in Ecological Transport

Posmyk Andrzej

Tribologia

|

2022

|

nr 1

75--81

EN

The paper presents a comparison of tribological properties for two generations of sliding contacts, i.e. TG15/ Anodic Hard Coating and PASL/AlMC in oil-free piston compressors designed for ecological transport. In the first contact, the piston ring material is Teflon-graphite TG15 (PTFE+15% graphite), and in the other, an acetal-based (PA) sliding composite (PASL) with additional substances acting as solid lubricants (SL), i.e. PTFE, graphite and carbon fibres. Rings made of plastics slide under conditions of technically dry friction against a cylinder liner’s surface made of aluminium alloy and reinforced by an electrolytic oxide coating (AHC) in the case of the first contact and with a cylinder liner surface made of alloy reinforced by the addition of Al2O3 fibres (AlMC composite) in the latter contact. During friction, the wear debris of the filler form a sliding film (transfer film) on the cylinder liner’s surface, which results in a friction coefficient from 0.12 to 0.1 without the use of oil or greases.

PL

W artykule opisano tribologiczne właściwości tribologiczne dwóch generacji skojarzeń ślizgowych, tj. TG15/ anodowa powłoka tlenkowa oraz PASL/AlMC stosowanych w bezolejowych sprężarkach powietrza przeznaczonych do ekologicznego transportu. W pierwszym skojarzeniu materiałem pierścienia tłokowego jest tarfleno-grafit TG15 (PTFE+15% grafitu), a w drugim ślizgowy kompozyt z osnową acetalową (PASL) z dodatkiem substancji pełniących rolę smaru stałego (SL), tj. PTFE, grafit i włókna węgłowe. Pierścienie wykonane z tworzywa sztucznego współpracują, w warunkach tarcia technicznie suchego, z gładzią tulei cylindrowej wykonanej ze stopu aluminium umacnianego anodową powloką tlenkową (AHC) w pierwszym skojarzeniu oraz z gładzią tulei wykonanej ze stopu aluminium umacnianego przez dodanie włókien Al2O3 (kompozyt AlMC) w drugim skojarzeniu. Podczas tarcia produkty zużycia napełniaczy tworzą na gładzi tulei cylindrowej film ślizgowy (film transferowy), co skutkuje współczynnikiem tarcia 0.12 do 0.1 bez użycia olejów lub smarów.

4

Tribologia obróbki skrawaniem wspomaganej ciekłym dwutlenkiem węgla ze smarem stałym

Jemielniak Krzysztof

Mechanik

|

2021

|

R. 94, nr 7

20

PL

Współczesną tendencją w obróbce skrawaniem metali jest dążenie do eliminacji szkodliwego dla środowiska chłodzenia zalewowego. Jednym ze stosowanych rozwiązań jest chłodzenie kriogeniczne ciekłym dwutlenkiem węgla (LCO2). Efektywność takiego chłodzenia można podnieść dzięki połączeniu go ze smarem stałym.

5

The Influence of Temperature on the Rheological Properties of Fibrous Lubricating Compounds with Selected Solid Additives

Paszkowski Maciej, Szott Michał

Tribologia

|

2019

|

nr 5

71--76

EN

The study evaluated the effect of temperature on the values of yield stress and cohesion energy of lubricating compounds thickened with calcium 12-hydroxystearate, prepared on the basis of mineral oil. Lubricating compounds without additives and with selected solid additives in the form of copper particles, graphite, molybdenum disulphide, and polytetrafluoroethylene were analysed. A rotational rheometer working with a plate-plate geometry was used for rheological studies. The influence of temperature on the rheological properties of lubricating compounds with additives was observed. Solid additives caused significant changes in the structure of the soap thickener, especially at negative temperatures.

PL

W pracy oceniono wpływ temperatury na wartości naprężenia stycznego granicznego i energii kohezji kompozycji smarowych zagęszczanych 12-hydroksystearynianem wapnia, wytworzonych na bazie oleju mineralnego. Analizie poddano kompozycje smarowe bez dodatków oraz z wybranymi dodatkami stałymi w postaci cząstek miedzi, grafitu, dwusiarczku molibdenu oraz politetrafluoroetylenu. Wyniki badań wskazały istotny wpływ temperatury i dodatków na właściwości reologiczne kompozycji smarowych.

6

Using composite coatings containing solid lubricants to minimize friction in piston combustion engines for aviation

Posmyk Andrzej, Myalski Jerzy

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 1

3--6

EN

The paper presents the results of research on a composite coating with a polymer resin matrix containing glassy carbon microparticles as the modifying phase acting as a solid lubricant for piston aircraft engines. Comparative tests were carried out on a T-11 tribological tester at the temperature of 80°C, pressure of p = 8 MPa and relative velocity v = 0.55 m/s of a cam/push rod contact coated with a developed coating (RGC) and a cam/push rod contact coated with a reference coating (RC). 2 mg of AeroShell 100 oil were added to the contact for 10 hours of rubbing. This lubrication simulates the operating conditions of the combustion engine components after lubrication loss. As a result of the tests, it was found that the developed coating can work 10 hours after the lubrication disappears because the coating is porous and absorbs the oil during heating up to the engine's operating temperature. The oil sorption is indicated by the increase in the mass of the sample with the coating. Thanks to the coating material anchored in the roughness valleys of the push rod surface soaked with oil, the coefficient of friction, despite evaporation of the volatile parts of the oil, does not exceed µ = 0.1, which prevents seizure of the contact. The contact with the reference coating seized after 8.5 hours of sliding. The tests of the developed coating on the engine dynamometer as well as in the aircraft confirmed the usefulness of the developed coating.

PL

Przedstawiono wyniki badań przeznaczonej do tłokowych silników lotniczych powłoki kompozytowej z osnową z żywicy polimerowej zawierającej jako fazę modyfikującą mikrocząstki węgla szklistego pełniącego rolę smaru stałego. Wykonano badania porównawcze na testerze tribologicznym T-11 w temperaturze 80°C przy nacisku p = 8 MPa i prędkości względnej v = 0,55 m/s skojarzeń krzywka/popychacz pokryty opracowaną powłoką (RGC) oraz krzywka/popychacz pokryty powłoką referencyjną (RC). Do skojarzenia podano 2 mg oleju AeroShell 100 na 10 h współpracy. Takie smarowanie symuluje warunki pracy podzespołów silnika spalinowego po zaniku smarowania. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że opracowana powłoka może pracować 10 godzin po zaniku smarowania, ponieważ ta powłoka jest porowata i sorbuje olej podczas nagrzewania do temperatury pracy silnika. O sorbowaniu oleju świadczy przyrost masy próbki z powłoką. Dzięki materiałowi powłoki zakotwiczonemu we wgłębieniach chropowatości powierzchni popychacza nasączonemu olejem współczynnik tarcia mimo odparowania części lotnych oleju nie przekracza µ = 0,1, co zapobiega zatarciu skojarzenia. Skojarzenie z powłoką referencyjną zatarło się po 8,5 h współpracy. Badania opracowanej powłoki na hamowni silnikowej oraz w samolocie potwierdziły przydatność opracowanych powłok.

7

Composite coatings including solid lubricants designed for aviation

Posmyk A., Myalski J.

Composites Theory and Practice

|

2018

|

R. 18, nr 1

3--6

EN

The article presents the fundamentals of the manufacturing, structure and selected properties of composite coatings (RGC) developed at the Silesian University of Technology designed for the aviation industry. The tribological properties of the developed coatings were compared with the properties of coatings used to date (TLML). The primary purpose of the coatings developed by the authors is to extend the time of correct operation of selected contacts of aircraft piston engines after the loss of lubrication due to a failure during flight. This time is necessary to fly to a safe landing place. Ensuring correct operation of the contact, i.e. maintaining the coefficient of friction at a level to prevent seizing, is possible due to a coating of a composite layer containing solid lubricants on the sliding surfaces. In the RGC coating, it is a glassy carbon and in the TLML coating it is molybdenum disulphide. During sliding with an insufficient amount of oil, more intensive wear of the coating takes place. Since the lubrication does not work, wear products are removed from the friction zone much more slowly. A mixture is formed from the wear products of the solid lubricant and oil residues, which is deposited on the cooperating surfaces, reducing friction. Even after the coating was worn off, the coefficient of friction in the conducted tests did not exceed 0.04. The developed coating can work at 120°C, with pressure p = 0.4÷2.0 MPa and at sliding velocity v = 0.55 m/s up to 30 minutes without being completely worn out. The TLML coating after about 24 minutes was worn out.

PL

Przedstawiono podstawy wytwarzania, budowę i wybrane właściwości opracowanych w Politechnice Śląskiej powłok kompozytowych (RGC) przeznaczonych dla lotnictwa. Właściwości tribologiczne opracowanych powłok porównano z właściwościami powłok stosowanych dotychczas (TLML). Podstawowym celem opracowanych przez autorów powłok jest wydłużenie czasu poprawnej pracy wybranych skojarzeń tłokowych silników lotniczych po zaniku smarowania spowodowanego awarią podczas lotu. Czas ten jest niezbędny na dolot do miejsca bezpiecznego lądowania. Zapewnienie poprawnej pracy skojarzeń, tj. utrzymanie współczynnika tarcia na poziomie zabezpieczającym przed zatarciem, jest możliwe dzięki naniesieniu na współpracujące powierzchnie powłok kompozytowych zawierających smary stałe. W powłoce RGC jest to węgiel szklisty, a w powłoce TLML dwusiarczek molibdenu. Podczas współpracy ślizgowej, przy niewystarczającej ilości oleju, ma miejsce intensywniejsze zużywanie powłoki. Ponieważ smarowanie nie funkcjonuje, produkty zużycia są usuwane ze strefy tarcia znacznie wolniej. Z produktów zużycia smaru stałego i resztek oleju tworzy się mieszanina, która jest osadzana na współpracujących powierzchniach, zmniejszając tarcie. Nawet po zużyciu powłoki współczynnik tarcia w przeprowadzonych badaniach nie przekraczał 0,04. Opracowana powłoka może pracować w temperaturze 120°C, przy nacisku p = 0,4÷2,0 MPa i prędkości v = 0,55 m/s, do 30 minut nie ulegając całkowitemu zużyciu. Powłoka TLML po około 24 minutach została zużyta.

8

HVOF sprayed nanostructured composite coatings with a reduced friction coefficient

Żórawski W., Makrenek M., Góral A., Zimowski S.

Tribologia

|

2017

|

nr 4

139--147

EN

Nanostructured materials provide new possibilities, which enable creating composite structures with much better properties than composites obtained from conventional materials. Such a solution facilitates combining selected features of different nanomaterials in order to obtain a composite with the required durability, thermal, insulation, tribological, etc. properties. In the case of a composite containing a solid lubricant, it is comprised of a nanostructured matrix, providing mechanical durability, and an evenly distributed nanostructured solid lubricant. A study of the tribological properties of composite HVOF sprayed from nanostructured WC-12Co mixed with nanostructured Fe3O4, having the properties of the solid lubricant is presented. The coatings were sprayed by means of a Hybrid Diamond Jet system. A T-01 ball on disc tribological tester was used to determine the coefficient of friction on the basis of friction force obtained in the course of continuous measurement at a set load. The result of investigations was compared with properties of coatings sprayed with standard WC-12Co/ Fe3O4.

PL

Materiały nanostrukturalne stwarzają nowe możliwości, które pozwalają na tworzenie struktur kompozytowych o właściwościach znacznie lepszych niż te otrzymywane z materiałów konwencjonalnych. Takie rozwiązanie umożliwia łączenie wybranych właściwości różnych nanomateriałów w celu uzyskania kompozytu, który będzie posiadał wymagane właściwości wytrzymałościowe, tribologiczne, cieplne i inne. W przypadku kompozytów zawierających smar stały składają się one z nanostrukturalnej matrycy zapewniającej wytrzymałość mechaniczną i równomiernie rozłożonego nanostrukturalnego smaru stałego. W artykule przedstawiono badania właściwości tribologicznych płomieniowo natryskanego naddźwiękowo kompozytu będącego mieszaniną nanostrukturalnego proszku WC-12Co i nanostrukturalnego proszku Fe3O4 o właściwościach smaru stałego. Powłoki kompozytowe zostały natryskane z użyciem systemu do płomieniowego natryskiwania naddźwiękowego Hybrid Diamond Jet. Tester tribologiczny T-01 typu kulka-pierścień został użyty do zbadania współczynnika tarcia na podstawie pomiaru siły tarcia otrzymanej w wyniku ciągłego pomiaru przy ustalonym obciążeniu. Wyniki badań zostały porównane z właściwościami powłok płomieniowo natryskanymi naddźwiękowo z konwencjonalnych proszków WC-12Co/Fe3O4.

9

The influence of solid lubricants used for the lubrication of wheel flanges on railways to reduce the corrosion of rails

Bąkowski H.

Tribologia

|

2016

|

nr 4

21--28

EN

The paper presents the influence of selected solid lubricants used for the lubrication of wheel flanges of railways on the formation and development of corrosion. Tested solid lubricants consisted primarily of graphite, molybdenum disulphide, and soybean oil additives. Moreover, grease sticks were selected to make it possible to compare and evaluate their suitability in applying the lubrication of railway wheels. The study is based on the European standard that allows the determination of wear in the test samples to determine the advantages in relation to the processes of corrosion.

PL

W pracy przedstawiono wpływ wybranych smarów stałych stosowanych do smarowania obrzeży kół kolejowych na powstawanie i rozwój zjawiska korozji. Badane smary stałe składały się z przeważającej części z grafitu, dwusiarczku molibdenu i soi. Dobór sztyftów smarów stałych podyktowany był względami ekonomicznymi i tribologicznymi, bowiem tylko takie są obecnie stosowane na smarowanie obrzeży kół kolejowych przez sekcje eksploatacji poszczególnych przewoźników na PKP. Sztyfty ponadto zostały tak dobrane, aby umożliwiły porównanie i ocenę ich przydatności w stosowaniu do smarowania kół kolejowych. Badania przeprowadzono w oparciu o normę europejską pozwalającą na określeniu zużycia badanych próbek w atmosferze sprzyjającej procesom korozji.

10

Precursor influence on tribological properties of metal-ceramic composites designed for aviation machine parts

Posmyk A., Myalski J.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 1

16--20

EN

The paper presents the influence of the chemical composition and structure of a glassy carbon precursor on the tribological properties of a metal-ceramic composite, manufactured with the application of this precursor. Two groups of composites containing two different carbon precursors have been manufactured and studied. The first composite contained a glassy carbon precursor embedded from the liquid state in a porous ceramic foam with 90% open porosity. The ceramic foam (Al2O3) is the reinforcing phase and the glassy carbon functions as a solid lubricant. A twofold increase in compressive strength was observed when the foam was present. The foam porosity was reduced to 85% after it was coated with carbon. However, it was good enough for proper infiltration with the liquid matrix alloy. In the case of the second composite, it is a spatial skeleton made of glassy carbon (RCV) which functions both as the reinforcement and solid lubricant. The open porosity of the carbon foam (95%) promoted good infiltration with the matrix alloy. There was no report of holes which were not filled with the matrix alloy within the entire volume of the samples subjected to microscopic tests. The wettability of the foam surface with the matrix alloy is sufficient enough to form strong bonds. The composite containing ceramic foam coated with glassy carbon showed better tribological properties than the composite which contained only carbon foam.

PL

Przedstawiono wpływ składu chemicznego i struktury przestrzennej prekursora węgla szklistego użytego do wytwarzania kompozytów metalowo-ceramicznych na ich właściwości tribologiczne. Wyprodukowano i przebadano dwie grupy kompozytów zawierających dwa różne prekursory węgla. Pierwszy kompozyt zawierał prekursor węgla osadzony ze stanu ciekłego na porowatej piance ceramicznej o porowatości otwartej 90%. Pianka ceramiczna (Al2O3) pełni rolę umocnienia, a węgiel szklisty rolę smaru stałego. Obecność pianki zwiększa wytrzymałość na ściskanie ponad dwukrotnie. Porowatość pianki po pokryciu węglem zmniejszyła się do 85%, ale jest wystarczająca do dobrej infiltracji ciekłym stopem osnowy. W drugim kompozycie rolę zarówno umocnienia, jak i smaru stałego pełni przestrzenny szkielet wykonany z węgla szklistego (RVC). Porowatość otwarta pianki węglowej (95%) pozwoliła na dobrą infiltrację stopem osnowy. W całej objętości przebadanych mikroskopowo próbek nie stwierdzono miejsc niewypełnionych stopem osnowy. Zwilżalność powierzchni pianki stopem osnowy jest wystarczająca do utworzenia trwałego połączenia. Wytrzymałość na ściskanie pianki węglowej (0,52 MPa) jest znacznie mniejsza niż pianki ceramicznej, dlatego właściwości kompozytu zawierającego tylko piankę węglową są gorsze. Podczas ciśnieniowej infiltracji ciekłym stopem osnowy dochodzi do lokalnych pęknięć i uszkodzeń struktury pianki. Drobne elementy pianki zostały przemieszczone. Generalnie, struktura pianki pozwoliła na uzyskanie równomiernego rozmieszczenia węgla szklistego w kompozycie. Właściwości tribologiczne kompozytu zawierającego piankę węglową we współpracy z żeliwem GJL-350 są gorsze niż kompozytu zawierającego piankę ceramiczną pokrytą węglem szklistym wytworzonym z ciekłego prekursora, którym nasączono porowatą piankę. Wytrzymałość na ścinanie pianki węglowej (30 MPa) jest porównywalna z wytrzymałością na ścinanie węgla szklistego wytworzonego podczas pirolizy prekursora osadzonego na piance ceramicznej. Powinno to wpłynąć na zmniejszenie współczynnika tarcia. Jednak małe wartości wytrzymałości na ściskanie powodują zagłębianie się trzpienia żeliwnego w kompozycie i pogarszają warunki współpracy ślizgowej.

11

Precursor influence on structure of metal-ceramic composites designed for aviation machine parts

Myalski J., Posmyk A.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 1

28--33

EN

The paper presents the influence of the spatial structure of a glassy carbon precursor on the structure and properties of sliding composites. Comparative studies carried out and the results obtained have been described for composites containing conventional carbon foam as well as those containing glassy carbon foams, from various types of glassy carbon precursors, functioning as reinforcement and a solid lubricant. The application of two different reinforcing phases based on the different types of precursors used, results in producing composites of varied structures and properties. Such a procedure also requires a pressure change in precursor infiltration. The material used for production of the carbon precursor as well as the process parameters of its pyrolysis allow significant modification of the structure and properties of the manufactured composite.

PL

W pracy przedstawiono wpływ struktury przestrzennej prekursora węgla szklistego na strukturę i właściwości kompozytów zawierających węgiel szklisty pełniący rolę smaru stałego. Opisano wyniki badań porównawczych kompozytów zawierających konwencjonalną piankę węglową oraz kompozytów zawierających pianki z węgla szklistego, otrzymanego z różnych rodzajów prekursorów węgla szklistego w postaci pianki, która stanowiła umocnienie i smar stały. Użycie dwóch różnych faz umacniających związanych z rodzajem zastosowanych prekursorów skutkuje wytworzeniem kompozytów o różnej strukturze i różnych właściwościach. Wymaga też zmiany ciśnienia infiltracji prekursora stosownie do jego wytrzymałości na ściskanie. Pianki pozwalają wprowadzać do struktury kompozytu smary stałe, np. węgiel szklisty, co zmienia w istotny sposób właściwości tribologiczne kompozytów. Na Politechnice Śląskiej opracowano nową metodę wytwarzania kompozytów zawierających węgiel szklisty jako smar stały. Polega ona na wytworzeniu z wybranego prekursora szkieletu przestrzennego z węgla szklistego pochodzącego z różnych rodzajów materiałów zawierających węgiel i infiltracji tego szkieletu ciekłym materiałem osnowy. Materiał użyty do wytwarzania prekursora węgla i parametry procesu jego pirolizy pozwalają w istotny sposób kształtować strukturę i właściwości użytkowe wytwarzanego kompozytu. W artykule opisano wpływ rodzaju prekursora na strukturę i właściwości kompozytów metalowych zawierających ceramikę i smar stały.

12

Surface Modification Of The High Temperature Porous Sliding Bearings With Solid Lubricant Nanoparticles

Wiśniewska-Weinert H.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2209--2214

EN

A surface modification of stainless steel bearing sleeves is developed to improve the tribology characteristics at high temperature. Solid lubricant nano- and microparticles are applied for this purpose. To create the quasi-hydrodynamic lubrication regimes, the solid lubricant powder layer is made by developed pressure impregnation technique. Porous sliding bearing sleeve prototypes were made by powder metallurgy technique. The purpose of the paper is to define the friction and wear characteristics of the sleeves and to determine the influence of sealing of the sliding interface on these characteristics. It is found that application of WS2 sold lubricant nano- and micro-particles and preservation of a particle leakage out of interface allows to achieve at the high temperature the friction coefficients comparable to those at ambient temperature.

PL

Opracowano modyfikację powierzchni bieżni łożysk wykonanych ze stali nierdzewnej w celu poprawy charakterystyki tribologicznej w podwyższonej temperaturze poprzez zastosowanie stałego czynnika smarnego w postaci nano- i mikro-cząstek. W celu wytworzenia warunków kwasi-hydrodynamicznego smarowania, wytworzono warstwę z proszku smarnego na drodze infiltracji ciśnieniowej. Celem pracy było wyznaczenie charakterystyki ściernej i zużyciowej bieżni oraz określenie wpływu uszczelnienia ślizgających się powierzchni na te charakterystyki. Stwierdzono, że zastosowanie WS2 jako stałego smaru w postaci nano- i mikro-cząstek oraz zabezpieczenie wypływu z granicy fazowej pozwala uzyskać wartość współczynnika tarcia porównywalną z otrzymywaną dla temperatury otoczenia.

13

The influence of hybrid composites structure on their tribological properties

Posmyk A., Myalski J.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 1

18--22

EN

The paper presents the influence of a hybrid composite structure containing two reinforcing phases i.e. porous, spherical Al2O3 ceramic particles, coated with glassy carbon film which carries out the function of solid lubricant. This composite is manufactured by a new method developed in 2013, which consists of three stages i.e. pre-form manufacturing from porous foam by means of gelcasting, foam saturation with a glassy carbon precursor and its pyrolysis, followed by the infiltration of the pre-form coated with glassy carbon by a liquid alloy. The new method helps to obtain composites with homogenous glassy carbon distribution which improves their tribological properties. The presence of aluminum oxide increases the hardness locally whereas the presence of glassy carbon mitigates the shear strength. Comparative tribological studies of a composite with an AC-AlCu3Mg1 matrix alloy containing 10% Al2O3 and the hybrid composite in which aluminum oxide spheres have been coated with glassy carbon, both sliding against GJL-300 cast iron in air, confirmed the positive influence of carbon on both the friction coefficient and wear. The friction coefficient at a sliding speed of v = 2.5 m/s and unit pressure p = 2 MPa after wearing-in of the sliding surfaces is 0.08÷0.12 for the composites with glassy carbon and 0.25÷0.32 for the composite which contains only ceramic spheres.

PL

Przedstawiono wpływ struktury kompozytu hybrydowego zawierającego dwie fazy zbrojące, tj. porowate, sferoidalne, puste wewnątrz cząstki Al2O3 jako umocnienie pokryte warstewką węgla szklistego, pełniącego funkcję smaru stałego. Kompozyt ten jest wytwarzany według nowej metody opracowanej w 2013 roku. Metoda składa się z trzech etapów, tj. wytwarzania preformy z porowatej pianki metodą żelowania spienionej zawiesiny, nasączania tej pianki prekursorem węgla szklistego i jego pirolizy oraz infiltracji ciekłym stopem osnowy pokrytej węglem szklistym preformy. Dzięki tej metodzie uzyskuje się zupełnie inną strukturę kompozytu niż dotychczasową metodą mieszania. Podczas mieszania uzyskuje się kompozyt o niezbyt równomiernym rozłożeniu węgla szklistego, przez co na powierzchni biorącej udział w tarciu można znaleźć obszary o mniejszej zawartości węgla, co sprzyja lokalnemu sczepianiu adhezyjnemu z współpracującym ślizgowo żeliwem. Według nowej metody, uzyskuje się kompozyt z bardziej równomiernym rozłożeniem węgla szklistego, co poprawia właściwości tribologiczne. Obecność tlenku glinu zwiększa lokalnie twardość, a węgla szklistego zmniejsza wytrzymałość na ścinanie. Doboru materiałów fazy zbrojącej dokonano zgodnie z hipotezą tarcia opracowaną przez Ernsta i Merchanta, wg której w strefie tarcia powinny być dwa materiały, tj. jeden o dużej twardości, a drugi o małej wytrzymałości na ścianie. Węgiel szklisty cechuje się małą wytrzymałością na ścianie (30÷50 MPa) i dużą mikrotwardością porównywalną do SiC (230÷340 HV - SIGRADUR), co zmniejsza siły tarcia. Cechy stereologiczne sfer ceramicznych, takie jak udział powierzchniowy (ilość cząstek na 1 mm2) i średnia średnica decydują o ilości i sposobie rozmieszczenia węgła osadzonego na wewnętrznych i zewnętrznych ściankach sfer. Regulując intensywność i czas osadzania prekursora węglowego na podłożu ceramicznym, można dobrać ilość fazy węglowej tworzącej się na ściankach tych sfer ceramicznych. Wydłużenie czasu osadzania prekursora węglowego pozwala na uzyskanie warstewek o większej grubości. W badanym kompozycie zaobserwowano, w zależności od wielkości i położenia sfer, powłoki węglowe o grubości od 1 do 5 µm. Cieńsze warstewki wytworzono w miejscach, do których dostęp płynnego prekursora był ograniczony, np. przez zbyt małe lub częściowo zamknięte pory w sferach Al2O3. Proces pirolizy prekursora wywiera również wpływ na właściwości tribologiczne wytworzonego węgła szklistego. Temperatura i czas karbonizacji, z reguły, wpływają na zwiększenie wytrzymałości i twardości węgla szklistego. Infiltracja ciekłym stopem osnowy pokrytych węglem szklistym preform ceramicznych wywiera wpływ na właściwości wytrzymałościowe kompozytu. Za niskie ciśnienie i za mała płynność stopu mogą spowodować, że nie wszystkie sfery zostaną wypełnione całkowicie, a powstałe pustki zmniejszą wytrzymałość. Porównawcze badania tribologiczne kompozytu z osnową ze stopu AC-AlCu3Mg1, zawierającego 10% Al2O3 oraz kompozytu hybrydowego, ze sferami Al2O3 pokrytymi węglem szklistym, we współpracy z żeliwem GJL-300 w warunkach tarcia technicznie suchego wykazały dobry wpływ węgla na współczynnik tarcia i zużycie. Współczynnik tarcia przy prędkości v = 2,5 m/s i nacisku jednostkowym p = 2 MPa po dotarciu skojarzenia wynosił 0,08÷0,12 dla kompozytu z węglem szklistym i 0,25÷0,32 dla kompozytu zawierającego tylko ceramiczne sfery.

14

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

Posmyk A., Myalski J.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 2

135--140

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.

15

Exfoliation based technology of large scale manufacturing molybdenum disulphide graphene-like nanoparticle mixtures

Wiśniewska-Weinert H.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2013

|

Vol. 13, no. 2

144--149

EN

Application of solid lubricant nanoparticles to achieve the ultra low friction is proved to be a promising way of tribology development. A new exfoliation based technology of MoS2 solid lubricant nanoparticles is developed and elaborated in this work. The mechanical exfoliation technology of manufacturing MoS2 graphene-like nanoparticles by carefully controlling exfoliation parameters is examined with rolling cleavage machine, and the first characterization of nanoparticle–microparticle mixture obtained by this technology is made. The results reveal the promising application potential of the method.

16

Self-lubricating SiC matrix composites

Gubernat A., Stobierski L., Zimowski S., Hydzik P.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 4

219-227

EN

The research presented here was devoted to the pressureless sintering of composites consisting of a SiC matrix and intentionally introduced particles of solid lubricants as a dispersed phase. The goal of using such materials is to achieve a self-lubrication effect in friction seal elements during sliding contact. In the first part of the investigations, the optimal conditions of sintering, as well as the best composition and concentration of the solid lubricants were established. The second part of the work consisted in characterizing such mechanical and tribological properties of the materials as: hardness (HV and HK), bending strength, abrasive wear resistance, friction coefficient and linear wear in contact parts made of homonymous and heteronymous materials. Based on the tribological and mechanical studies correlated with microstructure investigations (SEM), the material fulfilling the requirements for the construction of self-lubricating seal elements was selected.

PL

Przedstawiono badania poświęcone spiekaniu bezciśnieniowemu kompozytów, w których matrycę stanowił SiC, a fazą rozproszoną były celowo wprowadzane smary stałe. Zadaniem takich tworzyw jest uzyskanie efektu samosmarowania pomiędzy pracującymi w styku ślizgowym elementami uszczelnienia czołowego. W pierwszej części pracy określono warunki wytwarzania kompozytów i dokonano pełnej ich charakterystyki. W tym celu, po przeprowadzonym spiekaniu, na podstawie badań gęstości pozornej i względnej kompozytów, pomiarów składu fazowego i obserwacji mikrostruktury określono warunki spiekania i dokonano wyboru najlepszego smaru stałego. W drugiej części przeprowadzono charakterystykę właściwości mechaniczno-tribologicznych wybranych kompozytów. Określono twardość (HV i HK), wytrzymałość na zginanie, odporność na zużycie ścierne, wartość współczynnika tarcia i zużycia liniowego w styku jedno- i różnoimiennym. Na podstawie wymienionych parametrów tribologicznych połączonych z obserwacjami mikrostruktury wyselekcjonowano kompozyt spełniający wymogi stawiane materiałom służącym do budowy elementów konstrukcyjnych samosmarujących się uszczelnień czołowych.

17

Właściwości tribologiczne nanostrukturalnych powłok kompozytowych natryskanych naddźwiękowo

Żórawski W.

Tribologia

|

2011

|

nr 4

271-281

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nanostrukturalnej powłoki kompozytowej WC12Co/Fe3O4 natryskanej naddźwiękowo (HVOF). Badania nanostrukturalnych proszków oraz natryskanych powłok były realizowane za pomocą mikroskopu skaningowego (SEM), mikroskopu transmisyjnego (TEM) i dyfraktometru (XRD). Pokazały one, że proszki WC12Co i Fe3O4 zawierają nanokryształy. Badania natryskanych powłok potwierdziły, że w ich skład wchodzą również nanokryształy. Natryskane powłoki WC12Co zawierały niewielką ilość fazy W2C, WC1-x i W, natomiast skład fazowy powłoki Fe3O4 nie uległ zmianie. Badania przeprowadzone na testerze tribologicznym T-01 wykazały mniejszy współczynnik tarcia dla nanostrukturalnej powłoki kompozytowej niż konwencjonalnej.

EN

This paper concerns the results of investigations on a nanostructured WC12Co HVOF sprayed composite mixed with nanostructured Fe3O4. The microstructure and composition of nanostructured powders and coatings were analysed using SEM FEI Nova(TM) NanoSEM 200 and TEM Philips CM20 with EDAX EDX. Investigations of applied powders show that both materials contain nanocrystals. A small quantity of W2C, WC1-x and W phases were found in WC12Co sprayed coatings; however, the phase composition of the Fe3O4 coating did not change. Investigations carried out by means of a T-01 ball-on-disc tribological tester reveal a lower coefficient of friction for the composite nanostructured coating.

18

Wpływ procesu azotowania i modyfikacji warstwy wierzchniej nanokompozytem smarów stałych na właściwości tribologiczne i trwałość części układów pracujących w trudnych warunkach eksploatacyjnych

Lijewski M., Wiśniewski T., Janczak M., Leshchynsky V.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2011

|

T. 22, nr 3

163-176

PL

Celem prowadzonych prac naukowo-badawczych, jest otrzymanie nowych, innowacyjnych łożysk ślizgowych przeznaczonych do pracy w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Prowadzone badania maja na celu optymalizację własności materiałów, z których wytwarzane są określone detale. Realizowane jest to przez optymalizację gęstości, twardości, odporności na zużycie, odporności na uderzenia cieplne oraz poprawę właściwości tribologicznych. Przedstawione wyniki stanowią wstępne prace badawcze, które będą kontynuowane.

EN

The purpose of the work is to obtain new, innovative sliding bearings for operation under severe conditions. The investigation is devoted for optimisation of the technology parameters of sliding bearing manufacturing. The technology development results in substantial increase of density, hardness, tribological properties, wear and thermal shock resistance. The effectiveness of nanoparticle solid lubricant application is discussed.

19

Ceramika narzędziowa z dodatkami stałych substancji smarujących

Putyra P.

Mechanik

|

2011

|

R. 84, nr 4

318-320

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych oraz tribologicznych ceramiki o osnowie Al2O3-Ti(C,N) z dodatkami mającymi obniżyć współczynnik tarcia. Najniższą wartość współczynnika tarcia zanotowano dla materiału po spiekaniu SPS z dodatkiem WS2.

EN

Presented are the results of mechanical and tribological tests performed on ceramic material consisting of the AI203-Ti(C,N) matrix with friction reducing additives. The minimum coefficient of friction has been noted with the SPS material sintered with addition of WS2.

20

Alumina composites with solid lubricant content

Putyra P., Podsiadło M., Smuk B.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 41, nr 1-2

34-39

EN

Purpose: The aim of the study presented in this article is to determine the effect of the addition of solid lubricating substances on the selected properties of ceramic tool materials. The effect of tested lubricant additives on the density, porosity, Young’s modulus and Vickers hardness of Al2O3-based ceramics with Ti(C,N) was determined. Design/methodology/approach: Ceramic materials based on aluminium oxide with the addition of solid lubricating substances. Materials were obtained by uniaxial compression with the addition of sliding substances, then isostatically pressed, and dried. The sintering process was carried out at a temperature of 1750°C under high vacuum conditions. Density, Vickers hardness and Young’s modulus was determined for these materials. The materials were also subjected to tribological analysis. The results obtained were compared with the properties of ceramic material based on Al2O3 + 30 mass.% Ti(C,N), from which tool materials were made. Findings: The use of solid lubricating substances in the production of ceramic materials allowed a reduction in the coefficient of friction. Depending on the sliding additives used, the relative density values of individual materials were in the range of 85.3% to 92.3%. Young’s modulus values for these materials were in the range of 273 GPa to 343 GPa, and Vickers hardness in the range of 966 to 1373 HV1. The results of tribological analysis showed a coefficient of friction value for the base material of 0.51. For the other materials, the coefficient of friction values were in the range 0.28 to 0.41, the lowest value being for the material with the addition of BaZrO3. Practical implications: Ceramic materials with the addition of solid lubricating substances may be used in cutting tools. Study of the composition and production technology of such tools allows for the minimisation of the use of liquid cooling lubricants in the machining process and the achievement of higher cutting speeds. Originality/value: Ceramic materials intended for cutting tool blades were produced with the addition of materials of a layered structure or of high cleavage by free sintering. These materials were added to the structure, resulting in a reduced coefficient of friction, which was measured at between 55% and 75% of the coefficient of friction of the base material. The coefficient of friction was determined for friction pairs: ceramic material - high hardness steel ball.