Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Tribological Testing of Environmentally Friendly Lubricants

Kowalski Marcin, Bernat Szymon, Kowalczyk Joanna, Radoń-Kobus Krystyna, Grabowski Paweł, Madej Monika

Tribologia

|

2023

|

nr 1

51--63

PL

W artykule porównano właściwości oleju mineralnego z olejem na bazie glicerolu i olejem na bazie oleju rzepakowego. Uzyskane wyniki badań wskazały, że współczynnik tarcia dla oleju mineralnego wykazał zbliżoną charakterystykę dla obu obciążeń (25 N/ 50 N), również minimalne zmiany zaobserwowano dla oleju na bazie oleju rzepakowego. Natomiast największą różnicę uzyskano dla oleju na bazie glicerolu i wody, gdzie współczynnik tarcia wzrósł o ponad 23% dla obciążenia 50 N w porównaniu z obciążenie m 25 N. Przeprowadzone badania wskazują na bardzo dobrą charakterystykę olejów na bazie oleju rzepakowego oraz oleju na bazie glicerolu i wody wraz z dodatkami zmniejszającymi tarcie w zależności od przyłożonego obciążenia. Dla niż szych obciążeń bardzo dobre właściwości przeciwzużyciowe posiada olej na bazie glicerolu i wody, zaś dla wyższych olej na bazie oleju rzepakowego. Zatem w odpowiednich warunkach oleje przyjazne środowisku mają zbliżone lub lepsze właściwości smarne aniżeli toksyczne wysoko „zdodatkowane” oleje mineralne. Tym samym posiadają potencjał zastąpienia powszechnie stosowanego oleju mineralnego.

EN

This paper compares the properties of mineral oil with glycerol and water-based oil, and rapeseed-based oil. The obtained research results showed that the friction coefficient for mineral oil has similar characteristics for both loads (25 N/50 N). Minimal differences were also observed for the rapeseed-based oil. However, the most significant difference was obtained for oil based on glycerol and water, where the friction coefficient increased by more than 23% under the load of 50 N compared to 25 N. The tests showed very good characteristics of the oils based on rapeseed oil and the oil based on glycerol and water with additives reducing friction, depending on the applied load. For lower loads, the oil based on glycerol and water has very good anti-wear properties, whereas the oil based on rapeseed oil has very good anti-wear properties for higher loads. Thus, environmentally friendly oils have similar or better lubricating properties under appropriate conditions than toxic oils with high additive contents. Hence, they have the potential to replace the commonly used mineral oil.

2

Phenomenological model of cavitation erosion of nitrogen ion implanted HIPed Stellite 6

Szala Mirosław

Advances in Materials Science

|

2023

|

Vol. 23, nr 1(75)

98--109

EN

Stellites are a group of Co-Cr-C-W/Mo-containing alloys showing outstanding behavior under cavitation erosion (CE) operational conditions. The process of ion implantation can improve the CE resistance of metal alloys. This work presents the elaborated original phenomenological model of CE of nitrogen ion implanted HIP-consolidated (Hot Isostatically Pressed) cobalt alloy grade Stellite 6. The ultrasonic vibratory test rig was used for CE testing. The nitrogen ion implantation with 120 keV and fluence of 5 × 1016 N+/cm−2 improves HIPed Stellite 6 cavitation erosion resistance two times. Ion-implanted HIPed Stellite 6 has more than ten times higher CE resistance than the reference AISI 304 stainless steel sample. Comparative analysis of AFM, SEM and XRD results done at different test intervals reveals the kinetic of CE process. The model includes the surface roughness development and clarifies the meaning of cobalt-based matrix phase transformations under the nitrogen ion implantation and cavitation loads. Ion implantation modifies the cavitation erosion mechanisms of HIPed Stellite 6. The CE of unimplanted alloy starts on material loss initiated at the carbides/matrix interfaces. Deterioration starts with cobalt matrix plastic deformation, weakening the carbides restraint in the metallic matrix. Then, the cobalt-based matrix and further hard carbides are removed. Finally, a deformed cobalt matrix undergoes cracking, accelerating material removal and formation of pits and craters' growth. The nitrogen ion implantation facilitates ɛ (hcp—hexagonal close-packed)) → γ (fcc—face-centered cubic) phase transformation, which further is reversed due to cavitation loads, i.e., CE induces the γ → ɛ martensitic phase transformation of the cobalt-based matrix. This phenomenon successfully limits carbide removal by consuming the cavitation loads for martensitic transformation at the initial stages of erosion. The CE incubation stage for ion implanted HIPed Stellite 6 lasts longer than for unimplanted due to the higher initial content of γ phase. Moreover, this phase slows the erosion rate by restraining carbides in cobalt-based matrix, facilitating strain-induced martensitic transformation and preventing the surface from severe material loss.

3

Regression Using Machine Learning and Neural Networks for Studying Tribological Properties of Wear-Resistant Layers

Malinowski Paweł, Kasińska Justyna

Tribologia

|

2022

|

nr 1

57--64

EN

Artificial intelligence is becoming commonplace in various research and industrial fields. In tribology, various statistical and predictive methods allow an analysis of numerical data in the form of tribological characteristics and surface structure geometry, to mention just two examples. With machine learning algorithms and neural network models, continuous values can be predicted (regression), and individual groups can be classified. In this article, we review the machine learning and neural networks application to the analysis of research results in a broad context. Additionally, a case study is presented for selected machine learning tools based on tribological tests of padding welds, from which the tribological characteristics (friction coefficient, linear wear) and wear indicators (maximum wear depth, wear area) were determined. The study results were used in exploratory data analysis to establish the correlation trends between selected parameters. They can also be the basis for regression analysis using machine learning algorithms and neural networks. The article presents a case study using these approaches in the tribological context and shows their ability to accurately and effectively predict selected tribological characteristics.

PL

Zastosowanie sztucznej inteligencji w różnych dziedzinach nauki i przemysłu jest coraz bardziej powszechne. Duża różnorodność metod statystycznych i predykcyjnych umożliwia użycie ich również w tribologii. Analiza danych liczbowych w postaci charakterystyk tribologicznych, struktury geometrycznej powierzchni oraz wielu innych wymaga zastosowania narzędzi informatycznych oraz statystycznych. Wykorzystanie algorytmów uczenia maszynowego i budowanie modelu sieci neuronowej umożliwi prognozowanie wartości ciągłych (regresja) oraz klasyfikowanie poszczególnych grup. W artykule autorzy dokonują przeglądu możliwości aplikacyjnych algorytmów uczenia maszynowego i sieci neuronowych do analizy wyników badań w szerokim kontekście. Dodatkowo zaprezentowano studium przypadku dla wybranych narzędzi uczenia maszynowego na podstawie przykładowych badań tribologicznych napoin, dla których przeprowadzono testy, w których wyznaczono charakterystyki tribologiczne (współczynnik tarcia, zużycie liniowe) oraz wskaźniki zużycia (maksymalna głębokość wytarcia, pole wytarcia). Wyniki badań były podstawą do przeprowadzenia analizy eksploracyjnej i posłużyły do wykazania korelacji pomiędzy wybranymi parametrami. Autorzy przekonują, że mogą one być podstawą do analizy regresji z wykorzystaniem algorytmów uczenia maszynowego i sieci neuronowych. W artykule zaprezentowano studium przypadku z wykorzystaniem tych podejść w kontekście tribologicznym oraz pokazano ich zdolność do dokładnego i skutecznego przewidywania wybranych charakterystyk tribologicznych.

4

Properties of Al2O3 Ceramic Coatings Applied by ALD Method on 100Cr6 Steel

Radoń-Kobus Krystyna, Madej Monika

Tribologia

|

2022

|

nr 2

45--53

EN

The purpose of the paper was to assess the morphology, chemical composition, geometric surface structure and contact angle, as well as to analyse the tribological properties of Al2O3 coatings deposited on 100Cr6 steel using the technique of atomic layers ALD. Al2O3 coatings were selected due to their tribological properties, adhesion to the substrate and hardness. Tribological tests were performed in a reciprocating motion in a ballon-disc combination, with a counter-specimen of 100Cr6 steel, under the conditions of technically dry friction. Surface morphology was observed under a scanning microscope, and an EDS analyser enabled the performance of an analysis of the chemical composition of the samples. Wetting of the surface of the Al2O3 coating was determined by means of an optical strain gauge. The geometric surface structure before and after the tribological tests was analysed by means of a confocal microscope with an interferometric mode. The tests proved that during technically dry friction, the average coefficient of friction for the Al2O3 coating is lower by approximately 30% than for 100Cr6 steel. The tested coatings are characterised by hydrophobicity.

PL

Celem pracy była ocena morfologii, składu chemicznego, struktury geometrycznej powierzchni, kąta zwilżania oraz analiza właściwości tribologicznych powłok Al2O3 osadzanych na stali 100Cr6 techniką warstw atomowych ALD. Powłoki Al2O3 wytypowano ze względu na ich właściwości tribologiczne, adhezję do podłoża oraz twardość. Testy tribologiczne przeprowadzono w ruchu posuwisto-zwrotnym w skojarzeniu kula–tarcza z przeciwpróbką ze stali 100Cr6 w warunkach tarcia technicznie suchego. Na mikroskopie skaningowym obserwowano morfologię powierzchni, a analizator EDS umożliwił przeprowadzenie analizy składu chemicznego próbek. Przy pomocy tensjometru optycznego określono zwilżalność powierzchni powłoki Al2O3. Strukturę geometryczną powierzchni przed i po testach tribologicznych analizowano za pomocą mikroskopu konfokalnego z trybem interferometrycznym. Testy wykazały, że podczas tarcia technicznie suchego średni współczynnik tarcia dla powłoki Al2O3 jest około 30% mniejszy niż dla stali 100Cr<6. Badane powłoki charakteryzują się hydrofobowością.

5

Analysis of the Influence of Hexagonal Boron Nitride on Tribological Properties of Grease

Senyk Szymon, Kałdoński Tadeusz

Tribologia

|

2022

|

nr 3

101--112

EN

The article discusses the problem of using hexagonal boron nitride (h-BN) as a grease additive. The literature on the subject was analysed in terms of greases into which hexagonal boron nitride was added. Particular attention was paid to the nano h-BN, due to the topicality of this topic and the potential of nano-additives to lubricants noted in published scientific studies. It was found that in order to indicate the regularities describing the tribological interaction of hexagonal boron nitride, detailed studies and an analysis of its properties are required. The important factors determining the application of this additive include particle size distribution, morphology, specific surface area, and porosity. The mentioned properties were determined for four samples of hexagonal boron nitride, which were also objects of tribological experiments. For this purpose, a scanning electron microscope (SEM) and XRD method were used, and low-temperature adsorption isotherms were determined. The research on the influence of h-BN on the lubricity properties of lithium grease was carried out on a four-ball apparatus. Possible mechanisms of interaction of different types of h-BN in the friction zone were identified using the information collected on their important properties. Based on the results of the research, it was found that the use of nano h-BN in the discussed context seems promising.

PL

W artykule podjęto problematykę zastosowania heksagonalnego azotku boru (h-BN) jako dodatku do smarów plastycznych. Przeprowadzono analizę literatury tematu pod kątem smarów plastycznych, do których wprowadzano heksagonalny azotek boru. Szczególną uwagę zwrócono na nanodmianę h-BN, z uwagi na aktualność tej tematyki i odnotowywany w opublikowanych badaniach naukowych potencjał nanododatków do środków smarnych. Stwierdzono, że aby wskazać prawidłowości opisujące tribologiczne oddziaływanie heksagonalnego azotku boru wymagane są szczegółowe badania i analiza jego właściwości. Do istotnych czynników determinujących opisywane zastosowanie tego dodatku zaliczono: rozkład rozmiarów jego cząstek, ich morfologię, powierzchnię właściwą, a także porowatość. Wymienione właściwości określono dla czterech próbek heksagonalnego azotku boru, które były jednocześnie obiektami eksperymentów tribologicznych. Wykorzystano w tym celu skaningowy mikroskop elektronowy (SEM), metodę dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) oraz wyznaczono niskotemperaturowe izotermy adsorpcji. Badania wpływu h-BN na właściwości smarnościowe litowego smaru plastycznego przeprowadzono na aparacie czterokulowym. Zidentyfikowano możliwe mechanizmy oddziaływania różnych typów h-BN w strefie tarcia, wykorzystując przy tym zgromadzone informacje dotyczące ich istotnych właściwości. Na podstawie wyników przeprowadzonych badań stwierdzono, że zastosowanie nano h-BN w omawianym kontekście wydaje się perspektywiczne.

6

A Contribution to the Knowledge of Synergy in Tribology Systems

Tyczewski Przemysław, Zwierzycki Wiesław, Stachowiak Arkadiusz, Ulbrich Dariusz

Tribologia

|

2022

|

nr 4

95--101

EN

The article contains information about the knowledge of synergism in tribology systems. Two examples of analyses of synergism in tribology systems are presented in the article. In the first example, the interaction coefficient (synergy coefficient) was used to evaluate a set of engine and gear oils composed of special lubricating (surface-active) additives to improve the galling load – a measure of boundary layer strength, evaluated on a 4-ball apparatus. Using the interaction coefficient, a 12-element set of oils (compositions) was "separated" into three groups: synergism with additives (KS>1), sometimes strong, at KS=2, neutral interaction (KN=1), antagonism with additives (KA<1). Analysis of test results using the synergism coefficient also makes it possible to select the optimal additive concentration in commercial oil. In the second case, a three-factor system was analysed, in which the resultant (undesirable) characteristic was a measure of mechanical corrosion-abrasive wear of metal parts. In specially designed experiments, the components of total wear derived from the three underlying factors (mechanical, corrosion and environmental), and the interaction between them was determined. The contribution of the sum component of the mechanical-corrosion-abrasive interactions was found to range from 40 to 50% of the total wear (at 50%, there is a strong synergism KS=1).

PL

Artykuł zawiera informacje mające uzupełnić wiedzę o synergizmie w systemach tribologicznych. Przedstawiono dwa przykłady analiz synergizmu w układach tribologicznych. W pierwszym z przykładów posłużono się współczynnikiem oddziaływania (współczynnikiem synergii) do oceny zbioru olejów silnikowych i przekładniowych, które komponowano ze specjalnymi dodatkami smarnościowymi (aktywnymi powierzchniowo) w celu poprawy tzw. obciążenia zatarcia – miary wytrzymałości warstwy granicznej, ocenianej na aparacie 4-kulowym. Posługując się współczynnikiem oddziaływania rozdzielono 12-elementowy zbiór olejów (kompozycje) na trzy grupy wykazujące: synergizm z dodatkami (KS>1), niekiedy silny, przy KS=2, współdziałanie neutralne (KN=1), antagonizm z dodatkami (KA<1). Analiza wyników badań przy pomocy współczynnika synergizmu pozwala również dobrać optymalne stężenie dodatku w oleju handlowym. W drugim z przypadków analizowano system trójczynnikowy, w którym cechą wynikową (niepożądaną) była miara zużycia mechaniczno-korozyjno-ściernego elementów metalowych. W specjalnie zaprojektowanych eksperymentach wyznaczono składowe zużycia całkowitego pochodzące od trzech czynników bazowych (mechanicznego, korozyjnego i środowiskowego) oraz od interakcji między nimi. Stwierdzono, że udział składowej sumarycznej odziaływań interakcyjnych mechaniczno-ścierno-korozyjnych wynosi od 40 do 50% zużycia całkowitego (przy 50% występuje silny synergizm KS=1).

7

Evaluation of Wear Mechanisms of Graphites Used for Crystallisers for Continuous Casting

Brudny Anna, Kulasa Joanna, Juszczyk Barbara, Myalski Jerzy, Roskosz Stanisław, Wycisk R., Kwaśniewski Paweł, Strzępek Paweł, Poręba Marek

Archives of Foundry Engineering

|

2022

|

Vol. 22, iss. 4

109--115

EN

This paper presents the results of research concerning the evaluation of tribological properties of graphite materials used, among others, for crystallisers for continuous casting of non-ferrous metals and their alloys. Graphite materials differing not only in their physical properties but also in the technology of their production were selected from a wide range of commercially available products. Wear resistance investigations of the tested graphite materials were carried out on a pin-on-disc tribometer under technically dry friction conditions on a sliding distance of 1000 m. A constant load but variable speed was used in the tests. The mean value of the coefficient of friction and the wear of the material were determined based on the tribological tests carried out. It was observed that as the speed increases, the average value of the coefficient of friction decreases, while the wear increases. A microstructural analysis of the wear track showed that the friction mechanism depends mainly on the graphite formation technology, which is related to the microstructure of the tested materials, and to a lesser extent to their physical and mechanical properties. Varying the speed values made it possible to trace changes in the wear mechanism, on the basis of which it is possible to predict the durability and reliability of graphite crystalliser operation.

8

Badanie tribologiczne oraz przyczepność powłok natryskiwanych płomieniowo poddźwiękowo proszkowo

Rzeźnikiewicz Agnieszka

Stal, Metale & Nowe Technologie

|

2021

|

nr 9-10

89--92

PL

Dynamiczny rozwój techniki w ostatnich kilkudziesięciu latach postawił przed technologią natryskiwania nowe wyzwanie – poszukiwano procesu nakładania powłok, który nie będzie w znaczący sposób oddziaływał cieplnie na podłoże. Większość warstw natryskiwanych przylega do podłoża za pomocą sił mechanicznych, dlatego też jednym z najważniejszych czynników podczas procesu natryskiwania jest odpowiednie przygotowanie podłoża polegające na oczyszczeniu powierzchni oraz nadaniu jej odpowiedniej chropowatości.

EN

The dynamic technological development in the last few decades has posed a new challenge to the spraying technology – a coating process has been sought that will not have a significant thermal impact on the substrate. Most spray layers adhere to the substrate by mechanical forces, therefore one of the most important factors during the spraying process is the proper preparation of the substrate by cleaning its surface and roughening it suitably.

9

Szybkobieżne łożysko ślizgowe z tocznym wspomaganiem rozruchu (koncepcja łożyska kombinowanego)

Mikuła Jarosław, Mikuła Stanisław, Strzelecki Stanisław

Przegląd Mechaniczny

|

2021

|

nr 4

23--27

PL

W artykule przedstawiono problemy występujące podczas rozruchu i wybiegu łożysk ślizgowych, zwłaszcza szybkoobrotowych. Sformułowano wytyczne dla zmniejszenia oporów rozruchu i zwiększenia efektywności energetycznej łożyskowań ślizgowych pracujących przy dużych i bardzo dużych prędkościach obrotowych. Autorska koncepcja konstrukcji łożyska ślizgowego poprzecznego zapewnia wydatne zmniejszenie oporów rozruchowych przy zwiększonej trwałości eksploatacyjnej. Cel osiągnięto przez zastosowanie wspomaganego rozruchu ślizgowego łożyska ze smarowaniem hydrodynamicznym łożyskiem tocznym, wyłączanym z pracy po uzyskaniu założonej prędkości obrotowej. Wspomagające łożysko toczne jest automatycznie włączane do pracy podczas wybiegu. Opisane rozwiązanie pozwala na zmniejszenie czasu rozruchu oraz zabezpiecza przed pracą w warunkach niedostatecznej nośności filmu smarowego, która występuje podczas rozruchu i wybiegu; umożliwione jest również zastosowanie cieczy smarnych o zdecydowanie niższej lepkości, w tym emulsji olejowo-wodnych i czystej wody. Pozwala to na uzyskanie wielu korzystnych cech użytkowych.

EN

This paper presents the problems occurring during the start-on and slowing-down of journal bearings, and particularly high-speed bearings. The directives were formulated to decrease in start-up resistance and the increase in the power effectiveness of journal bearings systems operating at the high and very high rotational speeds. Author’s idea of the design of radial journal bearing assures the decrease in the start-on resistance at the larger exploitation durability. This task was achieved by the application of hydrodynamic journal bearing added by the rolling bearing that was switched off after achieving the assumed rotational speed. The added rolling bearing is automatically switched on during the slowing-down the device. The described design solution allows decreasing the start-up time as well as protecting against the operation in the conditions of low load capacity of lubricating film, that occur during the start-on and slowing down. It allows for application of lubricant of very low viscosity and particular oil-water emulsions and water. The solution allows obtaining different, very convenient application features.

10

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.

11

Selected tribological parameters for silumin alloy used for engine piston

Kozuba J., Wieszała R., Mendala J., Roszak M., Pakieła W.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2021

|

Vol. 107, nr 2

64--71

EN

Purpose: The conducted tests were aimed at determining whether the tested material meets the requirements for wear resistance in modern turbocharged combustion engines where there is an increased temperature and higher pressure. Design/methodology/approach: The tests were performed in a pin-on-disc system, according to the ASTM G 99 standard. Findings: The article presents the results of the coefficient of friction, the amount of wear, chemical analysis and surface profile of the tested material A390.0 in combination with EN GJL-350 cast iron. Research limitations/implications: The tested materials are used in the construction of pistons for internal combustion engines, therefore the test parameters were selected to take into account the operating conditions in a turbocharged engine with a power of up to 100 kW. Practical implications: After analysing the properties of the A390.0 alloy at elevated temperatures, it was found that without additional modifications, the alloy cannot be used in modern combustion engines, in particular with turbocharging. Originality/value: Presents the results of research concerning mechanical properties (HB, HV, Rm) and yield properties (R0.2, A5, Z) of the examined alloy.

12

The Impact of the Selected Parameters of FDM Manufacturing Technology on Tribological Performance of ABS–Steel Pair under Dry Friction

Suwińska Katarzyna, Łubiński Jacek

Tribologia

|

2020

|

nr 2

85--89

EN

The paper presents the result of tribological test of ABS and steel samples sliding under dry friction. Polymeric samples were manufactured of ABS material using FDM technology. Testing was carried out in unidirectional sliding in a ring-on-flat contact in a PT-3 tribometer. The scope of tested parameters included volumetric and mass wear, the friction coefficient, and polymeric specimen temperature. Polymeric specimens used in the study were manufactured at various settings of the 3D printing process such as the orientation of the specimen in print with respect to the printer building tray and the thickness of a single layer of the deposited material. Comparisons of the impact of these parameters on tribological performance of the sliding contact were analysed.

PL

Przedstawiono wyniki badań tribologicznych pary ABS – stal w warunkach tarcia suchego. Polimerowa próbka została wykonana z materiału ABS przy użyciu metody FDM. Testy jednokierunkowego tarcia w układzie pierścień – tarcza przeprowadzono na Tribometrze PT-3. Analizowanymi parametrami były zużycie masowe i objętościowe, współczynnik tarcia oraz temperatura próbki polimerowej. Próbki polimerowe zostały wyprodukowane przy różnych parametrach procesu druku 3D, takich jak: orientacja próbki w stosunku do platformy drukarki oraz grubość drukowanej warstwy. Przeprowadzono szczegółową analizę wpływu tych parametrów na charakterystyki tribologiczne badanego skojarzenia ślizgowego.

13

Analysis of the Mechanism of Lubrication of the Temporomandibular Joint

Ryniewicz Anna Maria, Ryniewicz Andrzej

Tribologia

|

2020

|

nr 1

63--73

EN

The aim of the work is to identify the lubrication conditions of the correct temporomandibular joint (TMJ) based on spatial modeling of joint structures, load simulations, reduced stresses, and resultant deformations in correlation with rheological parameters of synovial fluid. The material used in this study is the results of normal joint imaging performed using a standardized technique under occlusal conditions. Modeling and the simulation of contact, after the introduction of strength parameters of hard tissues, fibrous cartilage, and synovial fluid and the imposition of boundary conditions was carried out in the following program: Femap NE Nastran. Spatial simulation of contact between joint structures, virtual loading, and the visualization of what happens in the joint allows one to identify these structures in terms of tribology and strength. The transfer of loads in TMJ results from the geometric form of the supporting bone structures and joint surfaces, the distribution of the cartilage tissue building these surfaces, the geometry of the disc, and rheological parameters of the joint synovial fluid. In normal and loaded TMJ, differential displacement occurs in the joint cavity and cartilage structures, which stimulates the lubrication mechanism and optimize the use of synovial fluid properties. The joints are characterized by the absorption of maximum stresses reduced by bone structures. Load compensation and suspension is achieved by cartilage covering the joint surfaces and, to a large extent, by the joint disc and elastic-viscous response of a synovial fluid.

PL

Celem pracy jest identyfikacja warunków smarowania prawidłowego SSŻ na podstawie przestrzennego modelowania struktur stawowych, symulacji obciążeń, naprężeń zredukowanych i odkształceń wypadkowych w korelacji z parametrami reologicznymi cieczy synowialnej. Materiałem badań są wyniki obrazowania stawów prawidłowych wykonane w standaryzowanej technice w warunkach okluzji. Modelowanie i symulacje kontaktu, po wprowadzeniu parametrów wytrzymałościowych tkanek twardych, chrząstki włóknistej i cieczy synowialnej oraz nałożeniu warunków brzegowych, zrealizowano w programie Femap NE Nastran. Przestrzenna symulacja kontaktu struktur stawowych, wirtualne obciążanie i wizualizacja tego, co następuje w stawie, pozwala identyfikować te struktury w aspekcie tribologicznym i wytrzymałościowym. Przeniesienie obciążeń w SSŻ wynika z formy geometrycznej oporowych struktur kostnych i powierzchni stawowych, z rozkładu tkanki chrzęstnej budującej te powierzchnie, geometrii krążka oraz parametrów reologicznych mazi stawowej. W prawidłowym i obciążonym SSŻ pojawiają się w jamie stawowej oraz w strukturach chrzęstnych zróżnicowane przemieszczenia wypadkowe, które stymulują mechanizm smarowania i optymalizują wykorzystanie właściwości płynu synowialnego. Dla stawów charakterystyczne jest przejmowanie maksymalnych naprężeń zredukowanych przez struktury kostne. Kompensacja obciążenia i jego amortyzacja realizowana jest poprzez chrząstkę pokrywającą powierzchnie stawowe oraz w znacznym stopniu przez krążek stawowy i odpowiedź sprężysto-lepką cieczy synowialnej.

14

Influence of addition of carbon nanotubes on rheological properties of selected liquid lubricants - a computer simulation study

Chopra Anjali, Winczewski Szymon

TASK Quarterly : scientific bulletin of Academic Computer Centre in Gdansk

|

2020

|

Vol. 24, No 4

345--388

EN

This work is motivated by the improvement of anti-friction properties of lubricants by addition of CNTs proved experimentally in literature. In particular, a methodology is developed to compute the shear viscosity of liquid lubricants (Propylene Glycol) based on Molecular Dynamics simulation. Non-Equilibrium molecular dynamics (NEMD) approach is used with a reactive force field ReaxFF implemented in LAMMPS. The simulations are performed using the canonical (NVT) ensemble with the so-called SLLOD algorithm. Couette flow is imposed on the system by using Lees-Edwards periodic boundary conditions. Suitable parameters such as simulation time and imposed shear velocity are obtained. Using these parameters, the influence of addition of 27 wt% CNTs to Propylene Glycol on its viscosity is analyzed. Results show that 3.2 million time-steps with a 0.1 fs time-step size is not sufficient for the system to reach equilibrium state for such calculations. With the available computational resources, a shear velocity of 5 × 10−5 Å/fs was observed to give viscosity value with approximately 43% error as compared to the experimental value. Moreover, the lubricant exhibited a shear thinning behaviour with increasing shear rates. CNTs enhanced the lubricant's viscosity by 100-190% depending upon the averaging method used for calculation.

15

Enhancement of tribological properties and characteristic of polymer matrix composite (UHMWPE reinforced with short fibres of polyester) for Total Disc Replacement (TDR)

Obaid M. N., Radhi S. H.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2020

|

Vol. 102, nr 2

55--65

EN

Purpose: The number of people suffering from Degenerative Disc Disease (DDD) is increasing. The disease causes heavy pain and restrict a number of day-to-day life activities. In extreme cases, the degraded disc is removed under total disc replacement which is usually made up of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE). The material has astounding biocompatible characteristics mechanical properties and wear resistance. However, these characteristics are insufficient in arthroplasty application. Therefore, research investigations are ongoing to improve tribological properties through reinforcement that may result in a composite material of UHMWPE. Thus the current study is aimed at reinforcing UHMWPE with short fibres of polyesters to enhance the tribological properties and surface characteristic so as to improve wear resistance and nourish the fibroblast cells on synthetic disc. Design/methodology/approach: The researcher prepared UHMWPE composite material, reinforced with different weight fractions of short polyester fibres (2, 4, 6, 8 and 10% following hot press method. Further pin-on-disc device was used to study the tribological properties (coefficient of friction and volume of wear). The study tested surface roughness and surface characteristics by atomic force microscopy (AFM) device, hardness by shore D device, contact angle to study the effect of polyester short fibres on wettability of UHMWPE surface and tested the thermal properties and crystalline degree using Differential Scanning Calorimetry measurement (DSC) device. Findings: The results infer that the wear resistance got improved when using 2% w.t polyester though it got decreased initially. However, the value was still more than neat UHMWPE. There was a decrease observed in coefficient of friction, but after 4 w.t% polyester, the coefficient of friction got increased due to increasing percentage of fibres which make it harder and stiff compared to UHMWPE. There was a decline observed in surface roughness due to alignment of the fibres with smooth surface. The contact angle got increased in a moderate range while the roughness enhanced the growth of fibroblast cell. The hardness of composite material got increased, because the fibres turned stiffer and harder than the matrix. DSC results infer the improvements in thermal stability due to high thermal properties of polyester fibres compared to UHMWPE. The degree of crystallinity got increased which in turn enhanced wear resistance, especially at 6 w.t % polyester fibres. There was a mild increase observed in density since the density of polyester is higher than polymer. Research limitations/implications: The major challenge was the dispersion of fibres. Uniform distribution of fibres within the matrix (UHMWPE) was achieved through two steps of mixing processes such as mechanical mixture and twin extruder. In future studies, fatigue tests must be conducted to study the behaviour of prepared composite materials under fatigue cycle. Practical implications: A significant objective is how to connect among different properties to obtain good improvement in tribological and surface properties so as to enhance wear resistance and growth of fibrolase cells. Originality/value: In this study, polymeric short fibres were used as reinforcement with polymeric matrix to enhance the wettability of fibres with matrix. In this way, the bonding among them got increased which supports the tribological, surface, and crystalline behaviour.

16

Ocena wpływu granulacji heksagonalnego azotku boru na właściwości smarnościowe bazowego smaru plastycznego

Senyk Szymon, Kałdoński Tadeusz

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2020

|

Vol. 69, nr 1

109--128

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości smarnościowych bazowego smaru plastycznego zawierającego heksagonalny azotek boru (h-BN) o różnej granulacji (w tym poniżej 100 nm) oraz o różnym stężeniu. Do przeprowadzenia koniecznych badań wykorzystano aparat czterokulowy. Urządzenie to jest powszechnie stosowane na świecie do oceny właściwości smarnościowych olejów i smarów plastycznych. Określono następujące normatywne parametry smarnościowe: obciążenie zespawania Pz [N], największe obciążenie niezacierające Pn [N], obciążenie zacierające Pt [N], a także graniczne obciążenie zużycia Goz [N/mm²]. Wykonano także badania nienormatywne, które obejmowały wyznaczenie dwóch parametrów umożliwiających dokładniejszą ocenę właściwości smarnościowych. W oparciu o przeprowadzone badania stwierdzono, że heksagonalny azotek boru jest dodatkiem wpływającym na poprawę właściwości smarnościowych bazowego smaru plastycznego. Najlepsze efekty poprawy, biorąc pod uwagę przyjęte kryteria tribologiczne, odnotowano dla próbki zawierającej 10% (m/m) heksagonalnego azotku boru o średniej średnicy ziaren 65÷75 nm. Stwierdzono, że mniejsza granulacja dodatku (h-BN) wpływa pozytywnie na efektywność smarowania bazowym smarem plastycznym - w warunkach testów na modelowym aparacie czterokulowym

EN

The paper presents the tests results of lubricity properties of base greases, containing hexagonal boron nitride (h-BN). To conduct the required tests, a four ball machine was used. This device is commonly used when assessing lubricity properties of oils and greases. The following normative lubricity parameters were defined: welding point Pz [daN], the value of last non-seizing load Pn [daN], seizing load Pt [daN] at smoothy growing load, as well as the wear limiting capacity load Goz [daN/mm²]. Furthermore, several non-normative tests were completed that covered indication of two parameters making it possible to complete an assessment of lubricity properties of oils. Based on the conducted research, it was found that hexagonal boron nitride is an additive that improves the lubricating properties of the base grease. The best effects of the improvement, taking into account the adopted tribological criteria, were noted for a sample containing 10% (m/m) hexagonal boron nitride with an average grain diameter of 65÷75 nm. It was found that the lower granulation of the additive (h-BN) positively influences the efficiency of the grease lubrication of the base, under the conditions of tests on a four-ball model apparatus.

17

Badanie właściwości smarnościowych mineralnego oleju bazowego zawierającego nanocząstki heksagonalnego azotku boru i ocena wpływu surfaktantów na ich sedymentację

Chodkiewicz Arkadiusz, Kałdoński Tadeusz

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2020

|

Vol. 69, nr 4

15--41

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości smarnościowych mineralnego oleju bazowego SN150 zawierającego heksagonalny azotek boru (h-BN) o różnej granulacji. Zastosowano azotek boru o rozdrobnieniu cząstek poniżej 100 nm i drugi o rozdrobnieniu poniżej 25 μm. Badania smarnościowe przeprowadzono na aparacie czterokulowym. Metodykę tych badań określono na podstawie dokumentu normatywnego PN-EN ISO 20623:2018-02, który zawiera następujące parametry charakteryzujące smarność: najniższe obciążenie zacierające ISL [N], obciążenie zespawania WL [N], wskaźnik zużycia pod obciążeniem LWI [N], średnią średnicę śladu zużycia MWSD [mm] uzyskaną w długotrwałej próbie zużywania pod określonym obciążeniem. Wykonano również krzywą zużycie — obciążenie, tj. zależność średniej średnicy śladu zużycia od obciążenia. Przeprowadzono także badania sprawdzające wpływ wybranych środków powierzchniowo czynnych na przebieg procesu sedymentacji heksagonalnego azotku boru w mineralnym oleju bazowym SN150. Na podstawie przeprowadzonych badań oraz ich analizy stwierdzono, że heksagonalny azotek boru pozytywnie wpływa na właściwości smarnościowe oleju bazowego; lepsze wyniki uzyskano dla nanoazotku boru o rozdrobnieniu poniżej 100 nm. Ustalono także, że problem sedymentacji cząstek stałych heksagonalnego azotku boru rozwiązuje dodatek dyspergatora w postaci imidu kwasu bursztynowego.

EN

The article presents the results of tests on the lubricity properties of SN150 base oil containing hexagonal boron nitride (h-BN) of different granulation. The boron nitride with a particle size below 100 nm and the second one with a particle size below 25 μm were used. The lubricity tests were carried out on a four-ball apparatus. The methodology of these tests was determined on the basis of the normative document PN-EN ISO 20623: 2018-02, which contains the following parameters characterising the lubricity: initial seizure load ISL [N], weld load WL [N], load-wear index LWI [N], mean wear scar diameter MWSD [mm] obtained in a long duration wear test under a specified load; wear-load curve, i.e., the dependence of the mean wear scar diameter on the load, was also performed. Tests were also carried out to check the influence of selected surfactants on the sedimentation process of hexagonal boron nitride in the SN150 mineral base oil. Based on the conducted research and their analysis, it was found that hexagonal boron nitride has a positive effect on the lubricating properties of the base oil; better results were obtained for the boron nano-nitride with a particle size below 100 nm. It was also found that the problem of sedimentation of the solid particles of hexagonal boron nitride was solved by the addition of succinimide dispersant.

18

Analiza krajowych norm dotyczących badania właściwości smarnościowych na aparatach czterokulowych stosowanych w Polsce

Chodkiewicz Arkadiusz, Kałdoński Tadeusz

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2020

|

Vol. 69, nr 1

129--152

PL

W artykule przedstawiono przegląd historyczny polskich norm dotyczących badania właściwości przeciwzatarciowych i przeciwzużyciowych środków smarowych na aparacie czterokulowym (four-ball apparatus), stosowanym powszechnie na świecie do tego typu badań. Omówiono również aktualnie obowiązujące normy zatwierdzone przez PKN do stosowania w Polsce. Porównano normy wycofane oraz ich uaktualnienia, pokazując kierunek rozwoju badań właściwości smarnościowych olejów i smarów plastycznych. W efekcie uporządkowano zakres badawczy właściwości smarnościowych na podstawie obecnie obowiązujących w Polsce norm.

EN

The article presents a historical review of the Polish standards for testing anti-seizing and anti-wear properties of lubricants on a four-ball apparatus, commonly used in the world for this type of testing. The current standards, approved by PKN for use in Poland, are also discussed. Withdrawn standards were compared and their updates, showing the direction of development of research into the lubricity properties of oils and greases. As a result, the research scope of lubricity properties was arranged on the basis of the standards currently in force in Poland.

19

Badania tribologiczne i biotribologiczne w Laboratorium Inżynierii Powierzchni i Tribologii Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Obróbki Plastycznej

Wiśniewski Tomasz, Sulej-Chojnacka Joanna, Leshchynsky Volf, Lijewski Marcin, Łapaj Łukasz

Obróbka Plastyczna Metali

|

2019

|

T. 30, nr 3

247--272

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań, które są efektem realizowanych w Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytucie Obróbki Plastycznej zarówno projektów krajowych, jak i międzynarodowych, dotyczących tematyki tribologicznej oraz biotribologicznej. Przedstawiono wyniki badań, których efektem jest opracowanie nowej generacji narzędzi kuźniczych (zaprojektowanie narzędzi do kucia na zimno z odpowiednio przygotowaną powierzchnią roboczą i opracowanie nowych wielowarstwowych, nanostrukturalnych powłok gradientowych) oraz rozwiązanie problemu wczesnego zużywania się części pracujących w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Dla elementów trących pracujących w wysokiej temperaturze opracowano rozwiązanie, które znalazło praktyczne zastosowanie w przemyśle w zakresie poprawy technologii smarowania. Opracowanie technologii wprowadzenia cząstek smarów stałych na powierzchnie współpracujących tribologicznie części pracujących w podwyższonych temperaturach stało się niezwykle istotne dla wielu gałęzi przemysłu, które spotykają się na co dzień z problemami wczesnego zużywania elementów współpracujących. W drugiej części pracy skupiono się na problemach biotribologicznych, gdzie głównym wyzwaniem jest wydłużenie trwałości endoprotez stawu biodrowego. W związku z tym prowadzono prace związane z dokładnym poznaniem procesu zużywania się endoprotez. Bardzo ważną kwestię stanowi również badanie właściwości tribologicznych nowych materiałów przeznaczonych na elementy endoprotez. Badania prowadzono na specjalnie do tego celu zaprojektowanym i zbudowanym symulatorze stawu biodrowego, który spełnia wymogi normy ISO.

EN

This paper presents the results of research, which are the effect of national and international projects carried out at the Łukasiewicz Research Network – Metal Forming Institute, concerning both tribological and biotribological topics. The research results, the effect of which is the development of a new generation of forging tools (the design of cold forging tools with a properly prepared work surface and the development of new multilayered, nanostructured gradient coatings) and the solution to the problem of early wear of the parts working in difficult conditions are presented. For friction elements operating at high temperature, a solution has been developed that has found practical applications in the industry in the field of improving lubrication technology. The development of the technology of introducing solid lubricant particles onto the surfaces of tribologically cooperating parts operating at elevated temperatures has become extremely important for many industries that daily face problems with the early wear of cooperating elements. The second part of the work focuses on biotribological problems and the main challenge is to extend the durability of hip joint endoprostheses. In connection with this, work was carried out to thoroughly understand the process of endoprosthesis wear. Examination of the tribological properties of new materials intended for elements of endoprostheses is also a very important issue. The research was conducted on a specially designed and built hip joint simulator, which meets the requirements of the ISO standard.

20

Zastosowanie materiałów grafenowych w tribologii : analiza stanu zagadnienia i badania wstępne

Dąbrowski Igor Jakub, Nogas Patrycja Magdalena, Kałdoński Tadeusz, Nasiłowska Barbara, Djas Małgorzata

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2019

|

Vol. 68, nr 2

81--108

PL

Publikacja ma na celu przybliżenie podstawowych informacji na temat jednego z najbardziej interesujących materiałów ostatnich lat, jakim jest grafen. Zamieszczono w niej informacje dotyczące struktury grafenu oraz niezwykłych właściwości, jakie z niej wynikają. Przedstawione zostały również metody wytwarzania grafenu oraz obszary techniki, w jakich opisywana substancja znajduje zastosowanie, oraz to, jak może zostać wykorzystana w przyszłości. Szczególną uwagę poświęcono formom zastosowania grafenu w tribologii, obejmującym wykorzystanie wspomnianej substancji w materiałach kompozytowych, powłokach ochronnych oraz jako dodatku do substancji smarnych. Publikacja została opracowana w oparciu o informacje i wyniki badań, zamieszczone w krajowych oraz zagranicznych artykułach, a także wyniki wstępnych badań własnych. Wyniki tych badań dotyczą zmian podstawowych parametrów smarnościowych substancji (oleju i smaru plastycznego) zawierających różną ilość tlenku grafenu (lub porównawczo heksagonalnego azotku boru). Rezultaty potwierdziły korzystny wpływ obecności tlenku grafenu w substancji smarującej na jej właściwości smarnościowe.

EN

Present publication describes one of the most interesting materials discovered in recent years, which is graphene. This paperwork contains information about graphene’s structure, properties, applications and methods of synthesis. The special attention has been given to tribological applications of graphene structures, including the usage of the graphene itself in the composite materials, protective integuments, and additives to lubricants (oils, greases). This publication was based on the information and research results published in the international articles and preliminary researches realized at the Military University of Technology as well. The research results concern the changes of basic lubricants’ parameters, which contain different amount of graphene oxide (or comparatively of hexagonal boron nitride). The results obtained during the tests indicate that graphene oxide could improve lubricating abilities of oils and greases.