Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Impact of Tungsten Sulfide Nanostructures Added to Metalworking Fluids on Tribological Properties of Steel Surface Layer

Stanek Wiktor, Hładki Tadeusz, Kowalczyk Joanna, Madej Monika, Stanecka-Badura Renata, Kisielewska Aneta, Piwoński Ireneusz, Cichomski Michał

Tribologia

|

2025

|

nr 1

47--58

EN

The paper examines the potential of tungsten sulfide nanostructures as a prospective, safe alternative to currently used additives for classical cutting fluids by analysing their effect on steel tribological systems. The tribological tests were performed using a ball-on-disc tribometer. The samples used were discs made of C 45 steel; balls made of 100Cr6 steel were used as counter samples. The lubricants used in the research included SN oil, SN + WS 2, HFN oil, and HFN + WS 2. A confocal microscope operating in the interferometric mode was used to analyse the geometrical structure of the samples before and after the friction tests. Observations of the wear marks on the samples and counter-samples were carried out using a scanning microscope. The chemical composition on the surfaces of the friction pairs was also determined. The obtained test results indicated that the SN + WS 2 and HFN + WS 2 lubricant reduced the coefficient of friction and wear in the tested steel friction pairs.

PL

W pracy przedstawiono wpływ aktywnych dodatków w postaci krystalicznych nanostruktur siarczku wolframu (IV) w klasycznych płynach obróbkowych na właściwości stalowych układów tribologicznych. Badania tribologiczne przeprowadzono przy użyciu tribometru typu kula-tarcza. W parze trącej wykorzystano tarcze wykonane ze stali C45 oraz kule wykonane ze stali 100Cr6. W badaniach zastosowano olej mineralny SN, olej SN wraz z nanocząstkami siarczku wolframu (IV) SN+ WS 2, komercyjny olej obróbkowy HFN i olej obróbkowy HFN wraz z nanocząstkami siarczku wolframu (IV) HFN+ WS 2. Do analizy struktury geometrycznej par trących przed i po badaniach tribologicznych wykorzystano mikroskop konfokalny. Obserwacje śladów zużycia w węźle tarcia przeprowadzono przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego. Określono także skład chemiczny na powierzchniach par trących. Uzyskane wyniki badań wykazały, że dodatek w postaci nanostruktur WS 2w olejach zarówno SN, jak i HFN spowodował zmniejszenie współczynnika tarcia i zużycia badanych stalowych współpracujących tarciowo par.

2

Influence of irradiation doses on the mechanical and tribological properties of polyetheretherketone exposed to electron beam treatment

Rakhadilov Bauyrzhan, Ormanbekov Kuanysh, Zhassulan Ainur, Andybayeva Gaukhar, Shynarbek Aibek, Mukhametov Yeldos

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2025

|

Vol. 19, no. 1

121--131

EN

This study investigates the effects of electron beam irradiation on the mechanical and tribological properties of polyetheretherketone (PEEK), with particular focus on modifications resulting from the application of Litol-24 lubricant. Samples of pre-treated PEEK were irradiated at doses of 100, 200, 400, and 600 kGy using the ILU-10 linear accelerator. Comprehensive analyses were conducted, including thermogravimetric analysis (TGA) to assess thermal stability, X-ray diffraction (XRD) to observe structural changes, and the impact of irradiation on microhardness. Tribological performance was evaluated using the ball-on-disc method. Results indicate that irradiation decreases microhardness by approximately 19% and modifies tribological behavior in a dose-dependent manner. TGA results showed subtle shifts in decomposition onset temperatures, with a reduction of about 10°C post-irradiation, while XRD revealed a 12% decrease in crystallinity, affecting mechanical properties. Further investigations demonstrated that lubrication, particularly under high-load conditions, could enhance PEEK’s operational characteristics post-irradiation. The study underscores the critical role of lubricants in improving the wear resistance and durability of PEEK, making it suitable for high-stress applications in mechanical engineering and manufacturing sectors. The analysis highlights the potential of integrating electron irradiation into existing material processing workflows to improve PEEK's properties, thereby extending its utility across various industrial applications. This approach offers a promising avenue for optimizing the performance and longevity of PEEK components, particularly in environments subject to extreme mechanical stresses.

3

Tribological Tests of Materials for Hip Joint Endoprosthesis Cups

Bojko Łukasz, Pałka Paweł, Osada Piotr, Makowska Elżbieta

Tribologia

|

2024

|

nr 4

7--22

EN

Hip joint alloplasty completely changes the cooperation conditions of the correct biological friction pair by introducing a cup and a head on a stem. When selecting an endoprosthesis, a choice should be made between a rigid tribological node and a flexible biobearing that absorbs locomotion loads, which better approximates the conditions in a normal joint. The aim of the study is to compare and evaluate the tribological and micromechanical parameters of selected biomaterials used for hip joint endoprosthesis cups. The conducted tests of wear resistance and determination of coefficients of friction, as well as microhardness and Young’s modulus tests, allowed us to determine which materials will be preferred for hip joint endoprosthesis cups. Based on the results of the tribological tests performed, the authors identify the most favorable tribological pair in the context of wear and coefficient of friction. Improving the tribological cooperation of the bearing pair used, reducing wear and generation of friction products in particular, may influence the articulation conditions of the endoprosthesis and the length of its survival in the body.

PL

Alloplastyka stawu biodrowego w sposób całkowity zmienia warunki współpracy prawidłowej biologicznej pary trącej poprzez wprowadzenie panewki oraz głowy na trzpieniu. Dobierając endoprotezę należy dokonać wyboru pomiędzy sztywnym węzłem tribologicznym a biołożyskiem podatnym, amortyzującym obciążenia lokomocyjne, które lepiej przybliża warunki panujące w prawidłowym stawie. Celem pracy jest porównanie i ocena parametrów tribologicznych i mikromechanicznych wybranych biomateriałów stosowanych na panewki endoprotez stawu biodrowego. Przeprowadzone badania odporności na zużycie oraz wyznaczenie współczynników tarcia, a także badania mikrotwardości i modułu Younga pozwoliły stwierdzić, które materiały będą najbardziej odpowiednie na panewki endoprotez stawu biodrowego. Badania tribologiczne pozwoliły na wyznaczenie najkorzystniejszej pary tribologicznej w kontekście zużycia i współczynnika tarcia. Poprawa tribologicznej współpracy zastosowanej pary łożyskowej, a szczególnie obniżenie zużycia i zmniejszenie generowania produktów tarcia może wpływać na warunki artykulacji endoprotezy i długość jej przeżycia w organizmie.

4

Tribological Tests of Acrylic Teeth for Removable Dentures

Ryniewicz Wojciech, Bojko Łukasz, Pałka Paweł, Osada Piotr, Ryniewicz Anna

Tribologia

|

2024

|

nr 1

105--116

EN

The functionality of removable dentures is ensured by proper diagnostics and clinical modeling. No less important are the structural conditions and the biotribological and biomechanical context, which determine the wear resistance in the contact of opposing teeth and the contact of the denture plate with the stomatognathic system. The aim of the study is to evaluate acrylic teeth used in prosthetic reconstructions based on microstructural, micromechanical and tribological tests. Samples for testing were taken from teeth for removable dentures made by various manufacturers. Microstructural analyses were performed using an optical microscope and a scanning microscope. Microhardness and elasticity coefficient measurements were performed on the NHT device. Tribological tests were performed on a Roxana Machine Works tester using a friction node: ball – 3 discs made of the tested material. The conducted research allowed for the evaluation of the structural quality of acrylic teeth and the determination of the tribological interaction resulting from the contact of synthetic and natural teeth in the presence of artificial saliva.

PL

Funkcjonalność protez ruchomych zapewnia prawidłowa diagnostyka i modelowanie kliniczne. Nie mniej ważne są uwarunkowania strukturalne oraz kontekst biotribologiczny i biomechaniczny, które decydują o odporności na zużycie w kontakcie zębów przeciwstawnych oraz o kontakcie płyty protezy z układem stomatognatycznym. Celem opracowania jest ocena zębów akrylowych stosowanych w rekonstrukcjach protetycznych na podstawie badań mikrostrukturalnych, mikromechanicznych i tribologicznych. Próbki do badań pobierano z zębów do protez ruchomych wykonanych przez różnych producentów. Analizy mikrostrukturalne wykonano na mikroskopie optycznym i mikroskopie skaningowym. Pomiary mikrotwardości i współczynnika elastyczności przeprowadzono na urządzeniu NHT. Badania tribologiczne wykonano na maszynie Roksana Machine Works z zastosowaniem węzła tarcia: kula – 3 krążki z materiału badanego. Przeprowadzone badania pozwoliły na ocenę jakości strukturalnej zębów akrylowych oraz na wyznaczenie interakcji tribologicznej wynikającej z kontaktu zębów syntetycznych i naturalnych w obecności sztucznej śliny.

5

Influence of Surface Roughness on Tribological Properties of HS6-5-2C Steel with an AITiN Coating

Kowalczyk Joanna, Madej Monika, Kowalski Marcin

Tribologia

|

2024

|

nr 1

67--78

EN

This article defines the effect of surface roughness on a selection of tribological properties of systems with AlTiN coatings. Friction-wear tests were carried out on a tribological tester, which operates as a sphere and disc assembly in a frictional, sliding motion. The tests were conducted under a load of 10 N over a friction distance of 1,000 m. Steel discs made of HS6-5-2C with an AlTiN coating and steel balls made of 100Cr6 were used for the test Trials were carried out under lubrication conditions with polyalphaolefin oil PAO 8 and polyalphaolefin oil containing 1.5% zinc dialkyldithiophosphate (ZDDP). The chemical composition of the AlTiN coating was studied using a scanning electron microscope, and the wear marks on the discs and spheres were observed. The geometric structure of the samples was analysed before and after the geometric structure of the samples using a interferometer, and after tribological tests. Research has shown that surface roughness affects tribological properties. For samples with a higher surface roughness (Sa = 0.61 µm) – unpolished discs – lower linear wear values were obtained than for polished discs (Sa = 0.08 µm). After the introduction of the PAO 8 additive with ZDDP, a reduction in linear wear of 33% and 24% was observed for both polished and unpolished surfaces, respectively.

PL

W artykule określono wpływ chropowatości powierzchni na wybrane właściwości tribologiczne systemów z powłokami AlTiN. Badania tarciowo-zużyciowe przeprowadzono na testerze tribologicznym pracującym w skojarzeniu trącym kula–tarcza w ruchu ślizgowym. Testy wykonano przy obciążeniu 10 N na drodze tarcia równej 1000 m. Do badań użyto tarcze ze stali HS6-5-2C z naniesioną powłoką AlTiN i kule ze stali 100Cr6. Testy przeprowadzono w warunkach smarowania olejem poli(α)olefinowym PAO 8 oraz olejem poli(α)olefinowym z dodatkiem 1,5% dialkiloditiofosforanu cynku ZDDP. Za pomocą mikroskopu skaningowego zbadano skład chemiczny powłoki AlTiN, a także obserwowano ślady wytarcia na tarczach i kulach. Przy użyciu mikroskopu konfokalnego z trybem interferometrycznym dokonano analizy struktury geometrycznej próbek przed oraz po testach tribologicznych. Uzyskane wyniki badań wyskazały, że chropowatość powierzchni ma wpływ na właściwości tribologiczne. Dla próbek o większej chropowatości powierzchni (Sa = 0,61 µm) – tarcz niepolerowanych – uzyskano mniejsze wartości zużycia liniowego niż dla tarcz polerowanych (Sa = 0,08 µm). Po wprowadzeniu do PAO 8 dodatku ZDDP zaobserwowano spadek zużycia liniowego zarówno dla polerowanej i niepolerowanej powierzchni odpowiednio o 33% oraz 24%.

6

Friction and Wear Test of Components of a Hip Joint Endoprosthesis with Ceramic–Polyethylene Material Contact Using Hip Joint Movement Simulator

Wiśniewski Tomasz, Rubach Rafał, Łapaj Łukasz, Garncarek Wacław

Tribologia

|

2024

|

nr 2

121--129

EN

The article presents the results of friction and wear tests of a total hip joint endoprosthesis. The research material consisted of three pairs of components of a hip joint endoprosthesis with a ceramic-polyethylene material contact for use in total hip arthroplasty. The rubbing pair was made of an acetabular cup made of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and a head made of ZTA oxide ceramic (Al2O3+ZrO2) with a diameter of 28 mm. All the components of the endoprosthesis were made by the Polish company "Laser Polska" Marcin Garncarek. Friction and wear tests were carried out utilizing an SBT 01.2 simulator, designed and made in the Łukasiewicz Research Network – Poznań Institute of Technology. The simulator is designed to test the tribological properties of hip joint endoprostheses in accordance with the ISO 14242-1 standard. An aqueous solution of bovine serum, was used as the lubricant. For each rubbing pair, the set number of motion cycles was 5·106. Based on the recorded values of friction torque and downforce, the coefficient of friction as a function of the number of cycles was determined. The exact wear value of the acetabular cups was determined after the tests, in accordance with the ASTM F1714- 96 standard.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tarciowo-zużyciowych, całkowitej endoprotezy stawu biodrowego. Materiał badawczy stanowiły trzy pary komponentów endoprotezy stawu biodrowego o skojarzeniu materiałowym ceramika–polietylen do zastosowania w całkowitej endoprotezoplastyce stawu biodrowego. Parę trącą tworzyła panewka wykonana z polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (PE-UHMW) oraz głowa wykonana z ceramiki tlenkowej ZTA (Al2O3+ZrO2) o średnicy 28 mm. Wszystkie komponenty endoprotezy wykonane zostały przez polską firmę ,,Laser Polska” Marcin Garncarek. Badania tarciowo-zużyciowe przeprowadzone zostały przy użyciu symulatora SBT 01.2, zaprojektowanego i wykonanego w Sieci Badawczej Łukasiewicz – Poznański Instytut Technologiczny. Symulator przeznaczony jest do badań właściwości tribologicznych endoprotez stawu biodrowego zgodnie z normą ISO 14242-1. Jako medium smarujące zastosowano roztwór wodny surowicy bydlęcej. Dla każdej pary trącej zadana liczba cykli ruchu wynosiła 5·106. Na podstawie zarejestrowanych wartości momentu tarcia i siły docisku wyznaczono współczynnik tarcia w funkcji liczby cykli. Określona została wartość zużycia panewek po przeprowadzonych testach, zgodnie z normą ASTM F1714-96.

7

Evaluation of Tribological Properties of Magnesium Alloys Intended for Engine Pistons

Bąkowski Henryk, Rzychoń Tomasz, Sokołowski Andrzej

Tribologia

|

2024

|

nr 3

29--37

EN

This paper presents the influence of the main operational properties on selected tribological properties, i.e. coefficient of friction, weight loss, roughness parameters of a WE43 magnesium alloy with rare earth elements for internal combustion engine pistons (Mg-Y-RE-Zr). The tests were carried out on a T-11M tribotester according to a poliselective experiment’s plan. Metallographic examination of the friction surface allowed the evaluation of the wear mechanism. Comprehensive research will allow the prediction of the correct service time of a piston made of magnesium alloy in contact with a cylinder liner made of silumin at higher temperatures.

PL

W artykule przedstawiono wpływ głównych właściwości eksploatacyjnych na wybrane właściwości tribologiczne, tj. współczynnik tarcia, ubytek masy, parametry chropowatości stopu magnezu z pierwiastkami ziem rzadkich przeznaczonego na tłoki silnika spalinowego (Mg-Y-RE-Zr). Badania przeprowadzono na tribotesterze T-11M zgodnie z poliselekcyjnym planem eksperymentu. Badania metalograficzne powierzchni tarcia umożliwiły ocenę mechanizmu zużywania. Kompleksowe badania pozwolą na prognozowanie czasu popraw nej eksploatacji tłoka wykonanego ze stopu magnezu w skojarzeniu z tuleją cylindrową wykonaną z siluminu w podwyższonej temperaturze.

8

Evaluation of the Influence of Corrosion Factors on Friction and Wear of Protective Coatings on Connectors of Electrical Cables

Grygier Dominika, Cieśla Anna, Opałka Mariusz

Tribologia

|

2024

|

nr 3

49--56

EN

Connector terminals, like all vehicle components, are subject to damage. They cause a break in the electrical circuit and vehicle failure. The most common causes of failure are corrosion and mechanical damage resulting from vehicle vibration. Corrosion can occur when the vehicle is flooded, through carelessness in servicing and when driving on wet roadways. The source of vibration is most often stimuli from the road surface on which the vehicle is travelling. These vibrations cause the connector terminals to make small movements that can lead to fretting. The aim of the research presented in this paper was to evaluate the influence of corrosion factors on friction and wear of protective coatings of connector lugs. The subjects of the study were two types of mesh connectors, made of copper alloys coated with metallic coatings. The test specimens were subjected to varying corrosion conditions, simulating the effects of wet pavement with road salt and pavement covered with dirt from vehicle operation.

PL

Końcówki konektorowe jak wszystkie elementy pojazdu narażone są na uszkodzenia. Powodują one przerwanie obwodu elektrycznego oraz awarię pojazdu. Najczęstszą przyczyną awarii są czynniki korozyjne i uszkodzenia mechaniczne wynikające z drgań pojazdu. Korozja może wystąpić w przypadku zalania pojazdu, przez nieostrożność przy pracach serwisowych oraz podczas poruszania się po mokrej jezdni. Źródłem drgań najczęściej są bodźce pochodzące od nawierzchni drogi, po której porusza się pojazd. Drgania te powodują, że końcówki konektorowe wykonują niewielkie ruchy mogące prowadzić do zjawiska frettingu. Celem badań prezentowanych w pracy była ocena wpływu czynników korozyjnych na tarcie i zużywanie powłok ochronnych oczkowych końcówek konektorowych. Przedmiotem badań były dwa typy konektorów oczkowych, wykonanych ze stopów miedzi pokrytych powłokami metalicznymi. Próbki do badań zostały poddane zmiennym warunkom korozyjnym, symulującym oddziaływanie mokrej nawierzchni z solą drogową oraz nawierzchni pokrytej zanieczyszczeniami pochodzącymi z eksploatacji pojazdów.

9

Effect of the Addition of a Selected Ionic Liquid on Tribological Properties of Steel

Kowalczyk Joanna, Madej Monika, Kowalski Marcin

Tribologia

|

2024

|

nr 4

43--53

EN

This paper examines the impact of incorporating the 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIMPF6) ionic liquid into PAO 8 polyalphaolefin oil on the tribological characteristics of the steel-steel system lubricated with this oil. Friction-wear tests were carried out on a tribological tester operating as a ball and disc assembly in a frictional motion. Tests were carried out with a load of 10 N over a sliding distance of 1,000 m. 100Cr6 steel discs and balls were used in the tests. The tests were carried out under lubrication conditions with the BMIMPF6 ionic liquid, PAO 8 poly(α)olefin oil, PAO 8 poly(α)olefin oil with the addition of 1% and 10% BMIMPF6 ionic liquid. Following the tribological tests, both discs and balls were subjected to microscopic observation with a view to analysing the microstructure and geometric structure of the surface at the wear track. The study found that the quantity of ionic liquid incorporated into the PAO 8 oil has a discernible influence on the tribological characteristics of 100Cr6 steel. Adding a lubricant with 1% of BMIMPF6 in PAO 8 to PAO 8 containing 10% of BMIMPF6 increased the coefficient of friction value by approximately 26% and lowered disc wear by approximately 43%. In contrast, the analysis of ball wear revealed that the lowest level of wear was observed in the 1% concentration of BMIMPF6 in PAO 8, while the highest level of wear was observed in PAO 8 oil.

PL

W artykule zbadano wpływ dodatku cieczy jonowej 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate BMIMPF6 do oleju polialfaolefinowego PAO 8 na właściwości tribologiczne stali. Badania tarciowo-zużyciowe zrealizowano na testerze tribologicznym pracującym w skojarzeniu trącym kula–tarcza w ruchu obrotowym. Testy przeprowadzono przy obciążeniu 10 N na drodze tarcia równej 1000 m. Do badań użyto tarcz i kul wykonanych ze stali 100Cr6. Badania zrealizowano w warunkach smarowania cieczą jonową BMIMPF6, olejem poli(α)olefinowym PAO 8, olejem poli(α)olefinowym PAO 8 z dodatkiem 1% oraz 10% cieczy jonowej BMIMPF6. Po testach tribologicznych zarówno tarcze, jak i kule poddano obserwacjom mikroskopowym – analizowano mikrostrukturę oraz strukturę geometryczną powierzchni w miejscu wytarcia. Uzyskane wyniki z badań wskazały, że ilość dodatku cieczy jonowej w oleju PAO 8 ma wpływ na właściwości tribologiczne stali 100Cr6. Dla 10% stężenia BMIMPF6 w oleju PAO 8 uzyskano większą wartość współczynnika tarcia o około 26% i mniejsze zużycie tarczy o około 43% w porywaniu ze środkiem smarującym zawierającym 1% stężenia BMIMPF6 w PAO 8. Z kolei porównując zużycie kul, najmniejsze wytarcie zarejestrowano dla 1% stężenia BMIMPF6 w PAO 8, a największe dla oleju PAO 8.

10

Area of Energy Dissipation in the Process of Solid Friction

Maciąg Maria

Tribologia

|

2024

|

nr 3

85--92

EN

This study is an attempt at determining the volume of a material adherent directly to a friction surface where the process of energy dissipation is focused. The discussion is based on the laws of mass and energy conservation. Non-stationary thermal processes and wear in the environment of surface asperities contact are analysed. Their effects are then presented as stationary, averaged at the macroscopic level and referred to the nominal surface of friction. Some dependences describing mass, volume and depth of energy dissipation area are introduced. An original method of determining flash temperature is offered. The proposed model encompasses a series of physical properties of a material involved in friction, certain geometric characteristics of the specimen, and major friction and wear parameters. A selected tribological experiment illustrates geometric features of the friction area for several metallic materials. Depth of the energy dissipation area has been found to range from 0.16 to 2.94 μm, depending on physical properties of a material and friction parameters.

PL

W niniejszej pracy podjęto próbę wyznaczenia objętości materiału przylegającej bezpośrednio do powierzchni tarcia, w której koncentruje się proces dyssypacji energii. Za podstawę rozważań przyjęto zasady zachowania masy i energii. Zanalizowano niestacjonarne procesy cieplne i zużywanie zachodzące w otoczeniu styku nierówności powierzchni. Następnie przedstawiono ich skutki jako stacjonarne, uśrednione na poziomie makroskopowym, odniesione do powierzchni nominalnej tarcia. Wyprowadzono zależności opisujące masę, objętość i głębokość strefy dyssypacji energii. Zaproponowano oryginalny sposób wyznaczania temperatury błysku. W proponowanym modelu uwzględniono szereg własności fizycznych materiału uczestniczącego w tarciu, niektóre cechy geometryczne próbki oraz ważniejsze parametry tarcia i zużywania. Na wybranym przykładzie eksperymentu tribologicznego zilustrowano cechy geometryczne strefy tarcia dla kilku materiałów metalicznych. Stwierdzono, że głębokość obszaru dyssypacji energii zawiera się w przedziale 0,16 – 2,94 μm zależnie od własności fizycznych materiału i parametrów tarcia.

11

Analysis of Structural, Micromechanical, and Tribological Properties of the Ti-6Al-4V ELI Alloy after Thermal Oxidation

Aniołek Krzysztof, Barylski Adrian

Tribologia

|

2024

|

nr 3

7--14

EN

The paper presents the structural, micromechanical, and tribological characteristics of the Ti-6Al-4V ELI alloy after thermal oxidation at 575°C (50 h), 625°C (50 h), and 675°C (20 h). The study showed that the oxide layers obtained on the Ti-6Al-4V ELI alloy were of a good quality and had a varied microstructure depending on the oxidation parameters. It was found that an increase in oxidation temperature was a determinant of oxide particles’ size and continuity of the coating. The Ti-6Al-4V ELI alloy displayed better micromechanical and tribological characteristics after thermal oxidation. Surface hardness of the alloy almost doubled (by approx. 4 GPa), improving tribological characteristics. Volumetric wear reduction of the investigated Ti-6Al-4V ELI alloy after oxidation ranged from 25 to 37%. The oxide film obtained at 625°C (50 h) offered the most favorable tribological properties. It was also evidenced that the presence of oxide layers on the Ti-6Al-4V ELI alloy led to an increase in the value of the coefficient of friction.

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości strukturalnych, mikromechanicznych i tribologicznych stopu Ti-6Al-4V ELI po utlenianiu termicznym. Proces utleniania realizowano w temperaturze 575°C (50 h), 625°C (50 h) i 675°C (20 h). W badaniach wykazano, że warstwy tlenkowe otrzymane na stopie Ti-6Al-4V ELI charakteryzowały się dobrą jakością oraz zróżnicowaną mikrostrukturą zależną od parametrów utleniania. Stwierdzono, że wzrost temperatury utleniania był czynnikiem determinującym rozmiar cząstek tlenków oraz ciągłość pokrycia. Stop Ti-6Al-4V ELI po procesie utleniania termicznego charakteryzował się lepszymi charakterystykami mikromechanicznymi i tribologicznymi. Stwierdzono nawet 2-krotny wzrost twardości powierzchniowej (o ok. 4 GPa) badanego stopu, co korzystnie przełożyło się na poprawę charakterystyk tribologicznych. Redukcja zużycia objętościowego stopu Ti-6Al-4V ELI po utlenianiu wynosiła od 25 do 37%. Najlepszymi właściwościami tribologicznymi charakteryzowała się warstwa tlenkowa otrzymana w temperaturze 625°C (50 h). Wykazano również, że obecność warstw tlenkowych na stopie Ti-6Al-4V ELI prowadziła do wzrostu wartości współczynnika tarcia.

12

Surface layer performance of low-cost 3D-printed sliding components in metal-polymer friction

Pieniak Daniel, Michalczewski Remigiusz, Firlej Marcel, Krzysiak Zbigniew, Przystupa Krzysztof, Kalbarczyk Marek, Osuch-Słomka Edyta, Snarski-Adamski Andrzej, Gil Leszek, Seykorova Maria

Production Engineering Archives

|

2024

|

Vol. 30, Iss. 3

361--376

EN

The paper presents the results of contact strength and tribological property tests of spare parts made of a popular resin using a 3D DLP printing technology. Two printer models by the same manufacturer were used in the study. The post-processing technique, which shapes the final functional properties, was diversified. Surface performance properties were compared, i.e. Shore hardness, indentation hardness, Martens hardness, elastic modulus, and parameters related to surface creep and relaxation. Tribological durability in rotary motion and tribological wear in reciprocating linear motion were also evaluated using micro- and nanotribometers. This was followed by surface analyses of the friction track of the analysed materials using microscopic methods: a scanning electron microscope, a WLI interferometric microscope, and an optical microscope. The results were statistically processed and the relationship between the parameters determined in the indentation test was determined.

13

Wpływ powłok Cr, Ti, Cr/Ti na właściwości tribologiczne stali X38CrMo16

Drabik Szymon, Madej Monika, Piotrowska Katarzyna, Radoń-Kobus Krystyna

Obróbka Metalu

|

2024

|

nr 1

40--47

PL

W artykule przedstawiono badania dotyczące wpływu powłok Cr, Ti, Cr/Ti na właściwości tribologiczne stali X38CrMo16 stosowanej, m.in. do wytwarzania form wtryskowych. Powłoki uzyskano techniką fizycznego osadzania z fazy gazowej PVD. Zwilżalność powierzchni określono za pomocą tensjometru optycznego przy użyciu metody kropli siedzącej. Testy tribologiczne przeprowadzono za pomocą tribometru TRB3 w skojarzeniu trącym kula-tarcza w ruchu posuwisto-zwrotnym w warunkach tarcia technicznie suchego. Przeciwpróbkę w badanych węzłach tarcia stanowiła kulka ze stali 100Cr6. Po testach tarciowo-zużyciowych próbki poddano obserwacjom mikroskopowym. Wartości kątów zwilżania wodą demineralizowaną wskazały, że wszystkie badane powierzchnie charakteryzują się dobrą zwilżalnością. Na podstawie uzyskanych wyników badań tribologicznych stwierdzono, że powłoki charakteryzowały się mniejszymi oporami ruchu oraz zużyciem w porównaniu do stali X38CrMo16, przy czym najmniejsze wartości uzyskano dla powłoki Cr.

EN

In this paper the influence of Cr, Ti, Cr/Ti coatings on tribological properties of X38CrMo16 steel used, among others, for the production of injection molds were examined. The coatings were obtained by the PVD gas phase physical deposition technique. The wettability of the surface was determined by an optical strain gauge using the sedentary drop method. Tribological tests were performed with the TRB3 tribometer in reciprocating ball-disc friction combination under technically dry friction conditions . The counter-sample in the friction nodes tested was a 100Cr6 steel ball. After the friction and wear tests, the samples were subjected to microscopic observations. The values of the wetting angles with demineralized water indicated that all tested surfaces are characterized by good wettability. Based on the resuIts of tribological tests, it was found that the coatings were characterized by Iower resistance to movement and wear with respect to X38CrMo16 steel, with the lowest values obtained for the coating Cr.

14

Enhancing the durability of remote-controlled gate valves through the implementation of advanced hermetic component

Aslanov Jamaladdin N., Mammadov Khalig S., Zeynalov Niyaz A., Ibayeva Leyla R.

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 9

592--601

EN

: In this study, the hermetic elements of a remote-controlled valve were scrutinized, leading to the development of an advanced hermetic unit. The primary focus was on assessing the wear resistance of this crucial component. Through meticulous analysis and experimentation, graphs illustrating wear speed and intensity over time were constructed, revealing a substantial increase in resistance compared to existing designs. Employing a combination of detailed analysis and methodical experimentation, graphical representations delineating the evolution of wear speed and intensity over time were generated. The results underscored a notable increase in resistance when compared to prevailing designs, exemplifying the heightened efficacy of the newly devised hermetic unit, which demonstrated higher durability, crucial for effective valve operation across diverse conditions. These findings signify a significant advancement in engineering, promising enhanced reliability and extended service life for valves utilizing this innovative technology. The implications extend to various industries reliant on such valves, offering improved performance and durability. Further studies, including physical experiments for surface reinforcement, can deepen the understanding of parameters such as temperature change, velocity, pressure distribution, specific heat, thermal conductivity, and turbulence dissipation over the improved valve construction’s hermetic elements. The trajectory of this research aligns with the objective of refining the design and optimizing the performance of the hermetic unit, ensuring its resilience under diverse and demanding operational environments. This comprehensive exploration not only lays the groundwork for the evolution of future advancements in valve technology but also holds the potential to substantially elevate efficiency and longevity across a wide array of industrial applications.

PL

W ramach niniejszej pracy przeanalizowano hermetyczne elementy zdalnie sterowanego zaworu, w wyniku czego opracowano ulepszony moduł hydrauliczny. Główny nacisk położono na ocenę odporności tego kluczowego elementu na zużycie. W oparciu o szczegółową analizę i eksperymenty opracowano wykresy ilustrujące szybkość i intensywność zużycia w czasie, ujawniając znaczny wzrost odporności w porównaniu z istniejącymi konstrukcjami. Poprzez połączenie szczegółowej analizy i metodycznych eksperymentów, wygenerowano wykresy graficzne określające ewolucję prędkości i intensywności zużycia w czasie. Uzyskane wyniki wskazują na znaczny wzrost odporności w porównaniu z dotychczasowymi konstrukcjami, co świadczy o zwiększonej skuteczności nowo opracowanego modułu hermetycznego, który wykazał wyższą trwałość, kluczową dla skutecznego działania zaworu w różnych warunkach. Te odkrycia oznaczają znaczący postęp w inżynierii, który może przyczynić się do zwiększenia niezawodności i wydłużenia żywotności zaworów wykorzystujących tę innowacyjną technologię. Będzie to miało przełożenie na różne branże wykorzystujące takie zawory, zapewniając ich lepszą wydajność i trwałość. Dalsze badania, w tym eksperymenty fizyczne w zakresie wzmocnienia powierzchni, pozwolą lepiej zrozumieć parametry, takie jak zmiana temperatury, prędkość, rozkład ciśnienia, ciepło właściwe, przewodność cieplna i tłumienie turbulencji w hermetycznych komponentach ulepszonej konstrukcji zaworu. Kierunek tych badań jest zgodny z celem, jakim jest udoskonalenie konstrukcji i optymalizacja wydajności modułu hermetycznego, zapewniając jego odporność w zróżnicowanych i wymagających środowiskach operacyjnych. Ta kompleksowa eksploracja nie tylko kładzie podwaliny pod dalsze postępy w dziedzinie technologii zaworów, ale także może potencjalnie znacznie zwiększyć wydajność i żywotność w szerokim zakresie zastosowań przemysłowych.

15

Influence of cerium oxide nanoparticles on the tribological behavior of AA8090 aluminum alloy composites for aero, military, and marine industrial applications

Anbalagan Kalaiyarasan, Duraisamy Velmurugan, Loganathan Raja Velur, Sam Peniel Pauldoss

Materials Science Poland

|

2024

|

Vol. 42, No. 4

101--112

EN

This study aimed to enhance the wear resistance of the AA8090 material. Nanoparticle-reinforced AA8090 metal matrix composites were manufactured using the conventional stir casting process. Totally, three types of composites were fabricated by varying the cerium oxide (CeO2) nanoparticle content. The different materials prepared were AA8090, AA8090/1.5 wt% CeO2, AA8090/3 wt% CeO2, and AA8090/4.5 wt% CeO2. Properties like microhardness, tensile strength, wear rate, and coefficient of friction of the developed composites were determined. The results showed that the inclusion of CeO2 nanoparticles improved the different properties of the AA8090 material. An optimum level of 3 wt% CeO2 in AA8090 showed better performance. Furthermore, the AA8090/3 wt% CeO2 composite exhibited a maximum hardness and tensile strength of 158 HV and 546 MPa, respectively, which was 18 and 20% higher than those of AA8090. Furthermore, the same composite displayed a slightest wear rate (0.045 × 10-3 mm3/m) and coefficient of friction (0.2). Hence, it is concluded from this research that the AA8090/3 wt% CeO2 could be a suitable material for aero, military, and marine applications as it showed a good performance.

16

Application of artificial neural networks for the prediction of the service conditions of an elastohydrodynamic EHL contact in the presence of solid pollutant

Mattallah Sabrina, Kelaiaia Ridha, Louahem M’Sabah Hanane, Kerboua Adlen

Diagnostyka

|

2024

|

Vol. 25, No. 1

art. no. 2024107

EN

Lubricated mechanical mechanisms operate under service conditions influenced by several environmental parameters, and their life times may be threatened due to inappropriate use or by the presence of solid contaminants. The objective of this work is to study the effect of three operating parameters, namely: rotational speed 𝑉, load 𝑄 and kinematic viscosity 𝜈 in the presence of three sizes of solid contaminants 𝑇, on the degradation of an EHL contact, to predict the ranges of effects that may lead to the damage of the contacting surfaces. In our investigation, anexperimental design of nine trials is used to combine four factors with three levels each to accomplish the experimental investigation. Artificial neural network regression and the desirability function were used for the interpretation and modelling of the responses, whichare: wear 𝑊, arithmetic mean height 𝑅𝑎, total profile height 𝑅𝑡 and maximum profile height 𝑅𝑧. From these methods we observed that the sand grain sizes have a significant impact on the wear 𝑊 and the roughness 𝑅𝑎, but that viscosity has the primary influence on the variation of the roughnesses 𝑅𝑡 and 𝑅𝑧. We also found that the quality of the predicted models is very good, with overall determination coefficients of 𝑅2 learning = 0.9985 and 𝑅2 validation = 0.9996. Several levels of degradation depending on the operating conditions are predicted using the desirability function.

17

Wear and Corrosion Properties of Pure Mo Coating Layer Manufactured by Atmospheric Plasma Spray Process

Hwang Yu-Jin, Kim Yurian, Park Soon-Hong, Park Sung Cheol, Lee Kee-Ahn

Archives of Metallurgy and Materials

|

2024

|

Vol. 69, iss. 1

81--85

EN

A pure molybdenum (Mo) coating layer was manufactured by using the atmospheric plasma spray (APS) process and its wear and corrosion characteristics were investigated in this study. A Mo coating layer was prepared to a thickness of approximately 480 μm, and it had sound physical properties with a porosity of 2.9% and hardness of 434 Hv. Room temperature dry wear characteristics were measured through a ball-on-disk test under load conditions of 5 N, 10 N and 15 N. Based on the coefficient of friction graph at 5 N and 10 N, the oxides formed during wear functioned as a wear lubricant, thereby confirming an increase in wear resistance. However, at 15 N, wear behavior changed, and wear occurred due to splat pulling out. A potentiodynamic polarization test was conducted under an artificial seawater atmosphere, and Ecorr and Icorr measured 0.717 V and 7.2E-5 A/cm2, respectively. Corrosion mainly occurred at the splat boundary and pores that were present in the initial state. Based on the findings above, the potential application of APS Mo coating material was also discussed.

18

Microstructure and Wear Property of In-Situ Oxide Reinforced CrMnFeCoNi High Entropy Alloy Composite Fabricated by Selective Laser Melting

Park So-Yeon, Park Joon Pyo, Lee Kee-Ahn

Archives of Metallurgy and Materials

|

2024

|

Vol. 69, iss. 2

447--452

EN

CrMnFeCoNi high entropy alloy (HEA) which had nano oxide particles formed during additive manufacturing process was fabricated using a selective laser melting (SLM) process (hereinafter SLM Cantor HEA). The microstructure of the fabricated SLM Cantor HEA and the wear properties according to the applied load (5 N, 15 N) were investigated. SLM Cantor HEA was consist of nano-size oxides and high dislocation density, resulting in superior hardness compared to conventional processed CrMnFeCoNi HEA. As a result of the wear test, it showed abrasive and oxidative wear behavior regardless of applied load. But in case of 15 N load condition, it showed more finer worn microstructure with increased wear load, and had a contradictory effect on each friction coefficient and wear rate. Based on the above results, the wear mechanism of in-situ oxide reinforced SLM Cantor HEA was discussed in relation with the microstructure.

19

Investigation of the Durability and Performance of Gears Made of Glass Fiber, Carbon and Bronze-Reinforced Polytetrafluoroethylene Matrix Composite Material

Yakut Rifat, Düzcükoğlu Hayrettin, Akkuş Harun

Archives of Metallurgy and Materials

|

2024

|

Vol. 69, iss. 1

309--317

EN

Polymer gears are often used in power transmission due to their numerous advantages. Heat accumulates on polymer gears during operation. Over time, this accumulated heat leads to damage; and shortens the service life of the gears. To prevent this, various fillers are added to the polymer materials. These fillers help to dissipate the heat generated on the gears. In this study, 25% glass fibers, 35% carbon powder, and 60% bronze particles were added to the polytetrafluoroethylene (PTFE) matrix to determine the wear behavior of gears. The properties of the matrix and the filler mainly influence the wear behavior of PTFE composites. The study showed that all composite gears with filler have better wear resistance than pure PTFE gears due to their better thermal stability. After the tests, it was found that the gears made of PTFE + 35% carbon additive had about 12 times better wear rates than those made of pure PTFE. Based on the average temperature values of the experiment, it was found that the mass temperature of gears made of 35% carbon-doped PTFE is about 38-39% lower than that of pure PTFE. This study contributes to the standard studies on heat build-up, thermal damage, and wear of gears made of polymers with different fillers and ratios.

20

Synthesis and Characterization of Novel Aluminum Composites: A Compo-Casting Approach with ZrO2, Al2O3, and SiC

Farahany S., Hamdani M. K., Salehloo M. R., Krol M., Cheraghali E.

Archives of Foundry Engineering

|

2024

|

Vol. 24, iss. 2

88--97

EN

The present study evaluates the microstructural features, mechanical properties, and wear characteristics of the newly developed hybrid composite of A356/ZrO2/Al2O3/SiC produced by compo-casting at 605±5 °C, 600 rpm for 15 minutes with less than 30% solid fraction in which Bi and Sn were added separately to the matrix before introducing reinforcements. FESEM micrographs and corresponding EDS illustrated the successful incorporation of particles in the matrix. Fine particles of ZrO2 were observed close to the coarse Al2O3, and SiC particles, along with Bi and Sn elements, were detected at the eutectic evolution region. The A356+Bi/Al2O3+ZrO2+SiC hybrid composite exhibited the lowest specific wear rate (1.642 ×10-7cm3/Nm) and friction coefficient (0.31) under applied loads of 5, 10, and 20 N, in line with the highest hardness (73.4 HBN). Analysis of the worn surfaces revealed that the wear mechanism is mostly adhesive in all synthesized composites, which changed to the combination of adhesive and abrasive mode in the case containing Bi and SiC. Inserting Bi not only leads to the refinement of eutectic Si but also enhances the adhesion between the matrix/particles and improves lubricity. This, in turn, reduces the wear rate and coefficient of friction, ultimately improving the performance of the hybrid composite.