• Nie Znaleziono Wyników

swobodnej energii powierzchniowej i jej sk³adowych

Zmierzone w trakcie badañ na tribotesterze wspó³czynniki tarcia i zu¿ycie s¹ potwier-dzeniem ró¿nic w wartoœci swobodnej energii powierzchniowej i jej sk³adowych ele-mentów pary tr¹cej.

Ró¿nice w wartoœciach swobodnej energii powierzchniowej ¿eliwa EN GJL 200 i ¿eliwa EN GJL 200 azotowanego spowodowa³y znaczne ró¿nice w wartoœciach wspó³-czynnika tarcia i zu¿ycia badanych zestawieñ materia³owych.

Na rysunkach 7.22 i 7.23 przedstawiono œrednie wartoœci wspó³czynnika tarcia oraz zu¿ycia badanych zestawieñ materia³owych. Na osi rzêdnych zamieszczono wartoœæ

œre-dni¹ swobodnej energii powierzchniowej ¿eliwa (γS = 1225 mN/m) i ¿eliwa

azotowane-go (γS = 1600 mN/m), z których wykonano przeciwpróbki do badañ, obliczon¹ na

pod-stawie danych zawartych w tabeli 6.1. W szczególnoœci dla zepod-stawienia próbki o po-w³oce z azotku tytanu z przeciwpróbk¹ azotowan¹ zmierzono w trakcie badañ na tribo-testerze najmniejsze wartoœci wspó³czynnika tarcia (tab. 7.2) równe 0,018 przy wspó³-pracy w oleju mineralnym oraz 0,031 przy wspó³wspó³-pracy w oleju syntetycznym, po

prze-7.5. Analiza wyników badañ na tribotesterze w aspekcie swobodnej energii powierzchniowej...

wspó³czynnik

tarcia,

µ

Rys. 7.23. Sumaryczne zu¿ycie próbki i przeciwpróbki w funkcji swobodnej energii powierzchniowej przeciwpróbki

Fig. 7.23. The wear of specimen and counterface versus surface free energy of the counterface

0 5 10 15 20 25 30 ã=1225; ãd=29,1 ã=1600; ãd=34,0 swobodna energia powierzchniowa przeciwpróbki; sk³adowa dyspersyjna z pomiaru k¹tów zwil¿ania, mN/m

zu ¿yci e, u m mineralny 13500 m syntetyczny 13500 m syntetyczny 27000 m

biegu 13 500 m. Wartoœci wspó³czynnika tarcia w trakcie badañ na tribotesterze pod-czas wspó³pracy próbki z pow³ok¹ z azotku tytanu z przeciwpróbk¹ ¿eliwn¹ by³y znacz-nie wiêksze (tab. 7.2) i wynosi³y 0,042 (olej mineralny) oraz 0,067 (olej syntetyczny) (rys. 7.22). Wartoœci wspó³czynnika tarcia po przebiegu 27 000 m dla zestawieñ próbki o pow³oce z azotku tytanu pracuj¹cych w oleju syntetycznym zmniejszy³y siê do wartoœci 0,015 dla przeciwpróbki ¿eliwnej azotowanej oraz 0,044 dla przeciwpróbki ¿eliwnej.

Z danych zawartych w tabeli 7.2 oraz na rysunku 7.23 wynika, ¿e zu¿ycie zestawieñ materia³owych podczas pracy w oleju mineralnym jest wiêksze dla zestawienia z prze-ciwpróbk¹ azotowan¹. Jednak sytuacja ta ulega zmianie w przypadku pracy z u¿yciem oleju syntetycznego jako czynnika smarnego. Zaobserwowane w trakcie badañ obni¿e-nie intensywnoœci zu¿ycia w poszczególnych biegach spowodowa³o, po przebiegu 27 000 m mniejsze zu¿ycie zestawienia materia³owego próbki o pow³oce z azotku tyta-nu z przeciwpróbk¹ ¿eliwn¹ azotowan¹ (rys. 7.23).

Poniewa¿ pozosta³e czynniki wp³ywaj¹ce na wspó³czynnik tarcia oraz zu¿ycie by³y statystycznie podobne, ró¿nice w wartoœciach upatruje siê we w³aœciwoœciach przeciw-próbki, co potwierdza sformu³owane cele rozprawy o istotnym wp³ywie wartoœci swo-bodnej energii powierzchniowej i jej sk³adowych, w szczególnoœci dyspersyjnej, na w³a-œciwoœci tribologiczne par tr¹cych.

93

Azotowanie wp³ywa na zwiêkszenie wartoœci ca³kowitej swobodnej energii powierzch-niowej (tabela 6.1), co skutkuje równie¿ zwiêkszeniem twardoœci. Ponadto, zgodnie z obliczeniami z u¿yciem sta³ej Hamakera oraz pomiarami za pomoc¹ k¹tów zwil¿ania, zwiêkszeniu równie¿ uleg³a wartoœæ sk³adowej dyspersyjnej (tabele 6.2, 6.3) tej ener-gii. Du¿e wartoœci sk³adowej dyspersyjnej swobodnej energii powierzchniowej sprzy-jaj¹ tworzeniu jednolitej warstwy filmu olejowego, która w wyniku dobrego zwil¿ania jest dobrze zwi¹zana z pod³o¿em. Wed³ug obliczeñ za pomoc¹ sta³ej Hamakera sk³ado-wa dyspersyjna ¿elisk³ado-wa EN GJL 200 jest równa 103,6 mN/m, a proces azotosk³ado-wania po-woduje jej zwiêkszenie do 107,0 mN/m.

Utworzenie dobrze zwi¹zanej z powierzchni¹ warstwy smarnej jest warunkowane równie¿ innymi czynnikami, pocz¹wszy od mikrostruktury powierzchni przez w³aœci-woœci czynnika smarnego (dodatki). Ogólnie trwa³oœæ warstwy smarnej jest tym wiêk-sza, im silniejsze jest jej zwi¹zanie z pod³o¿em [162]. Przez trwa³oœæ rozumiany jest tu czas, przez jaki mo¿e warstwa znosiæ okreœlone oddzia³ywanie niszcz¹ce. Warstwa ta nabiera zasadniczego znaczenia przy wspó³pracy z powierzchni¹ innego elementu, w chwili lokalnego przerwania filmu olejowego wskutek zwiêkszenia obci¹¿enia, gdy dochodzi do styku nierównoœci powierzchni. Innymi s³owy, im lepiej jest ona zwi¹zana z pod³o¿em, tym mniejszy jest wspó³czynnik tarcia.

Przyczyny mniejszego wspó³czynnika tarcia oraz zu¿ycia upatruje siê w zmniejszonej w du¿ym stopniu intensywnoœci zu¿ywania adhezyjnego podczas tarcia mieszanego, gdy dochodzi do mikrokontaktów nierównoœci powierzchni. Cechê tak¹ wykazuj¹ pow³oki o ma³ej wartoœci sumy sk³adowych dyspersyjnej i polarnej swobodnej energii powierzch-niowej, w tym zastosowane tutaj na próbkach pow³oki z azotku tytanu (tabela 6.4). Istotne znaczenie ma równie¿ ma³a wartoœæ sk³adowej polarnej tej energii, która dla pow³oki z azotku tytanu jest kilkakrotnie mniejsza, ni¿ dla innych pow³ok o porównywalnie ma-³ej wartoœci sumy sk³adowych dyspersyjnej i polarnej swobodnej energii powierzchniowej (tabela 6.4). Jest to zwi¹zane z apolarnoœci¹ oleju smaruj¹cego oraz zmniejszeniem od-dzia³ywañ Keesoma w podwy¿szonej temperaturze [99]. Podczas wspó³pracy z prze-ciwpróbk¹ o du¿ej wartoœci sumy sk³adowych dyspersyjnej i polarnej, na której po-wierzchni jest dobrze zwi¹zana warstwa czynnika smarnego, stworzone zostaj¹ warun-ki do osi¹gniêcia, nawet podczas du¿ych obci¹¿eñ, ma³ych si³ stycznych i niedu¿ego zu¿ycia (rys. 7.22)

Dodatkowym czynnikiem sprzyjaj¹cym zapobieganiu zu¿yciu adhezyjnemu jest w tym przypadku zastosowanie jako czynnika smarnego oleju syntetycznego. W³aœciwoœci oleju syntetycznego [48, 131], przede wszystkim jego zdolnoœæ tworzenia filmu olejowego ju¿ od momentu rozruchu, w po³¹czeniu z w³aœciwoœciami powierzchni próbki; ma³a intensywnoœæ zu¿ywania adhezyjnego oraz w³aœciwoœciami przeciwpróbki; dobre utrzy-mywanie warstwy smarnej, umo¿liwi³y osi¹gniêcie ma³ego wspó³czynnika tarcia i zu-¿ycia.

94 8. Przyk³ad pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u t³ok–pierœcienie–cylinder silnika spalinowego...

CMYK

8. Przyk³ad pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u

t³ok–pierœcienie–cylinder silnika spalinowego