Zmierzone w trakcie badañ na tribotesterze wspó³czynniki tarcia i zu¿ycie s¹ potwier-dzeniem ró¿nic w wartoci swobodnej energii powierzchniowej i jej sk³adowych ele-mentów pary tr¹cej.
Ró¿nice w wartociach swobodnej energii powierzchniowej ¿eliwa EN GJL 200 i ¿eliwa EN GJL 200 azotowanego spowodowa³y znaczne ró¿nice w wartociach wspó³-czynnika tarcia i zu¿ycia badanych zestawieñ materia³owych.
Na rysunkach 7.22 i 7.23 przedstawiono rednie wartoci wspó³czynnika tarcia oraz zu¿ycia badanych zestawieñ materia³owych. Na osi rzêdnych zamieszczono wartoæ
re-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 szczególnoci dla zepod-stawienia próbki o po-w³oce z azotku tytanu z przeciwpróbk¹ azotowan¹ zmierzono w trakcie badañ na tribo-testerze najmniejsze wartoci 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. Wartoci 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). Wartoci wspó³czynnika tarcia po przebiegu 27 000 m dla zestawieñ próbki o pow³oce z azotku tytanu pracuj¹cych w oleju syntetycznym zmniejszy³y siê do wartoci 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 intensywnoci 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 wartociach upatruje siê we w³aciwociach przeciw-próbki, co potwierdza sformu³owane cele rozprawy o istotnym wp³ywie wartoci swo-bodnej energii powierzchniowej i jej sk³adowych, w szczególnoci dyspersyjnej, na w³a-ciwoci tribologiczne par tr¹cych.
93
Azotowanie wp³ywa na zwiêkszenie wartoci ca³kowitej swobodnej energii powierzch-niowej (tabela 6.1), co skutkuje równie¿ zwiêkszeniem twardoci. Ponadto, zgodnie z obliczeniami z u¿yciem sta³ej Hamakera oraz pomiarami za pomoc¹ k¹tów zwil¿ania, zwiêkszeniu równie¿ uleg³a wartoæ sk³adowej dyspersyjnej (tabele 6.2, 6.3) tej ener-gii. Du¿e wartoci 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 w³aci-woci czynnika smarnego (dodatki). Ogólnie trwa³oæ warstwy smarnej jest tym wiêk-sza, im silniejsze jest jej zwi¹zanie z pod³o¿em [162]. Przez trwa³oæ rozumiany jest tu czas, przez jaki mo¿e warstwa znosiæ okrelone 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 nierównoci 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 intensywnoci zu¿ywania adhezyjnego podczas tarcia mieszanego, gdy dochodzi do mikrokontaktów nierównoci powierzchni. Cechê tak¹ wykazuj¹ pow³oki o ma³ej wartoci 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 wartoæ sk³adowej polarnej tej energii, która dla pow³oki z azotku tytanu jest kilkakrotnie mniejsza, ni¿ dla innych pow³ok o porównywalnie ma-³ej wartoci sumy sk³adowych dyspersyjnej i polarnej swobodnej energii powierzchniowej (tabela 6.4). Jest to zwi¹zane z apolarnoci¹ oleju smaruj¹cego oraz zmniejszeniem od-dzia³ywañ Keesoma w podwy¿szonej temperaturze [99]. Podczas wspó³pracy z prze-ciwpróbk¹ o du¿ej wartoci 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. W³aciwoci oleju syntetycznego [48, 131], przede wszystkim jego zdolnoæ tworzenia filmu olejowego ju¿ od momentu rozruchu, w po³¹czeniu z w³aciwociami powierzchni próbki; ma³a intensywnoæ zu¿ywania adhezyjnego oraz w³aciwociami przeciwpróbki; dobre utrzy-mywanie warstwy smarnej, umo¿liwi³y osi¹gniêcie ma³ego wspó³czynnika tarcia i zu-¿ycia.
94 8. Przyk³ad pary tr¹cej piercieñtuleja zespo³u t³okpiercieniecylinder silnika spalinowego...
CMYK