Widok Impregnacja smarami stałymi i zastosowanie wysokotemperaturowych części proszkowych

Obróbka Plastyczna Metali vol. XXVI nr 2 (2015), s. 133-146 Metal Forming vol. XXVI no. 2 (2015), pp. 133-146

Procesy kształtowania wyrobów

z

proszków metalu Processes oJ forming metal powder products

f!.?

o

ii

_

.,

.

Oryginalny artykuł naukowy

Original Scientiflc Artide

Impregnacja smarami

stałymi

i zastosowanie

wysokotemperaturowych

części

proszkowych

Application oj high temperatu re solid

lubricants for impregnation oj

PIM

parts

(l) M. Lijewski*, (2) V. Leshchynsky

Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14,61-139 Poznań, Poland Informacje o artykule

Data przyjęcia: 18.03.2015 Data recenzji: 7.04.2015 Data akceptacji: 30.06.2015

Wkład autorów

(l) Autor koncepcji, metodyki prac naukowo-badawczych, m>półautor analizy i interpre· Lacji wyników i wniosków (2) Autor założeti, metodyki

badań, współaulor analizy i interpretacji wyników i wniosków Artide info Received: 18.03.2015 Reviewed: 7.04.2015 Accepted: 30.06.2015 Streszczenie

Nowoczesne układy tribologiczne są bardzo często poddawane trudnym warunkom pracy. Najbardziej skomplikowany proces tribologiczny występuje w układach współpracu­ jących związanych ze smarowaniem mieszanym i granicznym. Dotyczy to zwłaszcza jednostek eksploatowanych w podwyższonych temperaturach. W takich warunkach kon-wencjonalne metody smarowania działają znacznie mniej efektywnie i poszukiwane są nowe rozwiązania. Od niedawna alternatywną koncepcją okazał się kienmek adap-tacji na środki smarujące nanocząstek smarów stałych o strukturze płytkowej [1, 2, 3]. W pracy zostały przedstawione v.ryniki badań tribologicznych i strukturalnych smarów

stałych. Praca obejmuje także prezentację wyników badań smarów stałych poddanych innowacyjnej metodzie mechanicznego rozwarstwiania materiałów. Efektem procesu rozwarstwiania jest obecność płatków o strukturze nanometrycznej. Tego typu mate-riały cechują się znacznic lepszymi właściwościami tribologicznymi [2, 4]. Testy tri

-bologiczne zostały przeprowadzone na testerach T-10 i T-21 (Instytut Technologii Eksploatacji- Pa•1stwowy Instytut Badawczy ITeE-PIB w Radomiu). Badaniu poddano MoS2, WS2, h-BN, BaF2, CaF2 oraz mieszaniny MoS2 z dodatkiem grafitu i WS2 z do

-datkiem grafitu. Proces mikromechanicznego rozwarstwiania smarów realizowano na nagniatarce proszkowej (NP-1 ). Badania SEM wykonano za pomocą mikroskopu FEI-INSPECT-S z przystawką EDSEDAX, znajdującego się w Instytucie Obróbki Plastycznej (INOP) w Poznaniu. Uzyskane wynik wykazały, że nanocząstki smarów stałych: MoS2, WS2, MoS2 z dodatkiem grafitu, WS2 z dodatkiem grafitu, są materia-łami, które znajdą zastosowanie w modyfikacji warstwy wierzchniej części stosowa

-nych na elementy pracujące w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Zastosowanie tego typu smarów pozwala na zmniejszenie i uzyskanie współczynnika tarcia poniżej 0,1, co bezpośrednio wpływa na 2-3-krotne zwiększenie trwałości elementów współ­ pracujących jako pary trące. Otrzymane siarczkowe nanocząstki grafenapodobne smarów stałych oraz mieszaniny z grafitem, charakteryzują się małym współczynni­ kiem tarcia, dobrą wytrzymałością na wysokie obciążenia i dużą stabilnością mecha-niczną i chemiczną oraz wysoką odpornością na zużycie [3, 4].

Słowa kluczowe: smary stałe, układy tribologiczne, tribologia, tarcie, zużycie, me-talurgia proszków, MoS2, WS2, grafit, nanocząstki, impregnacja, wysokotemperaturowe

Abstract

Modern tribological systems are very often subjected to difjlcult operating conditions. The most complicated tribological process occurs in mating systems associated with mixed and boundary lubrication This especially concerns units used at elevated temperatures. Under such conditions, conventional methods oflubrication aremuch less effective; new

solutions are being sought. Recently, the direction oJ adaptation to lubricating agents consisting oJ nanoparticles oJ solid lubricants with a plate structure has arisen as an

alter-*Autor do korespondencji. Tel.: +48 61 657 05 55; fax: +48 61 657 07 21; e-mail: marcin.lijewski@inop.poznan.pl * Corresponding author. Tel.: +48 61 657 05 55;fax: +48 61 657 07 21; e-mail: marcin.lijewski@inop.poznan.pl

134 Impregnacja smarami stałymi i zastosowanie wysokotemperaturowych części proszkowych

Authors' contribution

(l) A uthor oj t he eoncep t, re-search wark methods,

co-author ojthe resułts'

ana-łysis and interpretation

(2) Author oj the assumptions,

research methods, co-author

ofthe resułts' analysis and

inte1pretation

tive concept [1, 2, 3]. The results of tribo/agical and structural tests oJ solid lubricants a re presented in this wark. T he work ais o in cłudes the presentation o f results o f t es ts o f solid lubricants subjected to an innovative method of mechanical delamination oJ ma-teria/s. A n effect oJ the delamination is t he presence oJ nanostructured flakes. Materia/s oj this type exhibit significantly better triboiagi cal properties [2, 4]. Tribologicał tests were conducted on T-1 O and T-21 testers (lnstitute for Sustainable Technologi es- National Research Institute, ITeE-PIB in Radom). Testing was performed on MoS2. WSz, h-BN, BaF2, CaF2, and a mixture oj MoS2 with a n addition oJ graphi te and WS2 with an ad-dition oJ graphite. The process oJ micromechanical delamination oJ lubricants was carried out with a powder burnishing tool (NP-1). SEM tests were performed using an FET-JNSPECT-S microscope with an EDSEDAX attachment, located at the Metal Forming lnstitute (JNOP) in Poznan. The results obtained showed that nanoparticles oJ solid lubricants- MoS2. WS2, MoS2 with the addition oJ graphite, and WSz with the addition

oj graphit e - are materia/s that will find applications in t he modification oj the surface layers ofparts used for components worki n g in dijj1cult usage conditions. The use oJ t his type oJ lubricant allows Jor decreasing t he friction coefficient and achieving a value be-law 0.1, w h ich directly ejjects a 2-3-time increase in t he durability oj components co-operating as friction pairs. The obtained graphene-like suiphi de nanoparticles o f solid lubricants and mixtures with graphi te a re characterized by a low coefficient oj jriction, good endurance under heavy loads, high mechanical and chemical stabiłity, and high resistance to wear [3, 4].

Keywords: solid lubricants, tribological systems, tribology, friction, wear, powder me-tallurgy, graphite, nanoparticle, impregnation, high temperature

l.

WPROW ADZENIE

W dobie kryzysu ekonomicznego i

energe-tycznego

ważne

jest ograniczenie kosztów

pro-dukcji

i wydłużenie

bezawaryjnego czasu pracy

maszyn i

urządzeń.

W tym aspekcie

podstawo-wym elementem jest problem

zużycia,

tarcia

współpracujących węzłów

kinematycznych [3,

5,

6]. Zapewnienie niskiego

zużycia

tribologicz-nego w wysokiej temperaturze,

współpracujących układów

mechanicznych, gwarantuje dobra

od-porność

na

ścieranie będąca

wynikiem

łączenia twardości

i

odporności

na

pękanie.

Problem

do-tyczący

tarcia granicznego i mieszanego w

wy-sokiej

temperaturze jest bardzo

złożony.

W

prze-myśle wyróżnia się grupę skojarzeń trących,

do

których zaliczane

są

m.in.

łożyska

toczne oraz

ło­ żyska ślizgowe, zwłaszcza grupę łożysk

samo-smarujących

[5, 7].

Rozwój technologii otrzymywania warstw,

jak i litych

materiałów

o strukturze

nanokrysta-licznej,

pozwolił

na uzyskanie nowych tworzyw

o

interesujących możliwościach

aplikacyjnych.

Niekonwencjonalne metody wytwarzania

nano-materiałów pozwalają uzyskać materiały

o

skła­

dach fazowych

nieosiągalnych

metodami

trady-cyjnymi.

Zmniejszając

wymiary podstawowych

l. INTRODUCTION

In a time oj economic and energy crisis, it is

important to limit the costs oj production and to

extend the failure-free working time oj machines

and

devices. In this regard, the basie element is

the problem of wear and friction oj

cooperating

kinematic nodes [3,

5,

6}. Ensuring low

tribolo-gical

consumption

oj cooperating mechanical

systems at high temperatures

guarantees

good wear

resistance, the result oj the

combination

oj

hard-ness and resistance to cracking. The problem

con-cerning boundary and mixed friction at high

tem-peratures is very complex. In industry, a group

oj frictional associations stands out, including

rolling bearings and

sliding

bearings, especially

the group oj self-lubricating bearings

[5, 7].

The development oj technologiesfor

obtain-ing layers, as well as uniform materials with

na-nocrystalline

structures,

allowed the obtainment

oj new materials with interesting possibilities for

application. Unconventional methods oj

produc-tion oj nanomaterials make it possible to obtain

materials with phase compositions

unachievable

with

traditional

methods

.

Changing

the

dimen-Lijewski M., Leshchynsky V.: Impregnacja smarami stałymi i zastosowanie wysokotemperaturowych części proszkowych. Obróbka Plastyczna Metali vol. XXVI nr 2 (2015), s. 133-146.

Application oj high temperature solid lubricants for impregnation oj Pl M par ts 135

ziaren znanych

materiałów, można uzyskać

znacz-nie lepsze

właściwości

fizykochemiczne i

me-chaniczne [5, 8, 9].

W celu poprawy

właściwości

tribologicznych

współpracujących układów

stosuje

się,

w

trących węzłach

kinematycznych, smary

stałe. Cząstki

smarów

stałych mogą być

wykorzystywane

za-równo jako dodatki do olejów, jak

również mogą służyć

jako samodzielne

środki

smarne do

mo-dyfikacji warstwy wierzchniej. Istotnym

elemen-tem jest

wielkość

i geometria stosowanych

cząs­

tek smarów

stałych. Ważnym

elementem

sma-rów

okazały się również cząstki

o strukturze

nanometrycznej [10, 11]. Tego typu

układy

sma-rujące zapewniają

niski

współczynnik

tarcia

i

małe zużycie

powierzchni

trących. Większość nanocząstek znajdująca się

w strefie styku ulega

degradacji,

częściowemu

rozwarstwieniu.

Wy-kazano

że

stopniowe

złuszczanie się cząstek

prowadzi do powstania struktur "nanowarstw",

które

osadzają się

na powierzchni

współpracu­ jących

elementów i

wpływają

na

obniżenie współ­

czynnika tarcia,

stanowiąc ochronę

powierzchni

przed

zużyciem.

Istotnym czynnikiem

wpływa­ jącym

na

zdolność

do

obniżenia wartości współ­

czynnika

tarcia jest

ilość

warstw w

wytworzo-nej nanostrukturze.

Doświadczalnie

wykazano,

że

wzrost liczby nanowarstw do

8-10

powoduje

znaczne zmniejszenie tego

współczynnika,

naj-korzystniejsze z uwagi na

właściwości

tribolo-giczne (tarcie

wewnętrzne);

obserwowany jest

efekt przesuwania

się względem

siebie

warstw

występujących

w

nanocząsteczce

smaru

stałego.

Eksperymentalnie wykazano,

iż wartość współ­

czynnika

tarcia jest

określona; zależy

od

wiel-kościnanocząstek

o strukturze

płytkowej.

Struk-tury

nanocząstek

smarów

stałych odgrywają

klu-czową rolę

w mechanizmie zmniejszania tarcia

w

samosmarujących częściach

[12,

13].

W pracy

zostały

przedstawione nowe t

ech-nologie

zwiększające wydajność

tarcia suchego,

przeznaczone do

urządzeń

lub elementów

pra-cujących

w wysokich temperaturach. Istotne

jest opracowanie i przedstawienie nowych

roz-wiązań znajdujących

praktyczne zastosowanie

w

przemyśle.

Potrzeba ulepszenia technologii

smarowania jest bardzo

ważna

z punktu

wi-dzenia rozwoju gospodarki i

przemysłu.

Propo-sions oj basie grains oj known materials, m uch

better physical-chemical and mechanical

proper-ties can be obtained [5, 8, 9}.

In order to improve the tribological

proper-ties oj contacting systems, solid lubricant is used

in frictional kinematic nodes. Particles oj solid

lubricants can be used both as additions to oils

and as independent lubricating agentsfor

modi-fication oj the surface layer. An important aspect

is the size and geometry oj the particles used in

the solid lubricants. Nanostructured particles have

also proven to be an important aspect oj

lubri-cants

[10, 11].

Lubricating systems oj this type

ensure a low coefficient oj friction and low wear

oj mating swfaces. Most oj t he nanoparticles found

in the contact zone undergoes degradation and

partia! delamination. It has been shown that

gra-dual peeling oj particles leads to the formation

oj a structure oj "nano-layers," which settle on t he

surfaces oj the mating components and effect

a lowering oj the friction coefficient, serving as

wear protection for the layer. A n important

fac-tor influencing the ability to lower the value

oj

t he friction

coefficient is the number oj layers in

the produced nano-structure. It has been

empi-rically demonstrated that an increase in the

num-ber oj nano-layers to

8-1

O causes

a

significant

decrease oj this

coefficient,

the most beneficial

in terms oj tribological properties (interna!

fric-tion); an

effect

oj

shifting oj the layers existing

in a nanoparticle oj solid

lubricant relative to

each

other is observed. It has been experimentally

demonstrated

that the value oj the friction

co-efficient is defined; i t depends on the sizes oj t he

nanoparticles with a plate structure.

The

structu-res oj nanoparticles oj

solid lubricants play a key

role in the mechanism

oj

decreasing friction

in

selj-lubricating

parts

{12, 13 ].

In this work are presented new technologies

increasing the

effectiveness

oj dry friction,

in-tended for devices ar components working at high

temperatures. The elaboration and presentation

oj new solutions finding practical application

in

industry is significant.

The need to improve

lub-ricating technology is very important from the

point oj

view oj economic and industrial

deve-lopment

.

A proposed solution i

s

to use particles

Lijcwski M., Lcshchynsky V.: Appłication oj high temperature solid lubricants for impregnation of P/M parts.

136 Impregnacja smarami stałymi i zastosowanie wysokotemperaturowych części proszkowych

nowanym

rozwiązaniem

jest zastosowanie

cząs­

tek smarów

stałych. Wydłużenie

czasu

użytkowa­

nia

układów

tribologicznych uzyskano przez

zas-tosowanie wysokotemperaturowych smarów

sta-łych-

HTSL (np. MoSz, WSz, h-BN, BaFz, CaFz,

WSez).

W pracy przedstawiono wyniki

badań,

które

zmierzają

do zmniejszenia

wartości współczyn­

nika tarcia i

zużycia części

maszyn

pracujących

w wysokich temperaturach.

Założono, że

czas

użytkowania

elementów ciernych po

zastoso-waniu technologii opracowanej w INOP

wy-dłuży się

2-3-krotnie.

2.

MATERIAŁY

I METODY BADAWCZE

Badania

właściwości

tribologicznych

sma-rów

stałych zostały

przeprowadzone w INOP,

z wykorzystaniem dwóch rodzajów testerów

tri-bologicznych i z zastosowaniem parametrów

zesta-wionych w ta b. l. N a podstawie

badań

i analiz

tribologicznych

zostały określone właściwości

tar-ciowe smarów

stałych.

oj solid lubricants. Extension the service lives oj

tribological systems has been attained through the

use oj high-temperature solid lubricants -

HTSL

(such as MoSz, WSz, h- BN, BaF2, CaF2. WSe2).

In this work are presented the results oj

in-vestigations which seek a decrease in the friction

coefficient and in the wear oj parts oj machines

working at high temperatures. It was assumed

that the service life oj frictional components would

expand 2-3 times ajter applying the technology

developed at INOP.

2. RESEARCH MATERIALSAND METHODS

Tests oj the tribological properties oj solid

lubricants were perjormed at INOP, using two

kinds oj tribological testers and with the use oj

the parameters listed in Tab

l.

On the basis oj

the tests and tribological analysis, the frictional

properties oj the solid lubricants were determined.

Tab.l. Zastosowane parametry testu tribologicznego T a b. l. Applied parameters oJ t he tribological test Testery l Testers

Próbka l Disc

Przeciwpróbka l Bali (010mm) Temperatura l Temperature

Siła l Load

Prędkość l RPM (sliding speed)

Materiałem

badanym

była

stal X37CrMo VS-1,

stopowa

stal

narzędziowa

do pracy na

gorąco

o

dużej hartowności

i

odporności

na

odpuszcza-nie, odporna na

szok

termiczny

,

odpowiednia do

azotowania.

N a testerach: T

-l O

(skojarzenie

pary

trącej

typu kula

-

tarcza) i T-21 (wysokotemperaturowy

tester tribologiczny w

układzie

skojarzeniowym

typu kula

-

tarcza)

zostały

zbadane cechy

tribo-logiczne smarów

stałych; wpływ

dodatku grafitu

i temperatury na ich

właściwości.

Submikrometryczna

struktura

smarów

sta-łych

otrzymana

została

w procesie

m

ec

hanic

z

-nej clelamina

cj

i z

wykorzystaniem

te

c

hnologii

T-10, T-21 1- WCL (X37CrMo VS-1) -a-Al203 23°C, 300°C,

soooc

lON 106 rpm (O, 1 m/s)

The tested material was X37CrMo VS-1

steel,

a tool alloy for hot wark, having high

harden-ability and temper resistance, resistant to thermal

shock, appropriate

jor nitriding

.

The tribological traits oj t he solid lubricants

and the influence oj the addition oj

graphi

te and

temperature on their properties were tested on

t he T-1 O (

association oj a ball-on -disc friction pair)

and T-21

(high-temperature

tribological tester

with a ball-disc type associative system) testers.

The

sub-micrometric

structure oj the

solid

lubri

ca

nts was obtained

in a

pro

cess

oj

mecha-nical delamination using Rolling

C

leava

ge

T

ec

hno-Lijewski M., Leshchynsky V.: Impregnacja smarami stałymi i zastosowanie wysokotemperaturowych części proszkowych.

Application oj high temperature solid lubricants for impregnation oj Pl M par ts 137

Rolling Cleavege Technology

(RCT). Metoda

reali-zowana jest w oparciu o

aparaturę opracowaną,

skonstruowaną

i

wykonaną

w INOP.

Urządze­

niem

służącym

do clelaminacji

cząstek

smarów

stałych była

nagniatarka proszkowa NP-1.

Pro-szek smaru

stałego

po procesie mechanicznego

rozdrabniania

został

poddany

także wyżarzaniu

rekrystalizacyjnemu. BadaniaSEM wykonano za

pomocą

mikroskopu FEI-INSPECT -S z

przystaw-ką

EDSEDAX, w INOP.

3. WYNIK

BADAŃ

I ICH ANALIZA

3.1. Technologia modyfikacji struktury smarów

stałych

(metoda

Rolling Cleavage

Techno-logy- RCT)

Metoda mechanicznego wytwarzania

nano-warstwowych

cząstek

smarów

stałych

znacznie

zwiększa wydajność

smarowania

modyfikowa-nych

materiałów,

w których powstaje

miesza-nina nano- i

mikrocząstek,

które

ulegają

stop-niowemu rozwarstwianiu w warunkach tarcia.

Z uwagi na fakt,

że

molekularne zachowanie

grafenapodobnych

nanocząstek

zapewnia lepsze

smarowanie

i

mniejsze

zużycie

par

trących,

istot-nym staje

się

tworzenie

cząstek

o frakcji

metrycznej. Struktura grafenapodobnych

nano-i

mikrocząstek

(submikrometryczna)

charakte-ryzuje

się większą powierzchnią właściwą,

w

prze-ciwieństwie

do

zamkniętych

struktur

fulereno-wych. W efekcie

powstają

zdecydowanie

korzyst-niejsze warunki do tworzenie

się

stabilnych

ukła­

dów

smarujących.

N a rys. 1-5

zostały

przedstawione

zdjęcia

SEM badanych proszków smarów

stałych.

Z uwagi

na

właściwości i budowę strukturalną,

proce-sowi mechanicznej clelaminacji

zostały

poddane

smary MoS

2

i WS2 (rys.

1-2). Pozostałych

ma-teriałów

(rys. 3-5), z uwagi na ich

właściwości

i budowę strukturalną,

nie

można było poddać

procesowi RCT.

logy (RCT). The method is implemented based on

equipment developed, constructed, and produced

at INOP. The device used for delamination oj

particles oj solid lubricants was the NP-1

pow-der burnisher. The solid lubricant powpow-der

jol-lowing the mechanical process oj diminution was

also subjected to recrystallization annealing. SEM

tests were performed using an FEI-INSPECT-S

microscope with an EDSEDAX attachment at

INOP.

3. STUDY RESULTS AND ANALYSIS

3.1. Technology of modifying solid lubricants'

structures (Rolling Cleavage Technology

-RCT)

The method oj mechanical production oj

nano-layer particles oj solid lubricants

signifi-cantly increases the effectivenes

s

oj lubrication

oj modified materials, in which there forms a

mix-ture oj nano- and micro-particles which

under-go gradual delamination under the conditions

oj fri

c

tion. Due to the fact that the molecular

behavior oj graphene-like nanoparticles ensure

s

better lubrication and les

s

wear oj friction pair

s

,

the creation oj particles with a nanometric

frac-tion becomes important. The (sub-micrometric)

structure oj graphene-like nano- and

micro-particles exhibit

s

a greater proper surface area,

unlike closed fullerene structures. In effect, there

arise decidedly more favorable conditions for

the

c

reation oj stabl

e

lubricating

s

y

s

tems.

SEM photographs oj the tested

s

olid

lubri-cant powders are presented in Fig. 1-5. Due to

prop

e

rties and structure,th

e

MoS

2

and WS

2 s

o-lid lubricant

s

were subjected to the mechanical

delamination proce

ss

(Fig.

1-2).

The remaining

materials (Fig. 3-5) could not be subjected to

the RCT process due to their properties and

struc-tures.

Lijcwski M., Lcshchynsky V.: Appłication oj high temperature solid lubricants for impregnation of P/M parts.

140 Impregnacja smarami stałymi i zastosowanie wysokotemperaturowych części proszkowych

łego.

Metoda ta posiada

możliwość stałej

kon-troli

wielkości cząstek powstałej

struktury.

Re-zultatem jest wytworzenie

cząstek

grafenapo-dobnych o

wielkości

150-200

nm i

grubości

30-50

nm. Analiza otrzymanego

materiału

poz-woliła

na

określenie ilości

wytworzonych

nano-cząstek.

Szacuje

się

ze

udział

struktury nano

wy-nosi

15-20%

całej objętości. Pozostałe cząstki

mają strukturę mikrometryczną.

Na

zdjęciach

SEM widoczne

są

wytworzone aglomeraty

na-nocząstek

grafenopodobnych, warstwowanych

(rys.

2).

Proces RCT powoduje generowanie

nano-cząstek

w modyfikowanym materiale.

N a rys. 3 przedstawiono proszek grafitu.

W tym przypadku ultradrobny proszek grafitu

nie

został

poddany procesowi RCT. Na

zdjęciach

SEM (rys. 3) obserwuje

się strukturę nanocząstek.

Widoczne

są

nanometryczne, warstwowe

struk-tury,

ułożone

równolegle. Taka forma grafitu

uważana

jest za

strukturę dwuwymiarową.

Wza-jemne

ułożenie

warstwowych struktur grafitu

umożliwia

przemieszczanie

się płaszczyzn wzglę­

dem siebie w

węźle

tribologicznym.

Dzięki

ta-kiemu za

c

howaniu

następuje

zmniejszenie

war-tości współczynnika

tarcia

określonych

par

tri-bologicznych, w których za

s

tosowano grafit jako

smar.

3.2. Badania tribologiczne

Tak przygotowane nano- i

mikrocząstki

smarów

stałych zostały

poddane badaniom

właś­

ciwości

tribologicznych. Badania

pozwoliły

na

określenie wpływu

rodzaju smaru

stałego,

tem-peratury i dodatku grafitu na

właściwości

tar-ciowe

węzłów.

Na rys. 6 przedstawiono

przyk-ładowe zależności wartości współczynnika

tarcia

w funkcji drogi tarcia dla

określonych

smarów

.

W przypadku grafitu, zastosowanego jako

do-datek do smaru

stałego,

zaobserwowano

, że

po-woduje on

zwiększenie

zakresu pracy

środka smarującego.

Smar

stały

WS2 jest przeznaczony

do pracy w

podwyższonej

temperaturze

(550-6000C).

Natomiast zakres pracy MoS

2

jest

ogra-niczony, ze

względu

na

właściwości utleniające,

do

350

°

C.

Dodatek grafitu powoduje

wydłuże­

nie zakresu pracy par trib

o

logic

z

nych. Wyniki

badań dowodzą słuszności

two

rze

nia m

iesza

nin

lid lubricant. This method possesses the option

oj constant eontroi oj t he partide size oj the

Jor-med structure. The result is the creation oj

gra-phene-like particles with a size oj 150-200 nm

and a thickness oj 30-50 nm. Analysis oj the

obtained material allowed determination oj the

number oj nanoparticles created.

It

is estimated

that the nano share oj the structure is 15-20%

oj the tata! volume. The remaining particles have

a micrometric structure. The produced

agglo-merates oj layered, graphene-like nanoparticles

are visible in the SEM photographs (Fig.

2).

The

RCT process causes the generation oj

nanopar-ticles in the material being modified.

The graphite powder is presented in Fig.

3.

In this case, the ultra-fine graphite powder was

not subjected to the RCT process. The structures

oj the nanoparticles can be observed in t he SEM

photographs (Fig. 3). Nanometric, layered

struc-tures, arranged in parallel, are visible. This form

oj graphite can be considered a two-dimensional

structure. The mu tu al arrangement oj layer

struc-tures oj graphite allows the movement oj jaces

relative to each other in the tribological nade.

Thanks to this behavior, there occurs a decrease

in t he values oj th

e

friction coefficient

s

oj

s

peci-fied tribological pairs in which the graphite wa

s

used as a lubri

c

ant.

3.2. Tribological tests

Thus prepared, the nano- and micro-particle

s

oj solid lubricants were subjected to tests oj

tri-bological properties The tests made it pos

s

ible to

det

e

rmine the influence oj the type oj

s

olid

lub-ricant, temperature

,

and addition oj graphite on

the friction prop

e

rtie

s

oj nodes. Samp/e r

e

lation

s

oj t he value oj the friction coefficient as a

Junc-tion oj the fri

c

tion path Jor selected lubri

c

ants

are shown

if

Fig. 6. In t he ca

s

e oj graphit e, used

a

s

an addition to the

s

olid lubricant, it was

no-ted that it cau

s

es an increase in the range oj

wark oj the lubricating agent

.

The WS2

s

olid

lub-ricant is intended Jor wark at increa

s

ed

tempera-tures (5500C-600°C). However, the range oj wark

oj MoS

2

is limited

,

due to oxidizing properties

,

to

350'

'

C. The addition oj graphite cau

s

e

s

an

exten-sion oj th

e

ran

ge

oj work oj tr

i

bologi

c

al pair

s

. Th

e

r

es

ult

s

o

j t h

e

t

es

t

s

p

r

ov

e

t h

e

validit

y

o

j

cre

atin

g

Lijewski M., Leshchynsky V.: Impregnacja smarami stałymi i zastosowanie wysokotemperaturowych części proszkowych. Obróbka Plastyczna Metali vol. XXVI nr 2 (2015), s. 133-146.

MoS2 + grafit / graphite WS2 + grafit / graphite

Droga tarcia [m] / Distance [m]

W sp ó łc zyn n ik tar ci a Co ef fic ien t o f f ri ct io n

Droga tarcia [m] / Distance [m]

W sp ó łc zyn n ik tar ci a Co ef fic ien t o f f ri ct io n WS2 + grafit / graphite

+ grafit / graphite + grafit / graphite Temperatura o_{C / Temperature} o_C W sp ó łc zyn n ik tar ci a / Co ef fic ien t o f f ri ct io n

144 Impregnacja smarami stałymi i zastosowanie wysokotemperaturowych części proszkowych

LITERATURA

[l] Lawrawski Z.: Bezobsługowe łożyska §lizgowe. Poli-technika Wrocławska, Wrocław 2006.

[2l Zwierzycki W.: Oleje i smary przemysłowe. Rafmeria Nafty "Giimar" S.A. w Gorlicach, Instytut Technologii Eksploatacji w Radomiu 1999.

[ 3

l

Leshchynsky V., Ignatiev M., Wiśniewska-W einert H., Borowski

J.,

Rybak T., Dobrovnik I.: Forging tools modification with graphene-like solid lu brieant nano-particles. fournal oj Achievements in Materia/s and Manufacturing Engineeringvol. 43 November (2010), s. 341-348.

[ 4 l Lijewski M., Leshchynsky V., Wiśniewska-W einert H., Sulej-Chojnacka

J.,

Rybak T.: iron and bronze paw-dered based materia/s for bearings with surface mo-dified with solid lubricant nanoparticłes. Archives oj Metallurgy and Materia/s. Archives oj Metallurgy and Materia/s vol. 59 no. l (2014), s. 251-255. [5] Wiśniewski T., Rybak T., W endland J., Majcl1rzak W.,

Leshchynsky V.: Spiekane tuleje proszkowe samosmar-nego łożyska ślizgowego o zmodyfikowanych właści­

wo.<ciach. Obróbka Plastyczna Metali t. XXI nr l (20 10), s. 53-64.

[ 6

l

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

Wpływ procesu azotowania i modyfikacji warstwy wierzchniej nanokompozytem smarów stałych na

właściwości tribologiczne i trwałość części układów

pracujących w trudnych warunkach eksploatacyjnych.

Obróbka Plastyczna Metali t. XXII nr 3 (2011),

s. 163-176.

[7] Tenne R.: Advances in the Synthesis ofinorganic Nano -tubes and Fullerene-Like Nanoparticles. Angewandte Chemie- International Edition vol. 42 no. 3 November (2003), s. 5124-5132.

[8] Lijewski M., Leshchynsky V., Wiśniewska-Weinert H.,

Sulej-Chojnacka

J.:

Wpływ submikrometrycznych cząs­

tek smarów stałych w warstwie wierzchniej czrści pra

-cujących w podwyższonych temperaturach na właś­

ciwości tribologiczne. Triboiagia R. 45 nr 3 (2014),

s. 119-130.

[9] Sulej-Chojnacka J., Leshchynsky V.,. Lijewski M,

Ziółkiewicz S.: Ocena i analiza impregnowanych ukła­

dów tribologicznych pracujących w podwyższonych

temperaturach. Tribalagia R. 45 nr 4 (2014), s.

113-123.

[10] Berthier Y., Godet M., Brendle M.: Velocity

Accommodation in Friction. Tribology Transactions

vol. 32 no. 4 ( 1998), s. 490-496.

[ 11] Wisniewska-W einert H.: Friction and wear oj porous

sliding bearings at high temperature. Influence oj MoS2 nanoparticle solid lubricant. Powder Metallurgy and Metal Ceramics vol. 52 no. 7-8 (2013), s. 424-430. [12] Cizaire L., Vacher B., Le Mogne T., Martin J.M.,

Rapaport L., Margalin A., Tenne R.: Mechanisms oj

ultra-low friction by Hhllow inorganic fullerene-like

MoS2 nanoparticles. Surface and Coatings Technology

vol. 160 no. 2-3 (2002), s. 282-287.

REFERENCES

[l] Lawrawski Z.: Bezobsługowe łożyska ślizgowe. Foli-technika Wrocławska, Wrocław 2006.

[2] Zwierzycki W.: Oleje i smary przemysłowe. Rafineria Nafty "Glimar" S.A. w Gorlicach, instytut Technologii Eksploatacji w Radomiu 1999.

[3] Leshchynsky V, lgnatiev M., Wiśniewska-Weinert H.,

Borowski /., Rybak T., Dobrovnik 1.: Forging tools modification with graphene-like solid lubricant nano-particles. fournal oj Achievements in Materia/s and Manufacturing Engineering vol. 43 November (2010),

pp. 341-348.

{4] Lijewski M., Leshchynsky V, Wiśniewska-Weinert H.,

Sulej-Chojnacka /., Rybak T.: Iron and bronze paw-dered based materialsfor bearings wit h surface mo-dified with solid lubricant nanoparticles. Archives oj Metallurgy and Materia/s. Archives oj Metallurgy and Materials vol. 59 no. 1 (2014), pp. 251-255. [5] Wi.<niewski T., Rybak T., W endland J, Majchrzak W.,

Leshchynsky V.: Sintered powder sleeves oj a self-lubricating slide bearing with modified properties. Obróbka Plastyczna Metali vol. XXI no. l (2010),

pp. 53-64.

[6} Lijewski M., Wiśniewski T., Janczak M., Leshchynsky V:

An influence oj nitriding and nanocomposite solid lubricant processing on the tribological propertfes and lifetime oj sliding components working under

severe conditions. Obróbka Pfustyczna Metali vol.

XXJI no. 3 (2011), pp. 163-176.

[7] Tenne R: Advances in the Synthesis ofinorganic Nano

-tubes and Fullerene-Like Nanoparticles. Angewandte

Chemie - International Edition vol. 42 no. 3 November (2003), s. 5124-5132.

{8} Lijewski M., Leshchynsky V., Wiśniewska-Weinert H.,

Sulej-Chojnacka J.: Tnfluence oj sub-micrometric

solid lub-ricant partiefes in the surface layer oj parts

operating at high temperatures on the tribological properties. Tribologia vol. 45 no. 3 (2014), pp.

119-130 (article in Polish).

{9} Sulej-Chojnacka J., Leshchynsky V.,. Lijewski M,

Ziółkiewicz S.: Assessment and anałysis oj

impreg-nated tri balagical systems working at elevated tem

-peratures. Tribalagia vol. 45 no. 4 (2014), pp. 113-123 (article in Polish).

[l O] Berthier Y., Godet M., Brendle M.: V elacity Accommo

-dation in Friction. Tribology Transactions vol. 32 no. 4 (1998), pp. 490-496.

[11} Wisniewska-Weinert H.: Friction and wear oj porous

sliding bearings at high temperature. Influence oj

MoS2 nanoparticle solid lubricant. Powder Metallurgy and Metal Ceramics vol. 52 no. 7-8 (2013), pp. 424-430. [12} Cizaire L., Vacher B., Le Mogne T., Martin J.M.,

Rapaport L., Margalin A., Tenne R.: Mechanisms oj

ultra-low friction by Hhllow inorganic fullerene-like MoS2 nanoparticles. Surface and Coatings Technology

vol. 160 no. 2-3 (2002}, pp. 282-287.

Lijewski M., Leshchynsky V.: Impregnacja smarami stałymi i zastosowanie wysokotemperaturowych części proszkowych. Obróbka Plastyczna Metali vol. XXVI nr 2 (2015), s. 133-146.

Application oj high temperature solid lubricants for impregnation oj Pl M par ts 145

[ 13] Leshchinsky V., Alyoshina E., Lvovsky M., Volovik Y., Lapsker I., Tenne R., Rapoport L.: Jnorganic nano-particle impregnation oj self lubricated materials. International Journal oj Powder Metallurgy vol. 38

no. 5 (2002), s. 50-57.

[13] Leshchinsky V., AlyoshinaE., LvovskyM., Volovik Y.,

Lapsker J., Tenne R., Rapaport L.: Jnorganic nano-particle impregnatżon oj self lubricated materials. International Journal oj Powder Metalłurgy vol. 38 no. 5 (2002), pp. 50-57.

Lijcwski M .. Lcshchynsky V.: Appłication oj high temperature solid lubricants for impregnatlon of P/M parts. Obróbka Plastyczna Metali vol. XXVI no. 2 (2015), pp. 133-146.