WPŁYW POLA ELEKTRYCZNEGO NA TARCIE WYBRANYCH ELASTOMERÓW PO STALI W ŚRODOWISKU SILNIKOWYCH OLEJÓW BAZOWYCH

Podobne dokumenty
T R I B O L O G I A 97

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

WPŁYW DODATKU NA WŁASNOŚCI SMAROWE OLEJU BAZOWEGO SN-150

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

Wpływ dodatku Molyslip 2001E na właściwości. przeciwzużyciowe olejów silnikowych

Badania tribologiczne dodatku MolySlip 2001G

QUASI-ELEKTROREOLOGICZNE WŁAŚCIWOŚCI WYBRANYCH SILNIKOWYCH OLEJÓW BAZOWYCH

WPŁYW WYBRANYCH SMAROWYCH PREPARATÓW EKSPLOATACYJNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH PODCZAS TARCIA ZE STALĄ

Łódź, maja 1997 r. WPŁYW RODZAJU DODATKU USZLACHETNIAJĄCEGO OLEJ NA PRZEBIEG PROCESU SAMOSMAROWANIA ŁOŻYSKA POROWATEGO

OCENA WPŁYWU POTENCJAŁU ELEKTRYCZNEGO INDUKOWANEGO W UKŁADZIE MIĘDZYFAZOWYM OBRACAJĄCY SIĘ WAŁ OLEJ USZCZELNIENIE WARGOWE NA MOMENT HAMUJĄCY

MASZYNA MT-1 DO BADANIA WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNYCH ZE ZMIANĄ NACISKU JEDNOSTKOWEGO

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2 W OBECNOŚCI PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO O DZIAŁANIU CHEMICZNYM

WPŁYW UKSZTAŁTOWANIA STRUKTURY GEOMETRYCZNEJ POWIERZCHNI STALI NA WSPÓŁCZYNNIK TARCIA STATYCZNEGO WSPÓŁPRACUJĄCYCH MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

WPŁYW NIEKONWENCJONALNYCH DODATKÓW: α BN, SFR I POLY TFE NA WŁAŚCIWOŚCI SMARNOŚCIOWE I REOLOGICZNE OLEJU BAZOWEGO

DIAGNOSTYKA INTENSYWNOŚCI ZUŻYCIA OLEJU SILNIKOWEGO W CZASIE EKSPLOATACJI

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2

WPŁYW PALIWA RME W OLEJU NAPĘDOWYM NA WŁAŚCIWOŚCI SMARNE W SKOJARZENIU STAL ALUMINIUM

Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania. Wprowadzenie do techniki tarcie ćwiczenia

WPŁYW WILGOTNOŚCI I TEMPERATURY POWIETRZA NA WSPÓŁCZYNNIK TARCIA STATYCZNEGO WYBRANYCH PAR ŚLIZGOWYCH METAL POLIMER

ON INFLUENCE OF DIESEL OIL SORT ON FRICTION AND WEAR PROCESSES Tarkowski Piotr, Paluch Roman Katedra Pojazdów Samochodowych Politechnika Lubelska

Ewidentne wydłużenie czasu eksploatacji maszyn i urządzeń w przemyśle w wyniku zastosowania produktów z grupy Motor-Life Professional

BADANIA NAD MODYFIKOWANIEM WARUNKÓW PRACY ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH POLIAMIDU PA6 I MODARU

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ STALI MODYFIKOWANEJ BOREM W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

BADANIA WPŁYWU PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO O DZIAŁANIU CHEMICZNYM NA WŁASNOŚCI SMARNE OLEJU OBIEGOWEGO STOSOWANEGO W SILNIKACH OKRĘTOWYCH

PL B1. Politechnika Białostocka,Białystok,PL BUP 16/02. Roman Kaczyński,Białystok,PL Marek Jałbrzykowski,Wysokie Mazowieckie,PL

Badania tribologiczne ślizgowych węzłów obrotowych z czopami z powłoką TiB 2

iglidur G Ekonomiczny i wszechstronny

OCENA ODDZIAŁYWAŃ POMIĘDZY EKOLOGICZNYM DODATKIEM SMARNYM I DODATKAMI PRZECIWUTLENIAJĄCYMI W SYNTETYCZNEJ BAZIE OLEJOWEJ

Badania tribologiczne poprzecznych łożysk ślizgowych z wykorzystaniem mikro-rowków smarnych

ANALIZA PORÓWNAWCZA WŁASNOŚCI SMARNYCH OLEJU MASZYNOWEGO AN-46 PRZED I PO PROCESIE EKSPLOATACJI

WPŁYW PROMIENIOWANIA ULTRAFIOLETOWEGO NA LEPKOŚĆ OLEJÓW SMAROWYCH

BADANIA WPŁYWU PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO O DZIAŁANIU CHEMICZNYM NA WŁAŚCIWOŚCI SMARNE OLEJU TITAN TRUCK PLUS 15W40 STOSOWANEGO W SILNIKACH OKRĘTOWYCH

TRIBOLOGICZNE WŁAŚCIWOŚCI STALI Z BOREM W WĘZŁACH CIERNYCH SMAROWANYCH OLEJAMI SILNIKOWYMI

NUMERYCZNA ANALIZA ROZKŁADÓW NACISKU WYSTĘPUJĄCYCH W STANDARDOWYCH WĘZŁACH TRIBOLOGICZNYCH

PORÓWNANIE SKUTECZNOŚCI DZIAŁANIA WYBRANYCH BIODODATKÓW I KLASYCZNEJ WIELOFUNKCYJNEJ SUBSTANCJI USZLACHETNIAJĄCEJ

OCENA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH POWŁOK UZYSKANYCH DROGĄ METALIZACJI NATRYSKOWEJ

INVESTIGATION OF INFLUENCE OF UTILIZATION DEGREE OF THE SYNTETIC MOTOR OIL ON FRICTIONAL PARAMETERS

PL B1. Uniwersytet Śląski w Katowicach,Katowice,PL BUP 20/05. Andrzej Posmyk,Katowice,PL WUP 11/09 RZECZPOSPOLITA POLSKA

LABORATORIUM PKM. Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

Podstawy Konstrukcji Maszyn

Q = 0,005xDxB. Q - ilość smaru [g] D - średnica zewnętrzna łożyska [mm] B - szerokość łożyska [mm]

WSPÓŁODDZIAŁYWANIE DODATKÓW TECHNOLOGICZNYCH ZAWARTYCH W OLEJACH HANDLOWYCH Z PREPARATEM EKSPLOATACYJNYM O DZIAŁANIU CHEMICZNYM

1. Obliczenia wytrzymałościowe elementów maszyn przy obciążeniu zmiennym PRZEDMOWA 11

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH SMARU PLASTYCZNEGO MODYFIKOWANEGO PROSZKIEM PTFE I MIEDZI

iglidur J Na najwyższych i na najniższych obrotach

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. Ignacego Łukasiewicza. Ćwiczenie nr 4

iglidur M250 Solidny i wytrzymały

iglidur W300 Długodystansowy

WPŁYW WYBRANYCH DODATKÓW TYPU CHO NA WARTOŚĆ NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO BAZOWEGO OLEJU NAPĘDOWEGO CON

12/ Eksploatacja

WPŁYW PARAMETRÓW RUCHOWYCH TARCIA NA MIKROTWARDOŚĆ WYBRANYCH POLIMERÓW ŚLIZGOWYCH

Poliamid (Ertalon, Tarnamid)

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

SMARY ŁOśYSKOWE FIRMY KLÜBER LUBRICATION

iglidur X Technologie zaawansowane

ANALIZA POWIERZCHNI ŚLADÓW TARCIA PO TESTACH W OBECNOŚCI KOMPOZYCJI SMAROWYCH Z DODATKIEM ADHEZYJNYM

BADANIE WPŁYWU DODATKU PANTHER 2 NA TOKSYCZNOŚĆ SPALIN SILNIKA ZI

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

OCENA ODPORNOŚCI NA UTLENIANIE ORAZ WŁAŚCIWOŚCI SMARNYCH KOMPOZYCJI OLEJU ROŚLINNEGO

BIOTRIBOLOGIA. Wykład 1. TRIBOLOGIA z języka greckiego tribo (tribos) oznacza tarcie

PRZYROST ENERGII WEWNĘTRZNEJ GUMY PODCZAS PROCESU TARCIA

WPŁYW NACISKU JEDNOSTKOWEGO NA WSPÓŁCZYNNIK TARCIA STATYCZNEGO WYBRANYCH PAR ŚLIZGOWYCH METAL POLIMER

BADANIA PORÓWNAWCZE PAROPRZEPUSZCZALNOŚCI POWŁOK POLIMEROWYCH W RAMACH DOSTOSOWANIA METOD BADAŃ DO WYMAGAŃ NORM EN

KOMPOZYTY NA BAZIE ŻYWICY FENOLOWO- FORMALDEHYDOWEJ O ZADANYCH WŁAŚCIWOŚCIACH TRIBOELEKTRYCZNYCH

WPŁYW BIODODATKÓW OTRZYMANYCH Z ODPADOWYCH PRODUKTÓW RAFINACJI OLEJU RZEPAKOWEGO NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE ESTROWEGO OLEJU SMAROWEGO

POPRAWA CHARAKTERYSTYK TRIBOLOGICZNYCH POLIMEROWO- -METALOWYCH WĘZŁÓW TARCIA Z WYKORZYSTANIEM MODYFIKOWANYCH POROMERYCZNYCH POWŁOK POLIMEROWYCH

Pierścienie uszczelniające wałki obrotowe typu A, AH, AOH, AO, AD, AOD, AE, AF, AOF

MOTUL MOTOR OIL Środki smarne do samochodów i motocykli zabytkowych

Temat ćwiczenia. Pomiary otworów na przykładzie tulei cylindrowej

Analiza trwałości eksploatacyjnej oleju silnikowego

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY KATEDRA TECHNOLOGII POLIMERÓW

INVESTIGATIONS OF BOUNDARY FRICTION OF USED MOTOR OIL IN CONDITION OF VARIABLE LOAD

OPORY W RUCHU OSCYLACYJNYM MECHANIZMÓW MASZYN GÓRNICZYCH

WŁASNOŚCI ŚLIZGOWYCH WĘZŁÓW TARCIA Z NIEJEDNORODNYMI POWIERZCHNIAMI NATRYSKIWANYMI PLAZMOWO

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

Wpływ promieniowania na wybrane właściwości folii biodegradowalnych

Badania doświadczalne niestacjonarnego elastohydrodynamicznego (ehd) izotermicznego filmu olejowego

Hydrol L-HM/HLP 22, 32, 46, 68, 100, 150

WPŁYW RODZAJU CIECZY BAZOWEJ SMARÓW PLASTYCZNYCH NA ZUŻYCIE ZMĘCZENIOWE MODELOWEGO WĘZŁA TARCIA

FRICTION PROCESSES OF SELECTED POLYMERS SLIDING ON STEEL AND DURALUMIN IN A LUBRICANT ENVIRONMENT

BADANIA TRIBOLOGICZNE KOMPOZYTÓW POM Z WŁÓKNEM ARAMIDOWYM I Z PROSZKIEM PTFE WSPÓŁPRACUJĄCYCH ZE STALĄ

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 9

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

SMAROWANIE PRZEKŁADNI

ZASTOSOWANIE TESTERA T-05 DO BADAŃ ZUŻYCIA

WPŁYW MODYFIKACJI OLEJU NANOCZĄSTECZKAMI MIEDZI NA JEGO EFEKTYWNOŚĆ SMAROWANIA

OCENA WŁASNOŚCI SMARNYCH WYBRANYCH ŚRODKÓW SMAROWYCH STOSOWANYCH W EKSPLOATACJI URZĄDZEŃ DŹWIGOWYCH

Pierwszy olej zasługujący na Gwiazdę. Olej silnikowy marki Mercedes Benz.

BIOTRIBOLOGIA WYKŁAD 2

BADANIA EKSPERYMENTALNE POLIMEROWEGO ŁOŻYSKA SMAROWANEGO WODĄ OKRĘTOWEGO WAŁU ŚRUBOWEGO

Przedsiębiorstwo DoświadczalnoProdukcyjne spółka z o.o. w Krakowie AGROX. ekologiczne oleje i smary dla. ROLNICTWA i LEŚNICTWA

WPŁYW OLEJÓW SMAROWYCH NA WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWĄ STOPÓW ŁOŻYSKOWYCH

Badania doświadczalne wielkości pola powierzchni kontaktu opony z nawierzchnią w funkcji ciśnienia i obciążenia

LABORATORIUM PKM. Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

Łożyska ślizgowe - podstawowe rodzaje

Transkrypt:

3-2015 T R I B O L O G I A 21 Juliusz B. GAJEWSKI, Marek J. GŁOGOWSKI **, Wojciech WIELEBA *** WPŁYW POLA ELEKTRYCZNEGO NA TARCIE WYBRANYCH ELASTOMERÓW PO STALI W ŚRODOWISKU SILNIKOWYCH OLEJÓW BAZOWYCH THE EFFECT OF AN ELECTRIC FIELD ON THE FRICTION OF SELECTED ELASTOMERS AGAINST STEAL IN A MOTOR BASE OIL S ENVIRONMENT Słowa kluczowe: pin-on-disc, tarcie, pole elektryczne, olej bazowy, elastomer, dodatek uszlachetniający Key words: pin-on-disc, friction, electric field, base oil, elastomer, additive Katedra Inżynierii Kriogenicznej, Lotniczej i Procesowej, Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Polska, e-mail: juliusz.b.gajewski@pwr.edu.pl, tel. 71 320 32 01. ** Katedra Inżynierii Kriogenicznej, Lotniczej i Procesowej, Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Polska, e-mail: marek.glogowski@pwr.edu.pl, tel. 71 320 27 93. *** Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn i Tribologii, Politechnika Wrocławska, ul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, Polska, e-mail: wojciech.wieleba@pwr.edu.pl, tel. 71 320 2774.

22 T R I B O L O G I A 3-2015 Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki badań nad wpływem zewnętrznego stałego pola elektrycznego na współczynnik tarcia wybranych elastomerów podczas tarcia o powierzchnię stalową na stanowisku pin-on-disc. W celach porównawczych prowadzono także badania bez zewnętrznego pola elektrycznego. W badanym układzie stosowano próbki trzech różnych elastomerów, syntetyczne oleje bazowe PAG i PAO oraz ich mieszaniny z dodatkami uszlachetniającymi przeciwzatarciowym (ZDDP) i modyfikatorem tarcia (IRGALUBE F10A), a także stalowy przeciwelement.wybrane do badań elastomery stosowane są do wytwarzania uszczelnień wargowych. Stwierdzono, że zewnętrzne stałe pole elektryczne istotnie wpływa na współczynnik tarcia, a wielkość tego wpływu zależy od rodzaju elastomeru oraz oleju bazowego i jego mieszanin z dodatkami uszlachetniającymi. WPROWADZENIE Tarcie występujące w węźle tarcia, czyli przedmiotowym układzie międzyfazowym: próbka elastomeru olej przeciwelement stalowy ( pin-on-disc ) powoduje zużycie materiału i straty energii. Jednocześnie maleje ono wraz ze zmniejszaniem się lepkości oleju, co z kolei jest wyraźnie powiązane ze wzrostem temperatury oleju. Ten łańcuch zależności pokazuje, że temperatura oleju jest ważnym czynnikiem przyczyniającym się do zmian sił tarcia. Aby uzyskać zmniejszenie tarcia i jego skutki, stosuje się różne dodatki uszlachetniające i modyfikatory tarcia dodawane do olejów bazowych w procesie blendowania. Dodatki te są przeznaczone do poprawiania właściwości eksploatacyjnych olejów silnikowych, w tym zmniejszania tarcia i zużycia materiałów. Są to środki przeciwzużyciowe, antyutleniacze, detergenty, poprawiacze indeksu lepkości, inhibitory korozji i wiele innych. Niektóre z nich mają wpływ na właściwości fizyczne cieczy bazowych, inne dają skutek chemiczny.często wpływają nawzajem na siebie, dając skutek synergiczny. Niestety ich połączenie może także prowadzić do antagonistycznych reakcji, jakkolwiek są one obecnie silnie zmniejszane [L. 1, 2]. Te związki chemiczne tworzą złożone struktury i warstwy na powierzchniach metalowych. W normalnych, dynamicznych warunkach pracy występują silne odkształcenia, które powodują miejscowe zmiany gęstości materiału stałego i skutkują jego elektryzacją. W dodatku niejednorodność w budowie chemicznej materiału na powierzchni tarcia może przyczynić się do występowania zjawisk elektrochemicznych. W ten sposób pojawiają się mikro- i multielektrodowe układy elektrochemiczne, które są wewnętrznymi źródłami energii elektrycznej ściśle związanymi z przenoszeniem elektronów na granicy faz. Dlatego

3-2015 T R I B O L O G I A 23 też w procesie tarcia występuje triboelektryzacja, a pole elektryczne tworzy się niejako w sposób naturalny[l. 3]. Zewnętrzne stałe i zmienne pola elektryczne mają podobny wpływ na układ tribologiczny. Przenoszenie ładunku może zmieniać stan energetyczny całego układu międzyfazowego, włączając w to granicę faz. Energia elektryczna w obu przypadkach może odgrywać znaczącą rolę w tworzeniu się warstwy granicznej na powierzchni materiału. Wewnętrzne i zewnętrzne pola elektryczne również uporządkowują i wpływają na budowę podwójnych warstw elektrycznych lub warstw w przypadku odpowiednio roztworów lub układów typu koloidalnego. Zawsze na granicach faz między powierzchnią wału i filmem olejowym występuje różnica potencjałów. W warunkach statycznych różnica potencjałów przedstawia elektryczną warstwę podwójną. Podczas ruchu względnego i występowania tarcia w węźle warstwa podwójna ulega zaburzeniu, jak się sądzi, a miejscowa gęstość ładunku może być inna niż w innych miejscach i wpływać na budowę warstwy powierzchniowej. Dialkiloditiofosforan cynku (ZDDP) jest środkiem przeciwzużyciowym (antiwear AW) i antyulteniającym, a także inhibitorem korozji. Na smarowanych olejami komercyjnymi metalowych powierzchniach części maszyn współpracujących ślizgowo tworzy warstwę monomolekularną (jednocząsteczkową) we względnie niskiej temperaturze. Absorpcja chemiczna rozpoczyna się w podwyższonej temperaturze [L. 4]. Skład i grubość warstwy zależy od temperatury i intensywności procesu tarcia [L. 1, 5]. Modyfikator tarcia (frictionmodifier FM) jest dodatkiem modyfikującym właściwości tarciowe środka smarnego (tutaj oleju smarnego). W przypadku silnikowych środków smarnych i olejów przekładniowych jego podstawowymi funkcjami są: zmniejszenie tarcia, minimalizowanie zużycia i hałasu oraz obniżenie strat energii (mocy). W cieczach transmisyjnych i hydraulicznych modyfikatory tarcia ułatwiają włączenie i wyłączenie sprzęgieł i cięgien, aby zapewnić ich płynne i wolne od hałasu działanie [L. 6]. Dodatki FM są typowo polarnymi związkami chemicznymi mającymi wysokie powinowactwo do metalowych powierzchni i posiadającymi długie łańcuchy alkilowe. Organiczne FM są cząsteczkami o długich łańcuchach z niepolarnym łańcuchem węglowodorowym i polarną grupą końcową. Łańcuchy węglowodorowe rozciągają się do wnętrza oleju smarnego, podczas gdy polarne końcowe grupy albo adsorbują się fizycznie na powierzchni metalu, albo reagują z nią chemicznie. Łańcuchy kojarzą się ze sobą i z olejem smarnym w celu utworzenia trwałej warstwy smarnej. Na rozkład i trwałość warstw ZDDP występujących na metalowej powierzchni (tutaj stalowej) i na ich tribologiczne zachowanie mają wpływ natura samego ZDDP oraz polarność oleju bazowego. Stwierdzono mianowicie, że w przypadku niektórych mineralnych niepolarnych olejów bazowych dodanie

24 T R I B O L O G I A 3-2015 do nich polarnych cząsteczek ZDDP tworzy znacznie szybciej tribowarstwę i jest ona grubsza niż dla mieszanin ZDDP z syntetycznymi olejami polarnymi [L. 7]. Właściwość ZDDP zwiększa prawdopodobieństwo, że w przypadku niepolarnego oleju bazowego więcej cząsteczek ZDDP dotrze do stalowej powierzchni. Jest to związane z lepszą rozpuszczalnością ZDDP w tego typu oleju [L. 8]. Takie zachowanie się mieszanin ZDDP z olejami bazowymi może ułatwić tłumaczenie określonego ich zachowania się w warunkach dynamicznych. Oleje bazowe należące do tej samej grupy, np. syntetyczne polarne i niepolarne, różnią się między sobą składem chemicznym w zależności od producenta, co powoduje, że jakakolwiek analiza lub wyjaśnianie różnych zjawisk jest trudne. Dlatego brakuje jak dotąd ogólnej, spójnej teorii na temat zjawisk i ich mechanizmów, wzajemnych oddziaływań, elektryczności statycznej, elektro- i tribochemii istniejących w układach międzyfazowych podobnych do będących przedmiotem prezentowanych tutaj badań. Jak dotąd analiza literatury przedmiotu i dyskusje prowadzone podczas konferencji naukowych dotyczących rozważanego przedmiotu badań nie dają jednoznacznych odpowiedzi na pytania o przebieg rzeczywistych procesów i zjawisk oraz mechanizmów nimi rządzących, szczególnie w warunkach dynamicznych. Badania nad tworzeniem się tribowarstw na powierzchni par ślizgowych elastomer metal w obecności różnych olejów komercyjnych bazowych oraz z dodatkami uszlachetniającymi i ich wyniki nie dają wprost ich właściwej interpretacji i możliwości wyciągania wniosków dotyczących zjawisk zachodzących w przedmiotowym węźle tarcia, czyli układzie międzyfazowym: elastomer olej stalowy element współpracujący. STANOWISKO BADAWCZE Na Rysunku 1 pokazano schemat stanowiska do badań tribologicznych na bazie tribometru T 01 M. Próbkę elastomeru (1) umieszczano w oprawce (2) na przeciwelemencie stalowym (3), który znajduje się na wrzecionie (4). Jest on mocowany do wrzeciona za pomocą śruby mocującej (5). Obrotowi ramienia przeciwdziała czujnik siły (10) zamocowany do obudowy stanowiska. Został on umieszczony w kierunku działania siły tarcia. W skład stanowiska wchodzą także falownik (11), wyłącznik bezpieczeństwa (12), rejestrator (13) siły tarcia oraz kamera cyfrowa (14).

3-2015 T R I B O L O G I A 25 Rys. 1. Stanowisko badawcze do badań tribologicznych na bazie tribometru T 01M. Opis w tekście Fig. 1. Tribotester fortribological tests based on the tribometer T 01 M. Description in the text METODA POMIAROWA Badania współczynnika tarcia i zużycia elastomerów w warunkach bez pola elektrycznego i z wymuszonym stałym zewnętrznym polem elektrycznym przeprowadzono w układzie pin-on-disc, którego schemat przedstawiono na Rysunku 2. Próbki badanych materiałów elastomerowych w kształcie sworznia o średnicy 6 mm wykonano z prefabrykatów. Podczas badań próbki współpracowały ślizgowo z tarczą wykonaną ze stali C45 o twardości HRC 58 i chropowatości R a = 0,3 µm. Przed pomiarami każdą próbkę elastomerową docierano na tribometrze z takim samym obciążeniem, jakie występowało pod-

26 T R I B O L O G I A 3-2015 czas właściwych badań. Smarowanie odbywało się za pomocą nasączonej środkiem smarnym filcowej płytki. Rys. 2. Schemat pary ślizgowej typu sworzeń tarcza: 1 próbka polimerowa, 2 wirująca stalowa tarcza Fig. 2. Schematic of the friction pair of a pin-disc type: 1 polymer sample, 2 rotating steel disc W celu przeprowadzenia badań, w których między elastomerową próbką i tarczą wytwarzano stałe pole elektryczne, uchwyt próbki odseparowano galwanicznie od pozostałych metalowych części tribometru i podłączono do niego dodatni biegun zasilacza, a ujemny biegun zasilacza podłączono za pomocą węglowej szczotki do wirującej tarczy. Układ zasilany był napięciem o wartości U = 500 V. Ze względu na ograniczoną wytrzymałość elektryczną węzła tarcia: elastomerowa próbka olej tarcza nie można było zastosować wyższego napięcia. Na podstawie badań wstępnych przyjęto, że siła nacisku będzie wynosić F n = 9,81 N, prędkość ślizgania υ = 1 m/s, a droga tarcia s = 1000 m. Dla każdej pary ciernej badania powtarzano 5-krotnie, co daje łącznie 5000 m drogi tarcia. MATERIAŁY Badania intensywności zużycia i współczynnika tarcia przeprowadzono dla trzech różnych elastomerów stosowanych na ruchowe uszczelnienia techniczne. Próbki elastomerowe oznaczono następująco: 70F wykonane z gumy na bazie kauczuku fluorowego (FPM), 70SI wykonane z gumy na bazie kauczuku metylo-winylo-silikonowego (MVQ), 70A wykonane z gumy na bazie kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego (NBR).

3-2015 T R I B O L O G I A 27 Do smarowania zastosowano następujące bazowe syntetyczne oleje silnikowe (Tabela 1) i ich mieszaniny z dodatkami AW (antyzużyciowy) i FM (modyfikator tarcia): PAO6 olej bazowy czysty oraz mieszanina z 0,5% AW i z 0,5% FM, PAG ROKOLUB 68 olej bazowy czysty oraz mieszanina z 0,5% AW i 0,5% FM. Do bazowych olejów dodawano: dialkiloditiofosforan cynku (ZDDP), który charakteryzował się następującymi cechami: lepkość kinematyczna odpowiednio 320 i 14 mm 2 s 1 w 40 i 100 C oraz zawartość fosforu 9,5% i cynku 10,6%, modyfikator tarcia IRGALUBE F10A, który charakteryzował się lepkością kinematyczną 400 mm 2 s 1 w 40 C. Oba dodatki mają szerokie zastosowanie w olejach silnikowych i przekładniowych. Tabela 1. Specyfikacja badanych olejów Table 1. Specification of the oils tested Wielkości i jednostki PAG PAO Lepkość kinetyczna w 40 C w 100 C [mm 2 s 1 ] 56,4 10,5 30,2 5,8 Wskaźnik lepkości [ ] 176 138 Gęstość w 15 C [kg m 3 ] 990 w 20 C 825 Rezystywność w 40 C w 100 C [Ω m] 1,3 10 7 3,5 10 6 2,6 10 11 6,4 10 10 Przenikalność elektryczna w 40 C w 100 C [ ] 5,8 5,1 1,9 1,9 WYNIKI BADAŃ I ICH DYSKUSJA Na Rysunkach 3 5 przedstawiono zależności współczynnika tarcia µ badanych elastomerów w obecności olejów bazowych z i bez dodatków uszlachetniających dla układu tribologicznego z naturalnym polem elektrycznym i wymuszonym stałym polem elektrycznym. Wyniki pomiarów zamieszczone na Rysunkach 3 i 4 obrazują niewielki wpływ zewnętrznego stałego pola elektrycznego na współczynnik tarcia głównie dla olejów bazowych. Największe zmniejszenie współczynnika tarcia, o prawie 60% obserwuje się dla elastomeru 70A w obecności oleju bazowego PAG. Największy wzrost współczynnika tarcia zachodzi dla elastomeru 70A i oleju PAG + FM i wynosi 19%.

28 T R I B O L O G I A 3-2015 0.3 U = 0 V U = 500 V 70SI 0.3 U = 0 V U = 500 V 70SI µ [ ] 0.2 µ [ ] 0.2 0.1 0.1 0 PAG PAG + AW PAG + FM 0 PAO PAO + AW PAO + FM Rys. 3. Współczynnik tarcia dla elastomeru 70SI po stali w naturalnym oraz wymuszonym polu elektrycznym Fig. 3. Coefficient of friction for elastomer 70SI sliding on steel under the natural electric field and external DC electric field 0.3 U = 0 V U = 500 V 70A 0.3 U = 0 V U = 500 V 70A µ [ ] 0.2 µ [ ] 0.2 0.1 0.1 0 PAG PAG + AW PAG + FM 0 PAO PAO + AW PAO + FM Rys. 4. Współczynnik tarcia dla elastomeru 70A po stali w naturalnym oraz wymuszonym polu elektrycznym Fig. 4. Coefficient of friction for elastomer 70A sliding on steel under the natural electric field and external DC electric field Dla elastomeru kauczukowo-fluorowego 70F (Rys. 5) widać duże zmiany współczynnika tarcia pod wpływem stałego pola elektrycznego. Dla oleju z dodatkiem AW wyniki nie są jednoznaczne. Największy wzrost współczynnika tarcia obserwuje się dla bazowego oleju PAG i oleju PAO + FM, a zmiany wynoszą odpowiednio 53 i 92%. Interpretacja wyników jest trudna do przeprowadzenia, ponieważ przyczyną zmian współczynnika tarcia mogą być: niewłaściwe smarowanie spowodowane przerywaniem filmu olejowego podczas ruchu obrotowego tarczy (mała wydajność układu smarowania), a także występowanie tarcia granicznego na styku elastomer wirująca tarcza. Przykładem są wyniki pokazane na Rysunku 3, gdzie dla bazowego PAG i dodatku FM współczynnik tarcia µ jest większy niż dla oleju bazowego PAG. Dla pozostałych przypadków dodatek FM powodował zmniejszenie współczynnika tarcia lub brak zmiany jego wartości.

3-2015 T R I B O L O G I A 29 0.3 U = 0 V U = 500 V 70F 0.3 U = 0 V U = 500 V 70F µ [ ] 0.2 µ [ ] 0.2 0.1 0.1 0 PAG PAG + AW PAG + FM 0 PAO PAO + AW PAO + FM Rys. 5. Współczynnik tarcia dla elastomeru 70F po stali w naturalnym oraz wymuszonym polu elektrycznym Fig. 5. Coefficient of friction for elastomer 70F sliding on steel under the natural electric field and external DC electric field Analiza wyników otrzymanych podczas pomiarów na goniometrze [L. 9] pokazuje, że energia powierzchniowa badanych elastomerów ma wpływ na współczynnik tarcia (Rys. 3 5 dla U = 0 V). Im większa jest energia powierzchniowa, tym mniejszy jest współczynnik tarcia, co można tłumaczyć faktem silnego związania filmu olejowego z elastomerem, a tym samym prawdopodobnie zachodzi w układzie zwiększenie udziału tarcia płynnego w tarciu mieszanym. Wcześniejsze badania własne wykazały, że największą wartość energii powierzchniowej wykazuje elastomer 70A, a najmniejszą elastomer 70SI. PODSUMOWANIE Analiza uzyskanych wyników badań wykazuje istotny wpływ zewnętrznego pola elektrycznego na wartości współczynnika tarcia par ślizgowych elastomer stal współpracujących ze sobą w warunkach tarcia mieszanego w obecności olejów bazowych, zwłaszcza gdy nie zawierały one dodatków. Uzyskane rezultaty umożliwiają przedstawienie następujących spostrzeżeń: największy wpływ pola elektrycznego na zmniejszenie tarcia zaobserwowano dla elastomeru (gumy) 70A na bazie kauczuku butadienowo- -akrylonitrylowego (NBR) współpracującego ślizgowo ze stalą w obecności czystych olejów bazowych PAG oraz PAO, w przypadku elastomerów na bazie kauczuku fluorowego (FPM) oraz kauczuku metylo-winylo-silikonowego (MVQ) pole elektryczne przyczyniało się w większości przypadków do zwiększenia wartości współczynnika tarcia po stali w obecności olejów, stosowane w badanych olejach dodatki antyzużyciowy ZDDP i modyfikator tarcia IRGALUBE F10A w większości przypadków przyczyniały się do zwiększenia współczynnika tarcia w obecności zewnętrzne-

30 T R I B O L O G I A 3-2015 go pola elektrycznego w badanych parach ślizgowych. Wynika stąd, że ich obecność jest niewskazana w aspekcie zmniejszenia oporów tarcia, jeżeli w węźle tarcia występuje zewnętrzne pole elektryczne. Przyczyną zaobserwowanych zmian współczynnika tarcia badanych materiałów jest prawdopodobnie zmiana energii powierzchniowej współpracujących ślizgowo materiałów i/lub zmiany własności smarnych olejów w obecności zewnętrznego pola elektrycznego. Przedstawione badania miały charakter badań wstępnych. Bardziej precyzyjne wyjaśnienie otrzymanych wyników wymaga kontynuacji badań tribologicznych par polimer metal w obecności pola elektrycznego. Również wymagane byłoby przeprowadzenie dodatkowych badań dotyczących wpływu pola elektrycznego na energię swobodną powierzchni polimerów oraz na własności smarne samych bazowych olejów silnikowych, a także zawierających dodatki AW i FM. LITERATURA 1. Nicholls M.A., Do T. et al.: Review of the lubrication of metallic surfaces by zinc dialkyldithiophosphates. Tribology International, 38, (2005), 15. 2. OECD Series on Emission Scenario Documents No. 10: Emission scenario document on lubricants and lubricant additives. OECD Environmental Health and Safety Publications, ENV/JM/MONO(2004)21. 3. Płaza S., Margielewski L., Celichowski G.: Wstęp do tribologii i tribochemia.wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2005. 4. Booth J.E., Nelson K.D. et al.: The feasibility of using electrostatic monitoring to identify diesel lubricant additives and soot contamination interactions by factorial analysis. Tribology International, 39, (2006), 1564. 5. Fujita H., Spikes H.A., The formation of zinc dithiophosphate antiwear film, Proc. Inst. Mech. Eng. 218 Part J, (2004), 265. 6. Syed Q.A., Rizvi A.: Comprehensive Review of Lubricant Chemistry, Technology, Selection, and Design. ASTM International, (West Conshohocken), PA, USA, 2009. 7. Naveira Suarez A., Grahn M. et al.: The influence of base oil polarity on the tribological performance of zinc dialkyldithiophosphate additives. Proc. 2nd Int. Conf. on Advanced Tribology Tribology for Tomorrow icat 2008, Singapore, 3 5 December 2008, 419. 8. Bessette P.A. (prezydent Triboscience and Engineering, Inc., Fall River, MA, USA) Informacja ustna z 3 grudnia 2008, Singapur podczas The 2nd International Conference on Advanced Tribology Tribology for Tomorrow i CAT 2008. 9. Paszkowski M., Wieleba W., Wróblewski R.: Badania właściwości adhezyjnych stali oraz tworzyw sztucznych w kontekście zastosowania ich na węzły tarcia. Tribologia, 5, (2010), 95.

3-2015 T R I B O L O G I A 31 Summary The paper presents the experimental results of research on the effect of an external DC electric field on the coefficient of friction of selected elastomers during their rubbing against a steel surface in the pin on disc experimental set-up. The tests were also carried out without any external DC electric field to compare the coefficients of friction obtained in both cases. In the tests, three different elastomers were used: pure PAG and PAO synthetic base oils and their blends with two additives antiwear (ZDDP) and friction modifier (IRGALUBE F10A), and a steel counterface. The elastomers selected and used in the tests are those applied to the manufacture of rotary lip seals. It was found that the external DC electric field exerts a significant effect on the coefficient of friction, which in turn depends on the type of elastomer and the base oil and its blends with the additives used.

32 T R I B O L O G I A 3-2015