Aby podczas jazdy pojazdem z silnikami zabudowanymi w kołach uniknąć niekorzystnych zjawisk, takich jak: zarzucania, znoszenia boczne, dodatkowe naprężenia konstrukcji, nadmierne zużywanie układu napę[...]

  Do najbardziej rozpowszechnionych powłok przeznaczonych do pracy w wysokiej temperaturze należą powłoki zawierające Al (np. AlTiN, TiAlN, AlCrN, AlTiCrN) [1÷3]. Trwałość powłok typu TiAlN znana głównie z zastosowań na narzędzia do obróbki metali, szczególnie w warunkach dużych szybkości skrawania, jest wiązana z ich mikrostrukturą oraz mechanizmami utleniania w podwyższonej temperaturze pracy. Duża zawartość aluminium powoduje zwiększenie odporności na utlenianie powłok i podnosi ich twardość na gorąco [4]. Prace nad nowymi rodzajami powłok są prowadzone przez liczne ośrodki naukowe i technologiczne [5÷7]. W praktyce doboru komercyjnych powłok PVD/CVD do pracy w wysokiej temperaturze dokonuje się głównie na podstawie katalogowej, maksymalnej temperatury pracy (np. dla CrN - 700°C, TiAlN - 900°C) oraz ich właściwościach (m.in. odporności na zużywanie, współczynnika tarcia, adhezji), ocenianych niestety w temperaturze pokojowej. Bazując na tych danych oraz na praktyce przemysłowej, wytwórcy powłok podają potencjalne obszary ich zastosowania, np.: na narzędzia skrawające do drewna [8], formy do ciśnieniowego odlewania metali (stopów aluminium), narzędzia do obróbki plastycznej (np. wyciskanie profili aluminiowych) [9÷11]. Brak wystarczających informacji o charakterystykach tribologicznych (tarciowych i zużyciowych), które determinują trwałość elementów pokrytych powłokami w różnych warunkach wymuszeń mechanicznych w podwyższonej temperaturze znacznie utrudnia ich racjonalny dobór. Zakładanie, że odporność na zużycie i opory ruchu skojarzeń elementów z powłokami w wysokich temperaturach są podobne do występujących w warunkach temperatury pokojowej może prowadzić do błędnych wniosków. Ponadto odporność na zużywanie zależy w dużej mierze od warunków pracy. Inne warunki pracy występują przy wyciskaniu aluminium (ruch ślizgowy) [12], a inne przy kształtowaniu odkuwek (ruch oscylacyjny) [13]. Celem badań przedstawionych w pracy było[...]

Współcześnie wytwarzane wysokoobciążone pary kinematyczne wykonywane głównie ze stali są narażone, oprócz zużywania ściernego, na zacieranie oraz na powierzchniowe zużycie zmęczeniowe - pitting, które mogą doprowadzić do awarii urządzenia. Trwałość wysokoobciążonych smarowanych elementów maszyn wynika m.in. z ukonstytuowanej w procesie tarcia warstwy wierzchniej, której właściwości są wynikiem oddziaływania materiału konstrukcyjnego i aktywnych substancji w dodatkach smarnościowych w warunkach eksploatacji. Wzrost odporności na zacieranie stalowego węzła tarcia osiągany jest przez zastosowanie skutecznych dodatków przeciwzatarciowych typu EP (ang. extreme pressure) do olejów. Podczas zacierania stalowych skojarzeń trących smarowanych olejem zawierającym dodatki smarnościowe na skutek wysokiej temperatury mikroobszaru i nierówności powierzchni zachodzą reakcje chemiczne produktów rozpadu dodatków ze stalową powierzchnią elementów trących oraz ich dyfuzja w głąb warstwy wierzchniej. Powstają związki chemiczne (głównie: siarki, fosforu i tlenu), które ułatwiają ścinanie sczepień lub nie dopuszczają do powstania kolejnych, a przez to zmniejszają intensywność zużywania [1]. Związki te spełniają zatem rolę smaru stałego. Najnowsze badania autorów pracy wskazują, że efekt działania dodatków smarnościowych, polegający na wprowadzeniu czynnika ułatwiającego ścinanie sczepień lub niedopuszczającego do ich powstania może być zastąpiony przez naniesienie na elementy trące powłoki niskotarciowej [2]. Zastosowanie powłok na elementach trących maszyn nie jest pomysłem nowym. Znajduje się w centrum uwagi wielu liczących się ośrodków na świecie, ze względu na ogromny potencjał aplikacyjny. W ciągu ostatnich kilkunastu lat powłoki przeciwzużyciowe nanoszone metodami PVD/CVD zrewolucjonizowały rynek narzędzi skrawających i formujących. Obecnie szacuje się, że ok. 80% narzędzi może być pokrytych powłokami w celu zwiększenia ich trwałości. Powł[...]

Zastosowanie cienkich, niskotarciowych powłok PVD dedykowanych specjalnie na części maszyn pracujące w smarowanym styku jest zagadnieniem stosunkowo nowym i jeszcze słabo rozpoznanym [1÷5]. Zainteresowanie tymi powłokami jest wywołane rosnącą tendencją do ograniczania stosowania środków smarowych, zwłaszcza zawierających toksyczne dodatki smarnościowe [6÷9], a jednocześnie potrzebą zwiększenia trwałości i energooszczędności kinematycznych węzłów tarcia [10]. Powłoki niskotarciowe, w odróżnieniu od innych powłok nanoszonych technologiami PVD/ CVD, w warunkach tarcia suchego w skojarzeniu ze stalą charakteryzują się współczynnikiem tarcia typowym dla styku smarowanego, czyli poniżej 0,15 [2, 11]. Pokrycie części maszyn powłoką niskotarciową może zapewnić nie tylko ochronę przeciwzużyciową pokrytego elementu, jak ma to miejsce w przypadku klasycznych powłok, ale również powoduje znaczną redukcję zużycia współpracującego elementu stalowego. Brak dostatecznej wiedzy dotyczącej zachowania się elementów z cienkimi powłokami przeciwzużyciowymi w styku tribologicznym jest główną przyczyną ich ograniczonego zastosowania na kinematyczne węzły elementów maszyn. Wynika to z tego, że informacje wynikające z analizy zjawisk tarcia zachodzących na powierzchni elementów stalowych nie dają się przenosić na elementy z naniesioną powłoką. Pokrycie chociażby jednego z elementów trących cienką powłoką oznacza zmianę składu chemicznego kontaktujących się materiałów, zmianę stanu naprężeń własnych, zmianę struktury fizycznej ich powierzchni, a tym samym zmianę oddziaływań pomiędzy nimi i środkiem smarowym. Powoduje to, że zjawiska i procesy generowane tarciem nie przebiegają w taki sam sposób jak na powierzchniach elementów stalowych bez powłok. Metoda badania Badanie zacierania w ruchu ślizgowym przeprowadzono z wykorzystaniem aparatu czterokulowego T-02 [12÷15]. Do oceny wpływu powłok na właściwości przeciwzatarciowe zastosowano obciążenie zacie[...]

Tendencja minimalizowania zużywania surowców i energii w praktyce sprowadza się w dużej mierze do miniaturyzacji urządzeń, a przez to do zwiększania mocy przenoszonej przez kinematyczne węzły tarcia [1]. Wzrost wartości obciążenia przenoszonego przez te węzły wiąże się głównie ze wzrostem ryzyka wystąpienia zacierania lub pittingu elementów trących. Prace idące w tym kierunku skupiają się przede wszystkim na wdrażaniu nowych materiałów i rozwiązań konstrukcyjnych, technologii konstytuowania warstwy wierzchniej oraz komponowania nowych środków smarowych do wysokoobciążonych węzłów tarcia. Zaistniałemu w ostatnim dziesięcioleciu "przeskokowi technologicznemu" w konstytuowaniu warstwy wierzchniej nie towarzyszył odpowiedni rozwój wiedzy w zakresie mechanizmów tarcia i zużywania ulepszanych w ten sposób elementów trących, szczególnie w smarowanym styku skoncentrowanym. Do innowacyjnych technologii konstytuowania warstw wierzchnich należą technologie laserowe [2], próżniowego nawęglania [3] i azotowania [4] oraz nakładania powłok metodami PVD i CVD [5, 6]. Obecnie powłoki nanoszone tymi metodami z powodzeniem stosuje się do zwiększenia trwałości narzędzi skrawających i formujących. Zastosowanie cienkich powłok przeciwzużyciowych dedykowanych specjalnie na części maszyn pracujące w smarowanym styku jest zagadnieniem nowym i jeszcze słabo rozpoznanym. Dzięki zastosowaniu powłok PVD można znacząco zwiększyć odporność na zacieranie elementów stalowych, nawet z zastosowaniem ekologicznych środków smarowych [7]. Efektu tego nie można było wykorzystać w technice w odniesieniu do wysokoobciążonych elementów maszyn (np. łożyska toczne, koła zębate, rys. 1), ponieważ barierę stanowił wciąż nierozwiązany problem pittingu (rys. 2). Potwierdziły to wyniki badań przeprowadzonych przez jednego z autorów, z których wynika, że nowoczesne, próżniowe metody nakładania powłok PVD na powierzchnie robocze wysokoobciążonych elementów maszyn, w większoś[...]

  The temperature wear resistance of AlCrN coated elements The aim of the study was to investigate the effect of temperature on the wear resistance of coated parts AlCrN. The coating was prepared in the physical vapour deposition process (PVD) on the discs made of tungsten carbide. The testing in sliding motion conditions was performed using T-21 tribotester manufactured by ITeE-PIB. The results showed that the wear resistance of the AlCrN coating depends on the temperature. The largest wear rate was obtained at room temperature. In contrast, at 600°C the intensity of wear of the coating was 4-fold lower, and 750°C, 6-fold lower than at room temperature. The mechanism of high wear resistance of AlCrN coating is based on creation of oxide protective layer. Conducted analysis of the composition of the surface layer showed a significantly higher content of oxygen in the wear track than the outside track. At high temperature, friction process further intensified oxidation and the amount of oxygen increased with increasing temperature. Key words: AlCrN coating, PVD, CVD, wear, friction, wear resistance, high temperatures, T-21 ball-on-disc tribotester, sliding conditions, SEM/EDS. Celem pracy było zbadanie wpływu temperatury na odporność na zużycie elementów pokrytych powłoką AlCrN. Powłokę wytworzono w procesie osadzania fizycznego z fazy gazowej (PVD) na tarczach wykonanych z węglika wolframu. Badania tribologiczne w ruchu ślizgowym ciągłym przeprowadzono z wykorzystaniem stanowiska badawczego T-21 produkcji ITeE-PIB. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że odporność na zużywanie skojarzenia z powłoką AlCrN zależała od temperatury. Największe zużycie odnotowano w temperaturze pokojowej. Natomiast w 600°C intensywność zużywania powłoki była 4-krotnie mniejsza, a w 750°C 6-krotnie mniejsza niż w temperaturze pokojowej. Mechanizm wysokotemperaturowej odporności na zużywanie powłoki AlCrN polega na utworzeniu tlenkowej warstwy ochronnej. Przep[...]

  Do innowacyjnych technologii konstytuowania warstw wierzchnich należą technologie laserowe [1], próżniowego nawęglania [2], i azotowania [3] oraz nakładania powłok metodami PVD i CVD [4, 5]. Obecnie powłoki nanoszone tymi metodami z powodzeniem stosuje się do zwiększenia trwałości narzędzi skrawających i formujących. Cienka warstwa ceramiczna chroni narzędzie przed przegrzaniem i utlenianiem oraz zmniejsza tendencję do sczepiania materiału skrawanego z materiałem ostrza narzędzia, co pozwala na zwiększenie trwałości narzędzia skrawającego, a także na zwiększenie parametrów ich pracy, np. prędkości skrawania [6, 7]. W ostatnich latach rozwój technologii typu duplex spowodował rozwój nowych zastosowań powłok przeciwzużyciowych. Zastosowanie dwustopniowej obróbki typu duplex (warstwa azotowana/TiN) na formy odlewnicze do ciśnieniowego odlewania aluminium spowodowało kilkakrotne zwiększenie ich trwałości [8]. W literaturze spotyka się także opisy nowatorskich prób zastosowania technologii duplex do ochrony powierzchni matryc do obróbki plastycznej na zimno miedzi, aluminium i miękkich stali oraz matryc kuźniczych. Obecnie prawie 80% narzędzi skrawających może być pokrywane cienkimi powłokami przeciwzużyciowymi. Odmienna jest sytuacja w przypadku zastosowanych cienkich, twardych powłok na trące powierzchnie elementów maszyn i urządzeń. Szacuje się, że tylko ok. 2% wszystkich części współpracujących tarciowo pokrywa się tymi powłokami. Istniejący stan wiedzy jednoznacznie wskazuje, że pary kinematyczne, takie jak: koła zębate, łożyska toczne czy mechanizmy krzywka-popychacz, wykonywane głównie ze stali, są narażone, oprócz zużywania ściernego, na zużywanie mogące spowodować awarię urządzenia przez zatarcie czy zmęczenie powierzchniowe (pitting) - rysunek 1. Prowadzone modelowe badania zacierania elementów z naniesionymi metodami PVD powłokami, które tworzyły smarowany styk skoncentrowany, potwierdziły możliwość zwiększenia odporn[...]