The Influence of Silicon-Doped Diamond-Like Carbon Coating on the Wear of Ionic Liquid Lubricated Friction Pairs

This article reports the results of the study of an a-C:H:Si coating doped with silicon and produced by chemical deposition (PACVD). The effect of the coating on the tribological behaviour of IL-lubricated friction pairs was evaluated. The properties of the 100Cr6 steel specimens with and without the coating were compared. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis were used for imaging the morphology of the coating surfaces and cross-sections and for identifying the elements in the coating composition. The contact angle of the investigated surfaces was measured with an optical tensiometer. Friction tests were performed on a ball-on-disc tribometer under dry friction and when lubricated with trihexyltetradecylphosphonium bis(trifluoromethylsulfonyl) amide ionic liquid. The geometrical structure of the surfaces before and after the tribological tests was measured using an optical profilometer. The ionic liquid used with the silicon-doped diamond-like coating under friction conditions reduced the coefficient of friction and wear. The results obtained from the tests and analysis allow for the conclusion that the use of DLC coatings a-C:H:Si lubricated with trihexyltetradecylphosphonium Bis(trifluoromethylsulfonyl) amide contributes towards the improvement of tribological properties of sliding surfaces under friction.

Artykuł poświęcony jest badaniom powłoki diamentopodobnej domieszkowanej krzemem typu a-C:H:Si uzyskanej w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą PACVD. Ocenie poddano wpływ powłoki na właściwości tribologiczne węzłów tarcia smarowanych cieczą jonową (Ionic Liquid) IL. W analizie porównano próbki ze stali 100Cr6 bez powłoki oraz pokryte powłoką diamentopodobną. Przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego SEM (Scanning Electron Microscopy) wyposażonego w mikroanalizator rentgenowski EDS (X-ray Energy Dispersive Spectroscopy), zobrazowano morfologię powierzchni powłok, ich przekroje poprzeczne oraz dokonano identyfikacji pierwiastków wchodzących w skład powłoki. Wykonano również pomiary kąta zwilżania badanych powierzchni na optycznym tensjometrze. Badania tarciowe przeprowadzono na tribotesterze pracującym w skojarzeniu trącym kula–tarcza w warunkach tarcia technicznie suchego oraz z zastosowaniem smarowania cieczą jonową triheksyltetradecylphosphonium bis(triffluoromethylsulfonyl) amide. Charakterystykę struktury geometrycznej próbek przed oraz po badaniach tribologicznych przeprowadzono na profilometrze optycznym. Wyniki badań wskazały, że użyta ciecz jonowa w skojarzeniu trącym z powłoką diamentopodobną domieszkowaną krzemem wpłynęła na zmniejszenie współczynnika tarcia oraz zużycia. Otrzymane wyniki wskazują, że zastosowanie powłok diamentopodobnych typu a-C:H:Si smarowanych triheksyltetradecylphosphonium bis(triffluoromethylsulfonyl) amidem sprzyja poprawie właściwości tribologicznych węzłów tarcia w ruchu ślizgowym.