Interaction of novel lubricant additives based on MoS2 nanotubes with non-ferrous tribological materials

MoS2 nanotubes (NTs) are novel lubricant additives reducing friction and wear of mechanical components made of steel. Nowadays, non-ferrous surfaces are becoming more widely used, mainly as multifunctional coatings working in configuration with a steel pair. As a consequence, the purpose of this work is to reveal the interaction mechanism of nanoparticles with coated elements in lubricated contacts that are essential in future lubrication technologies. The tribological properties were investigated using a reciprocating sliding testing machine in a steel-ball-on-coated-disc configuration. For tribological studies, two commercially available coatings were selected: WC/C and DLC coating. Frictional results show only slight improvement for lubricant blends containing MoS2 nanotubes with selected coatings, and wear tracks are surprisingly very extensive when compare to oils with additives. Generally, the presence of coating in any tribological test configurations diminish the effectiveness of MoS2 NTs when compare to steel/steel contact. Chemical analytics show that interaction mechanisms of the nanotubes and surface changes, depending on the coating material, have the ability to form a chemically derived tribofilm.

Nanorurki MoS2 są innowacyjnym dodatkiem do środków smarowych redukującym tarcie oraz zużycie stalowych elementów maszyn. Mechanizm ich działania w skojarzeniach elementów stalowych jest stosunkowo dobrze poznany i opisany. Obecnie coraz częściej na elementy maszyn stosowane są materiały nieżelazne, w tym niskotarciowe cienkie powłoki przeciwużyciowe. Brak obecności tlenków żelaza na powierzchniach trących determinuje zmianę charakteru oddziaływania nanocząsek z powierzchnią. Celem pracy jest opis oddziaływania środków smarowych z dodatkiem nanocząsteczek MoS2 w skojarzeniach tribologicznych z powierzchniami elementów pokrytych powłokami typu DLC. Badania tribologiczne zostały zrealizowane z wykorzystaniem stanowiska SRV pracującego w warunkach ruchu oscylacyjnego, w którym węzeł tarcia stanowi stalowa kulka oraz tarcza pokryta powłoką niskotarciową. W badaniach stosowano powłoki typu WC/C i DLC. Stwierdzono, że zastosowanie niskotarciowych powłok na tarczach zmniejszyło efektywność działania nanorurek MoS2 w porównaniu ze skojarzeniem elementów stalowych bez powłoki. Odnotowano nieznaczną poprawę współczynnika tarcia dla skojarzeń smarowanych olejem zawierających nanorurki MoS2, jednakże zużycie elementów trących było znacznie większe niż uzyskiwane dla olejów bez dodatku nanorurek. Analiza chemiczna wykazała, że mechanizmy oddziaływania nanorurek i materiału powierzchni tarcia zmieniają się w zależności od materiału elementów trących, biorącego udział tworzeniu tribochemicznej warstwy granicznej.