Badania zużycia powłok DLC w skojarzeniu kula-tarcza obrotowa ("ball-on-disk")

W Katedrze Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn PG opracowano metodę badania powłok DLC oraz innych (ceramicznych) w układzie kula–płaska powierzchnia obrotowej tarczy ("ball-on-disk"). Układ badawczy składa się z kuli osadzonej w popychaczu łożyskowanym tocznie, poprzez który wywierana jest siła docisku próbek. Kula dociskana jest od góry do płaskiej powierzchni obrotowej tarczy – próbki dolnej (o pionowej osi obrotu). Próbka dolna osadzona jest wraz z pojemnikiem smaru na wyjściowym czopie przekładni napędzanej silnikiem o regulowanej prędkości obrotowej. Stanowisko służy do wywoływania procesu zużycia modelowego skojarzenia, przy czym oceny ilościowej i jakościowej zużycia dokonuje się za pomocą mikroskopu optycznego wyposażonego w kamerę cyfrową. Przykładowe efekty zastosowania metody w pracach badawczych zilustrowano wynikami uzyskanymi dla powłok DLC modyfikowanych chromem albo tytanem, badanych przy smarowaniu wodą destylowaną albo 0,9% wodnym roztworem NaCl. Badania prowadzono w temperaturze otoczenia przy maksymalnym nacisku w styku kula–powierzchnia płaska 1 GPa (wg wzoru Hertza) oraz przy średniej prędkości ślizgania 0,08 m/s. Większą odpornością na zużycie wykazały się powłoki zawierające tytan; zastosowanie smarowania 0,9% wodnym roztworem NaCl radykalnie przyspieszało zużywanie się obu powłok.

A method for tribological testing of DLC coatings was developed. The method is based on "ball-on-disk" tests and ex–post inspection by optical microscopy for qualitative and quantitative determination of the specimen wear. A DLC coated stainless (AISI 440-C steel) ball (O 10 mm) is sliding under load on a DLC coated face of stainless (3H13 steel) rotating disk. The method is based on the adapted TST-1 rotating sliding tribometer. Ultra thin coatings were tested, particularly DLC modified with chromium or titanium additive. Sliding contacts were lubricated either with distilled water or with an aqueous solution of NaCl. Tests were carried out under the following conditions: - Sliding velocity constant, 0.08 m/s; - Mean radius of friction path 7 mm; - Lubricant bath temperature ambient temperature; and, - Nominal surface pressure (Hertz theorem) 1 GPa. The course of wear of the DLC coating deposited on the specimen was evaluated quantitatively by optical microscope photography. The amount of wear was assessed as the surface area of the wear mark on the spherical specimen. The kinetics of wear was analysed as the wear mark surface area versus time (i.e. sliding distance). Good curve fitting for experimental data was obtained for the example with a logarithmic fit. The experimental data are indicative of better wear resistance of DLC modified with titanium than DLC modified with chromium; whereas, the NaCl content in water considerably accelerates of wear process.