Prof. Burakowski odpowiedź na recenzję

Dr inŜ. Remigiusz Michalczewski
Instytut Technologii Eksploatacji - PIB
ul. Pułaskiego 6/10
26-600 Radom
Radom, 05.02.2013
Prof. dr hab. inŜ. Tadeusz BURAKOWSKI
Politechnika Koszalińska, Koszalin
Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa
Szanowny Panie Profesorze
Serdecznie dziękuję za recenzję mojego dorobku naukowego i rozprawy habilitacyjnej.
PoniŜej staram się odnieść do pytań, które Pan Profesor ujął w recenzji.
1. Jakie Habilitant przyjął kryterium kwalifikowania powłok do niskotarciowych?
Przyjęte jest, Ŝe powłokę zalicza się do grupy niskotarciowych, gdy wartość współczynnika
tarcia ślizgowego skojarzenia elementu pokrytego badaną powłoką współpracującego
z elementem stalowym (bez powłoki) mierzona bez obecności środka smarowego jest
mniejsza niŜ 0,1.
Typowe warunki pomiaru: skojarzenie kula-tarcza, tarcie technicznie suche, kula ze stali
łoŜyskowej 100Cr6, obciąŜenie węzła tarcia 10 N, prędkość poślizgu 0,1 m/s.
2. Jakie Habilitant przyjął kryterium zaliczania części maszyn do wysokoobciąŜonych?
Jako wysokoobciąŜone określamy części maszyn, gdy:
− występuje w nich styk skoncentrowany liniowy lub punktowy (napręŜenia Hertza),
− w przypadku gdy współpraca elementów trących odbywa się w warunkach obecności
oleju występuje smarowanie elastohydrodynamiczne.
3. W czym przejawia się powinowactwo 2 materiałów trących?
Powinowactwo materiałów trących (ang. affinity) przejawia się ich tendencją to tworzenia
sczepień adhezyjnych zwłaszcza w warunkach wysokich nacisków, temperatur i prędkości
poślizgu. Konsekwencją tychŜe sczepień jest zuŜywanie oraz moŜliwość występowania
zacierania węzła tarcia.
Znajduje to odzwierciedlenie w literaturze światowej, gdzie procesy takie jak „cold welding,
scuffing, scoring, seizing, built-up edges, tool breakage” opisywane są jako konsekwencja
występowania powinowactwa materiałów trących m. in. w:
1/4
- Praca zbiorowa pod red. R. W. Bruce. Handbook of Lubrication and Tribology: Volume II
Theory and Design. CRC Taylor & Francis. 2006,
- Emerson Escobar Nunez Scuffing and wear of engineering materials under different
lubrication regimes in the presence of environmentally friendly refrigerants. PhD. Dissrtation.
University of Illinois at Urbana-Champaign, USA, 2010,
- http://www.oerlikon.com/balzers/en/know-how/wear-tribology/adhesive-wear/.
4. Jaką odmianę metody PVD przyjął Habilitant do osadzania powłok niskotarciowych?
Powłokę a-C:H:W (zwaną teŜ WC/C) osadzono metodą reaktywnego rozpylania
magnetronowego w procesie PVD. Proces zrealizowano w firmie Oerlikon Balzers Coating
Poland Sp. z o.o. w Polkowicach.
Powłokę MoS2/Ti (nazwa handlowa MoST) osadzono metodą PVD stosując powlekanie
jonowe z zamkniętym niezbalansowanym polem magnetronowym CFUBMSIP (ang. Closed
Field Unbalanced Magnetron Sputter Ion Plating). Proces osadzania wykonała angielska
firma Teer Coating Ltd.
5. Jakiej obróbce cieplnej podlegały kule, stoŜek i koła zębate?
Stosowano handlowe kulki łoŜyskowe o średnicy ½” wyprodukowane przez FŁT Kraśnik.
Zgodnie ze specyfikacją materiał wyjściowy w stanie zmiękczonym, po wyŜarzaniu
sferoidyzującym poddawano hartowaniu w 830-840°C w gorącym oleju, z końcowym
dochłodzeniem w wodzie. Następnie stosowano odpuszczanie niskie 160-180°C przez 2 godz.
dla uzyskania twardości 62 HRC. Analogiczną obróbkę cieplnochemiczną zastosowano dla
stoŜków wyprodukowanych w ITeE-PIB.
W badaniach stosowano oryginalne koła testowe wyprodukowane przez FZG wykonane ze
stali 20MnCr5 (20HG, 1.7147). Zgodnie z dostarczoną specyfikacją obróbka cieplnochemiczna obejmowała nawęglanie w temperaturze 880-950°C do głębokości 0,6-0,8 mm,
hartowanie oraz odpuszczanie w temp. 150-200°C.
6. Co konkretnie Habilitant rozumie pod pojęciem „synergii mechanochemiczną
zmodyfikowanej warstwy wierzchniej i zastosowanego środka smarowego''?
(str. 38, w. 8-7d.)
Przez synergię (S) rozumiem dodatkową korzyść wynikającą ze współdziałania czynników.
Synergia mechanochemiczna dotyczy dodatkowej korzyści wynikającej efektu współdziałania
czynników mechanicznych (M) i chemicznych (CH).
Synergię mechanochemiczną związaną z odpornością na zacieranie zauwaŜyłem
w skojarzeniach powłoka-stal smarowanych olejami z dodatkami smarnościowymi.
W skojarzeniu powłoka/stal na skutek oddziaływań mechanicznych (nacisk, prędkość
poślizgu) następuje wprowadzenie w strefę tarcia grafitu powodującego wzrost odporności na
zacieranie. Czynnikiem chemicznym powodującym wzrost odporności na zacieranie jest
modyfikacja warstwy wierzchniej niepokrytych powłoką stalowych elementów trących
produktami reakcji tribochemicznych tzn. dodatków smarnościowych z Ŝelazem (np. FeS).
Efekt tych oddziaływań jest większy niŜ suma efektów działania pojedynczych czynników:
S > M + CH.
2/4
7. Nie bardzo rozumiem, jaka jest rola transferu produktów ścierania powłoki na stal bez
powłoki, konfrontując 2 fragmenty tekstu:
− „ .... transferu niskotarciowego materiału powłoki na powierzchnię elementu
stalowego i utworzenia na elemencie niepokrytym warstwy chroniącej przed
zacieraniem, zbudowanej z produktów reakcji dodatków smarnościowych ze stalą.
W ekstremalnych warunkach tarcia, obecny w powłoce węgiel, w postaci grafitu,
pokrywa powierzchnie trące, pełniąc ro1ę smaru stałego'' (str. 8, w. 8-14g.)
A dwusiarczek molibdenu? Co to są ekstremalne warunki tarcia?
− „utworzenia na elemencie niepokrytym warstwy chroniącej przed zacieraniem
zbudowanej z produktów reakcji dodatków smarnościowych ze stalą (str. 61,
w. 18-19g.; jest to 3 teza pracy)? Wg tezy nr 3 produkty ścierania powłoki
niskotarciowej nie wchodzą w skład warstwy chroniącej przed zacieraniem?
Uprzejmie proszę o dokładne wyjaśnienie roli transferu materiału w rozpatrywanych
w rozprawie stykach tarciowych.
W przypadku stosowania oleju z dodatkami smarnościowymi, np. typu EP następuje
dodatkowo modyfikacja warstwy wierzchniej elementu stalowego produktami reakcji
tribochemicznych (np. FeS). Zmodyfikowana w ten sposób warstwa wierzchnia
charakteryzuje się wyŜszą odpornością na zacieranie.
W warunkach tarcia występujących w wysokoobciąŜonych węzłach tarcia następuje transfer
niskotarciowego składnika powłoki na element stalowy. Składnik ten pokrywa powierzchnię
tarcia i pełni rolę smaru stałego. W skojarzeniach z powłoką a-C:H:W wydziela się grafit,
natomiast w skojarzeniach z powłoką MoS2/Ti wydziela się MoS2. Pokrycie elementów
trących składnikiem niskotarciowym powoduje wzrost odporności na zacieranie.
Oba procesy wpływają na wzrost odporności na zacieranie skojarzenia elementu stalowego
z powłoką z elementem stalowym bez powłoki. W wysokoobciąŜonych elementach maszyn
procesy te mogą występować jednocześnie.
8. Habilitant przebadał 4 powłoki (TiN, CrN, MoS2/Ti, a-C:H:W) i warstwy wierzchnie
2 gatunków stali (łoŜyskowej 100Cr6 i konstrukcyjnej stopowej do nawęglania 20MnCr5).
Czy moŜliwe jest przenoszenie materiału takich samych powłok na skojarzenia tarciowe
triboelementów innych (inny rdzeń i warstwa wierzchnia), i odwrotnie? Jeśli tak - to pod
jakimi warunkami?
UwaŜam, Ŝe przenoszenie materiału powłok, których warstwę powierzchniową stanowią
materiały o niskiej wytrzymałości na obciąŜenia styczne, o których spójności decydują siły
Van der Waalsa (jak w przypadku powłoki WC/C - grafit (C) lub powłoki MoS2/Ti dwusiarczek molibdenu (MoS2) na elementy trące wykonane z innego materiału
konstrukcyjnego (nawet polimeru) jest moŜliwe.
Inaczej jest w przypadku powłok TiN, CrN, o wiązaniach jonowo-kowalencyjnych, które
mogą być przenoszone po wymagającym duŜo większej energii kruszeniu (wyłamywaniu) i
wbijaniu się do warstwy wierzchniej partnera tarcia. Najczęściej jednak cząstki takie
pozostają w strefie tarcia jako luźne ścierniwo.
W obu przypadkach przenoszenie materiału związane jest właściwościami warstwy
wierzchniej; materiał rdzenia nie jest istotny.
3/4
NaleŜy zauwaŜyć, Ŝe istnieją róŜne opisy mechanizmów oddziaływania kruchych cząstek
powłok w strefie tarcia, w zaleŜności od twardości partnera niepokrytego, od rodzaju warstw
pokrywających obydwa elementy (jeśli oba są z powłokami), a nawet od wielkości cząstek
zuŜycia. Istnieją hipotezy wyjaśniające przenoszenie w obydwie strony materiałów
elementów trących teoriami termodynamicznymi. Przykładem są prace Prof. Jana
Sadowskiego i jego współpracowników, według których nanoszenie tarciowe związane jest z
uzyskaniem określonego poziomu parametrów termodynamicznych układu (temperatury
charakterystycznej).
Z wyrazami szacunku
Remigiusz Michalczewski
4/4