An influence of nitriding and nanocomposite solid lubricant processing on the tribological properties and lifetime of sliding components working under severe conditions

Celem prowadzonych prac naukowo-badawczych, jest otrzymanie nowych, innowacyjnych łożysk ślizgowych przeznaczonych do pracy w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Prowadzone badania maja na celu optymalizację własności materiałów, z których wytwarzane są określone detale. Realizowane jest to przez optymalizację gęstości, twardości, odporności na zużycie, odporności na uderzenia cieplne oraz poprawę właściwości tribologicznych. Przedstawione wyniki stanowią wstępne prace badawcze, które będą kontynuowane.The purpose of the work is to obtain new, innovative sliding bearings for operation under severe conditions. The investigation is devoted for optimisation of the technology parameters of sliding bearing manufacturing. The technology development results in substantial increase of density, hardness, tribological properties, wear and thermal shock resistance. The effectiveness of nanoparticle solid lubricant application is discussed

Tribological study of implanted artificial spinal disc

W artykule omówiono metody leczenia dysfunkcji kręgosłupa za pomocą implantowania sztucznych krążków międzykręgowych. Wskazano na materiałowe i konstrukcyjne wymagania, które powinien spełniać implant. Podano wyniki badań tribologicznych prowadzonych na symulatorze kręgosłupa zaprojektowanym i wykonanym w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu.The article discusses treatments for spinal dysfunction by the implantation of artificial intervertebral discs focusing on the material and structural requirements to be fulfilled by the implant. The final results of tribological tests were conducted on the spine simulator designed and built at the Institute for Metal Forming Institute in Poznan

Tribological investigations of materials used for spine disc implants

Ailments linked to back pain is a serious problem not only medical but also social. Not only elder people but also people in working age suffers from problems related to spine pain. The most common disorders of the spine are pain syndromes of the lumbar part where center of gravity of the human body is located and w here major forces are acting on the vertebrae and intervertebral discs. The market currently offers a variety of spinal implant solutions (FIG 1). In the Metal Forming Institute there is realized research Project entitled Investigations and spine implants functionality evaluation in material and tribological aspects. In the frame of the Project it was designed and manufactured special simulator adapted for intervetebrals pine discs implants investigations. Simulator scheme is presented on FIG. 2. Main goals of the realized Project are: • Investigation of friction-mechanical processes during implant usage. • Evaluation of wear intensity of various types of intervertebral discs and investigations of appearing wear products. • Selection of optimal material and surface machining method providing minimal wear of intervertebral disc elements wear. For experiments there was implant designed by K. Skalski and J. Skoworodko selected [1], which consists of 3 elements: upper liner, lower liner and nucleus pulpous (FIG. 3). Actually there are 3 types of friction couple materials tested: 316L steel - polyethylene UHMWPE – 316L steel, titanium alloy Ti6Al4V – polyethylene UHMWPE and nitrided Ti6Al4V titanium alloy – polyethylene UHMWPE. In fluence of number of cycles on friction coefficient, surface roughness and poliethylene linner thickness change illustrates FIG. 4. As it results from performed investigations, too high hardness level of metal elements (upper and lower clasps) provides to accelerated wear of the polyethylene part. New challenge is application of “metal-metal” friction couple

The properties of self-lubricating bearings on the base of bronze powder with a modified surface layer suspension in oil MoS₂ solid lubricant particles of nanometric size

W Zakładzie Zaawansowanych Technologii Kształtowania Instytutu Obróbki Plastycznej prowadzone są prace badawcze, których celem jest opracowanie nowej technologii wytwarzania łożysk samosmarujących. W referacie przedstawiono opis technologii wytwarzania porowatych łożysk samosmarujących na osnowie proszku brązu (BROMIX) z modyfikowaną warstwą wierzchnią zawiesiną, oleju z cząstkami smaru stałego MoS₂ o wielkości nanometrycznej. Modyfikacja warstwy wierzchniej przeprowadzona została z wykorzystaniem urządzenia PC-2, zgłoszonego do ochrony własności intelektualnej przez INOP. Zaprojektowane i wykonane w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu stanowisko do badań tribologicznych przeznaczone jest do pracy w wysokich temperaturach. Badania na tym urządzeniu mogą być realizowane przy obciążeniu normalnym do 500 N oraz temperaturze otoczenia i w temperaturze do 600°C. Przedstawione zostały wyniki badań tribologicznych wytworzonych łożysk samosmarujących z modyfikowaną warstwą wierzchnią. Najmniejszą wartość współczynnika tarcia uzyskano dla łożysk modyfikowanych zawiesiną nanocząstek MoS₂ w oleju. Przedstawiono również wyniki symulacji obciążenia układu pary trącej [L. 1, 2].The Department of Advanced Forming Technology Metal Forming Institute conducted research aimed at developing a new technology of self-lubricated bearings. This paper describes the technology of porous self-lubricating bearings on the base of bronze powder (BROMIX) with a modified surface layer suspension in oil MoS₂ solid lubricant particles of nanometric size. Modification of the surface layer was carried out using an PC-2, as notified to the protection of intellectual property rights by INOP. Designed and manufactured in the Metal Forming Institute in Poznan tribological test stand, designed for operation at high temperatures. Research in this device may be implemented with the normal charged to 500 N and at ambient temperature and temperatures up to 600°C. The paper presents the results of tribological tests produced self-lubricated bearings with a modified surface layer. The lowest friction coefficient was obtained for the bearing modified MoS₂ nanoparticles suspension in oil. It also presents results of a simulation system load friction pair, using the developed material properties, which are made self-lubricating bushings [L. 1, 2]

Materiały o niskim współczynniku tarcia na osnowie proszku żelaza i brązu przeznaczone na łożyska z modyfikowaną powierzchnią nanocząsteczkmi smaru

In the recent years, a growth of demand for various types of self-lubricating elements of machines has been observed. A lot of parts are manufactured with the use of a powder metallurgy method. The Metal Forming Institute (INOP) in Poznan developed a modern technology, designed and made a tool for compaction of powdered parts with complex shapes and high density. The technology is being realised with a large scale equipment, which performs the forging and sizing of the sintered performs. The present work describes development of manufacturing technology and determination of mechanical and tribological properties of nanocomposites for self-lubricating bearings with a very low friction coefficient. It is envisaged to use particulate materials which consist of nano-and microparticles of solid lubricant. The study conducted aims at definition of a relationship between the microstructure and tribological properties of materials modified with solid lubricant MoS2 nanoparticles dispersed in a technological oil. INOP’s technology of nanoparticles manufacturing by RCT method (Rolling Cleavage Technology) results in that top layer of the porous bearing is modified with the nanoparticles. These layers are characterised by a low friction coefficient and considerably longer period of use. It should be noted that the stainless steel and bronze powders materials used have a good corrosion resistance. Production of the sintered bearings will disseminate the market especially in automotive and aircraft industries.W ostatnich latach obserwuje się wzrost zapotrzebowania na różnego typu samosmarujące elementy maszyn. Wiele z tych detali jest wytwarzanych metodą metalurgii proszków. W INOP opracowano nowoczesną technologię i zbudowano stanowisko do kształtowania części dokładnych, o złożonych kształtach i wysokiej gęstości, z proszków metali na osnowie żelaza. Stanowisko to posiada specjalistyczną, zautomatyzowaną linię o dużej wydajności, w której realizowany jest proces dogęszczania i kalibrowania spiekanych wyprasek [1, 2]. Celem prowadzonych prac naukowo - badawczych jest opracowanie technologii wytwarzania oraz określenie właściwości mechanicznych i tribologicznych nanokompozytów przeznaczonych na łożyska samosmarujące o bardzo niskim współczynniku tarcia, z wykorzystaniem materiałów zdyspergowanych w postaci nano i mikrocząstek proszków smarnych oraz proszku żelaza i brązu [1, 3]. Prowadzone prace miały na celu określenie właściwości mechanicznych i tribologicznych materiałów modyfikowanych nanocząstkami smarów stałych (M0S2) i olejem technologicznym. Opracowana w INOP metoda wytwarzania nanocząstek metodą RCT (Rolling Cleavage Technology) prowadzi do wniosków, że zmodyfikowane tymi cząstkami warstwy wierzchnie porowatych materiałów, cechują się niskim współczynnikiem tarcia oraz znacznie dłuższym okresem ich eksploatacji. Należy zaznaczyć, że wybrane materiały na osnowy, w postaci proszków stali nierdzewnej i brązu zapewniają odporność na korozję wyrobów. Wytworzenie przy opracowanych parametrach materiałów pozwoli rozszerzyć ofertę technologiczną wy twarzania wyrobów dla przemysłu (np. samochodowe go czy lotniczego) [2, 3]