Effect of the addition of a selected ionic liquid on tribological properties of steel
(Effect of the addition of a selected ionic liquid on tribological properties of steel) (Wpływ dodatku wybranej cieczy jonowej na właściwości tribologiczne stali) Czasopismo: Tribologia Tom: 310, Zeszyt: 4, Strony: 43-53 ISSN: 0208-7774 Opublikowano: Luty 2025
Autorzy / Redaktorzy / Twórcy
Imię i nazwisko
Wydział
Katedra
Do oświadczenianr 3
Grupaprzynależności
Dyscyplinanaukowa
Procent udziału
Liczba punktów do oceny pracownika
Liczba punktów wg kryteriów ewaluacji
Joanna Kowalczyk
WMiBM
Katedra Eksploatacji, Technologii Laserowych i Nanotechnologii
Tak
zaliczony do "N"
Inżynieria mechaniczna
33
35.00
28.57
Monika Madej
WMiBM
Katedra Eksploatacji, Technologii Laserowych i Nanotechnologii
Tak
zaliczony do "N"
Inżynieria mechaniczna
33
35.00
28.57
Marcin Kowalski
Nie
spoza "N" jednostki
0
33
.00
.00
Grupa MNiSW: Publikacja w czasopismach wymienionych w wykazie ministra MNiSzW (część A) Punkty MNiSW: 70
W artykule zbadano wpływ dodatku cieczy jonowej 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate BMIMPF6 do oleju polialfaolefinowego PAO 8 na właściwości tribologiczne stali. Badania tarciowo-zu- życiowe zrealizowano na testerze tribologicznym pracującym w skojarzeniu trącym kula–tarcza w ruchu obrotowym. Testy przeprowadzono przy obciążeniu 10 N na drodze tarcia równej 1000 m. Do badań użyto tarcz i kul wykonanych ze stali 100Cr6. Badania zrealizowano w warunkach smarowania cieczą jonową BMIMPF6, olejem poli(α)olefinowym PAO 8, olejem poli(α)olefinowym PAO 8 z dodatkiem 1% oraz 10% cieczy jonowej BMIMPF6. Po testach tribologicznych zarówno tarcze, jak i kule poddano obserwacjom mi- kroskopowym – analizowano mikrostrukturę oraz strukturę geometryczną powierzchni w miejscu wytarcia. Uzyskane wyniki z badań wskazały, że ilość dodatku cieczy jonowej w oleju PAO 8 ma wpływ na właści- wości tribologiczne stali 100Cr6. Dla 10% stężenia BMIMPF6 w oleju PAO 8 uzyskano większą wartość współczynnika tarcia o około 26% i mniejsze zużycie tarczy o około 43% w porywaniu ze środkiem smarują- cym zawierającym 1% stężenia BMIMPF6 w PAO 8. Z kolei porównując zużycie kul, najmniejsze wytarcie zarejestrowano dla 1% stężenia BMIMPF6 w PAO 8, a największe dla oleju PAO 8.
Abstract: This paper examines the impact of incorporating the 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIMPF6) ionic liquid into PAO 8 polyalphaolefin oil on the tribological characteristics of the steel-steel system lubricated with this oil. Friction-wear tests were carried out on a tribological tester operating as a ball and disc assembly in a frictional motion. Tests were carried out with a load of 10 N over a sliding distance of 1,000 m. 100Cr6 steel discs and balls were used in the tests. The tests were carried out under lubrication conditions with the BMIMPF6 ionic liquid, PAO 8 poly(α)olefin oil, PAO 8 poly(α)olefin oil with the addition of 1% and 10% BMIMPF6 ionic liquid. Following the tribological tests, both discs and balls were subjected to microscopic observation with a view to analysing the microstructure and geometric structure of the surface at the wear track. The study found that the quantity of ionic liquid incorporated into the PAO 8 oil has a discernible influence on the tribological characteristics of 100Cr6 steel. Adding a lubricant with 1% of BMIMPF6 in PAO 8 to PAO 8 containing 10% of BMIMPF6 increased the coefficient of friction value by approximately 26% and lowered disc wear by approximately 43%. In contrast, the analysis of ball wear revealed that the lowest level of wear was observed in the 1% concentration of BMIMPF6 in PAO 8, while the highest level of wear was observed in PAO 8 oil.
B I B L I O G R A F I A
1. Gatti F.J., Cai W., Herzog R., Gharavian A., Kailer A., Baltes N., Rabenecker P., Mörchel P., Balzer B.N., Amann T., Rühe J.: Investigation of Programmable Friction with Ionic Liquid Mixtures at the Nano- and Macroscales. Lubricants, 2023, 11(9). 2. Zhang X., Han M., Espinosa-Marzal R.M., Thin-Film Rheology and Tribology of Imidazolium Ionic Liquids. ACS Appl. Mater. Interfaces, 15(38), 2023, pp. 45485–45497. 3. Prathipati S., Vipparla S.R., Munnangi S.R., Sk, M.N., Bollikolla H.B.: A Molecular Interactions Study between 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophosphate (Bmim.PF6.) and N-Methylpyrrolidone. The Journal of Chemical Thermodynamics, 154, 2021, p. 106330. 4. Sharma P., Sharma S., Kumar H.: Introduction to Ionic Liquids, Applications and Micellization Behaviour in Presence of Different Additives. Journal of Molecular Liquids, 393, 2024, p. 123447. 5. Azhagar S., Murugesan B., Chinnaalagu, D. kumar, Arumugam M., Mahalingam S.: BMIM.-PF6 Ionic Liquid Mediated Polyol Synthesis of Praseodymium (III) Oxide Nanoparticles: Physicochemical Investigation and Its Interaction with Bacterial and Cancer Cells. Ceramics International, 48(23, Part A), 2022, pp. 35386–35397. 6. Johnson D.W.: The Tribology and Chemistry of Phosphorus – Containing Lubricant Additives. Advances in Tribology, P.H. Darji, ed., IntechOpen, Rijeka, 2016. 7. Buzolic J.J., Li H., Aman Z.M., Silvester D.S., Atkin R.: Surface-Active Ionic Liquids as Lubricant Additives to Hexadecane and Diethyl Succinate. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 699, 2024, p. 134669. 8. Milewski K., Madej M., Kowalczyk J., Ozimina D.: The Influence of Silicon-Doped Diamond-like Carbon Coating on the Wear of Ionic Liquid Lubricated Friction Pairs. Tribologia, (282(6)), 2018, pp. 97–106. 9. Krebs F., Höfft O., Endres F.: Interaction of Aluminum and Platinum Surfaces with the Ionic Liquids 1-Butyl-1-Methylpyrrolidinium Bis(Trifluoromethylsulfonyl)Imide and 1-Ethyl-3-Methylimidazolium Bis(Trifluoromethylsulfonyl)Imide. Coatings, 2023, 13(7). 10. Gu G., Wu Z., Zhang Z., Qing F.: Tribological Properties of Fluorine-Containing Additives of Silicone Oil. Tribology International, 42(3), 2009, pp. 397–402. 11. Wang H., Che Q., Li Y., Zhang S., Liu X., Zhang J., Hu L.: Ionic Nitrogen-Doped Carbon Dots as Nonpolar Lubricant Additives at Low Effective Addition. Langmuir, 40(24), 2024, pp. 12632–12640. 12. Arora H., Cann P. M.: Lubricant Film Formation Properties of Alkyl Imidazolium Tetrafluoroborate and Hexafluorophosphate Ionic Liquids. Tribology International, 43(10), 2010, pp. 1908–1916. 13. Anand M., Hadfield M., Viesca J.L., Thomas B., Battez A.H., Austen S.: Ionic Liquids as Tribological Performance Improving Additive for In-Service and Used Fully-Formulated Diesel Engine Lubricants. Wear, 334–335, 2015, pp. 67–74. 14. Zhang L., Feng D., Xu, B.: Tribological Characteristics of Alkylimidazolium Diethyl Phosphates Ionic Liquids as Lubricants for Steel–Steel Contact. Tribology Letters, 34(2), 2009, pp. 95–101. 15. Somers A.E., Howlett P.C., Sun J., MacFarlane D.R., Forsyth M.: Transition in Wear Performance for Ionic Liquid Lubricants under Increasing Load. Tribology Letters, 40(2), 2010, pp. 279–284. 16. Kumar B., Verma D.K., Kavita, Rastogi R.B.: Tribological Activity of Ionic Liquid Stabilized Calcium-Doped Ceria Nanoparticles, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 235, 2021, pp. 989–996. 17. Cverna F., Conti P.: ASM International Materials Properties Database Committee, 2006, Worldwide Guide to Equivalent Irons and Steels, ASM International Materials Park, Ohio, Materials Park, Ohio. 18. Dai J., Chen P., Chu X., Xu B., Su, S.: Comparison between NIR, FT-IR and Raman for Quantitative Analysis of the Conversion of Poly Alpha Oil (PAO). Vibrational Spectroscopy, 123, 2022, p. 103452. 19. https://www.sigmaaldrich.com/pl/pl/product/aldrich/70956#product-documentation. 2024.