INVESTIGATIONS OF TRIBOLOGICAL PERFORMANCES OF SUSPENSIONS FORMED WITH NANO SILVER AND EP ADDITIVES
Yükleniyor...
Dosyalar
Tarih
2021-07
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Wear of parts exposed to pressure and speed is the most important parameter affecting system efficiency in industrial applications. For this reason, it is of great importance to minimize the parameters affecting the wear. In order to reduce the temperature increase due to the increase in friction between materials under heavy load and high speed conditions, qualified lubricants developed with additives should be used. In addition to the performance of the obtained lubricants, the interaction with the load and speed parameters should also be analyzed. In this study, brass sliding bearing materials which are widely used in industrial applications were subjected to ball-on-plate wear tests in EP and AgNP reinforced lubricant conditions prepared at different concentrations. The sizes of silver nanoparticles used in wear experiments were characterized by TEM and particle size analysis, stabilization of silver nanoparticles was characterized by UV spectroscopy and Zeta potential measurement. The spreading performance of AgNP reinforced lubricants was analyzed by measuring the surface tension and wettability angles of liquids. The tribological performances of EP and AgNP reinforced lubricants were analyzed with friction coefficient, volume loss values, SEM and 3D topography images. The methodology determined for the tribological performance of lubricants is designed in 3 stages. In the first stage, the lubricants prepared by adding EP additives in different rates (5%, 10% and 15%) to ethylene glycol base oil were subjected to wear experiments under 20N load and 40 rpm speed conditions. It has been found that EG + 5% EP lubricant reduces friction coefficient by 52.19% and volume loss by 99.82% compared to dry conditions, and the optimum EP ratio was determined as 5% due to the higher effect rate compared to 10% and 15% concentrations. In the second stage, colloidal suspensions prepared by adding 1%, 5% and 9% rates AgNP to EG + 5% EP solution were subjected to wear experiments under 20N load and 40 rpm speed conditions. According to the results, the lowest friction coefficient (0.0276), volume loss (0.042 mm3) values and the best surface images were obtained at 1% concentration. In the third stage, the interaction of the lubricants prepared at the optimum EP and AgNP concentrations determined in the first two stages with the load and speed parameters was investigated by statistical analysis of the friction coefficient, volume loss and surface roughness parameters. Using EG, EG + 5% EP and EG + 5% EP + 1% AgNP lubricants, different load (10N, 20N and 30N) and speed (10 rpm, 25 rpm, 40 rpm) parameters, Taguchi' L9 fractional factorial experimental design was created. With the S/N analysis of the design, EG + 5% EP lubricant, 10N load and 40 rpm speed parameter combination was determined as the optimum test condition and EG lubricant, 30N load and 25 rpm speed parameters were determined as the worst test condition. The deformation mechanisms and surface form were investigated with SEM and 3D topography images obtained from the wear zones as a result of the experiments carried out under the best and worst experimental conditions. The effect ratios of the input parameters on the coefficient of friction, volume loss and surface roughness parameters were analyzed by ANOVA method. According to the ANOVA results, it was determined that the lubricant condition was the most effective parameter on the coefficient of friction (67.79%), volume loss (51.07%) and surface roughness (45.43%). The ability of the input parameters to explain the output parameters was analyzed with the R-Sq(adj) values obtained by ANOVA, and the fact that the obtained R-Sq(adj) values were greater than 70% showed that the experimental design was sufficient to explain the output parameters. The reliability of R-Sq(adj) values has been increased with the graphs and mathematical relations obtained by regression analysis.
Basınç ve hıza maruz kalan parçaların aşınması, endüstriyel uygulamalarda sistem verimini etkileyen en önemli parametredir. Bu sebeple aşınmaya etki eden parametrelerin minimize edilmesi büyük önem taşımaktadır. Ağır yük ve yüksek hız koşullarında malzemeler arasındaki sürtünme artışına bağlı olarak oluşan sıcaklık artışının azaltılabilmesi için katışkılarla geliştirilmiş nitelikli yağlayıcılar kullanılmalıdır. Elde edilen yağlayıcıların performansının yanı sıra yük ve hız parametreleriyle etkileşiminin de analiz edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, endüstriyel uygulamalarda yaygın kullanıma sahip pirinç kaymalı yatak malzemeleri farklı konsantrasyonlarda hazırlanmış EP ve AgNP takviyeli yağlayıcı ortamında ball-on-plate aşınma deneylerine tabi tutulmuştur. Aşınma deneylerinde kullanılan gümüş nanopartiküllerinin boyutları TEM ve partikül boyut analizi ile, stabilizasyonu UV spektroskopisi ve Zeta potansiyeli ölçümü ile karakterize edilmiştir. AgNP katışkılı yağlayıcıların yüzeye yayılma performansı ise sıvıların yüzey gerilimi ve ıslatılabilirlik açılarının ölçümü ile analiz edilmiştir. EP ve AgNP takviyeli yağlayıcıların tribolojik performansları sürtünme katsayısı, hacim kaybı değerleri, SEM ve 3D topoğrafya görüntüleri ile analiz edilmiştir. Yağlayıcıların tribolojik performansı için belirlenen metodoloji 3 aşamalı olarak tasarlanmıştır. Birinci aşamada etilen glikol baz yağına farklı oranlarda (%5, %10 ve %15) EP katışkısı takviye edilerek hazırlanmış yağlayıcılar 20N yük ve 40 dev/dk hız koşullarında aşınma deneyine tabi tutulmuştur. EG + %5 EP yağlayıcısının kuru ortam koşullarına kıyasla sürtünme katsayısını %52,19, hacim kaybını %99, 82 oranında azalttığı sonuçları elde edilmiş ve %10 ve %15 konsantrasyonlarına kıyasla etki oranının yüksek olması sebebiyle optimum EP oranı %5 olarak belirlenmiştir. İkinci aşamada EG + %5 EP solüsyonuna %1, %5 ve %9 oranlarında AgNP takviye edilerek hazırlanan kolloidal süspansiyonlar 20N yük ve 40 dev/dk hız koşullarında aşınma deneylerine tabi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre en düşük sürtünme katsayısı (0,0276), hacim kaybı (0,042 mm3) değerleri ve en iyi yüzey görüntüleri %1 konsantrasyonda elde edilmiştir. Üçüncü aşamada, ilk iki aşamada belirlenen optimum EP ve AgNP konsantrasyonlarında hazırlanan yağlayıcıların yük ve hız parametreleriyle etkileşimi sürtünme katsayısı, hacim kaybı ve yüzey pürüzlülüğü parametrelerinin istatistiksel analizi ile incelenmiştir. EG, EG + %5 EP ve EG + %5 EP + %1 AgNP yağlayıcıları, farklı yük (10N, 20N ve 30N) ve hız (10 dev/dk, 25 dev/dk, 40 dev/dk) parametreleri kullanılarak Taguchi’nin L9 kesirli faktöriyel deney tasarımı oluşturulmuştur. Elde edilen tasarımın S/N analizi ile EG + %5 EP yağlayıcı, 10N yük ve 40 dev/dk hız parametre kombinasyonu optimum deney koşulu ve EG yağlayıcı, 30N yük ve 25 dev/dk hız parametreleri en kötü deney koşulu olarak belirlenmiştir. En iyi ve en kötü deney koşullarında yapılan deneyler sonucunda aşınma bölgelerinden elde edilen SEM ve 3D topoğrafya görüntüleri ile deformasyon mekanizmaları ve yüzey formu incelenmiştir. Giriş parametrelerinin sürtünme katsayısı, hacim kaybı ve yüzey pürüzlülüğü parametrelerine etki oranları ANOVA yöntemi ile analiz edilmiştir. ANOVA sonuçlarına göre yağlayıcı ortamının sürtünme katsayısı (%67,79), hacim kaybı (%51,07) ve yüzey pürüzlülüğü (%45,43) parametreleri üzerinde en etkili parametre olduğu belirlenmiştir. Giriş parametrelerinin çıkış parametrelerini açıklama yeteneği ANOVA ile elde edilen R-Sq(adj) değerleri ile analiz edilmiş, elde edilen R-Sq(adj) değerlerinin %70’ten büyük olması deney tasarımının çıkış parametrelerini açıklamak için yeterli olduğunu göstermiştir. Regresyon analizi ile elde edilen grafikler ve matematiksel bağıntılar ile R-Sq(adj) değerlerinin güvenilirliği arttırılmıştır."
Basınç ve hıza maruz kalan parçaların aşınması, endüstriyel uygulamalarda sistem verimini etkileyen en önemli parametredir. Bu sebeple aşınmaya etki eden parametrelerin minimize edilmesi büyük önem taşımaktadır. Ağır yük ve yüksek hız koşullarında malzemeler arasındaki sürtünme artışına bağlı olarak oluşan sıcaklık artışının azaltılabilmesi için katışkılarla geliştirilmiş nitelikli yağlayıcılar kullanılmalıdır. Elde edilen yağlayıcıların performansının yanı sıra yük ve hız parametreleriyle etkileşiminin de analiz edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, endüstriyel uygulamalarda yaygın kullanıma sahip pirinç kaymalı yatak malzemeleri farklı konsantrasyonlarda hazırlanmış EP ve AgNP takviyeli yağlayıcı ortamında ball-on-plate aşınma deneylerine tabi tutulmuştur. Aşınma deneylerinde kullanılan gümüş nanopartiküllerinin boyutları TEM ve partikül boyut analizi ile, stabilizasyonu UV spektroskopisi ve Zeta potansiyeli ölçümü ile karakterize edilmiştir. AgNP katışkılı yağlayıcıların yüzeye yayılma performansı ise sıvıların yüzey gerilimi ve ıslatılabilirlik açılarının ölçümü ile analiz edilmiştir. EP ve AgNP takviyeli yağlayıcıların tribolojik performansları sürtünme katsayısı, hacim kaybı değerleri, SEM ve 3D topoğrafya görüntüleri ile analiz edilmiştir. Yağlayıcıların tribolojik performansı için belirlenen metodoloji 3 aşamalı olarak tasarlanmıştır. Birinci aşamada etilen glikol baz yağına farklı oranlarda (%5, %10 ve %15) EP katışkısı takviye edilerek hazırlanmış yağlayıcılar 20N yük ve 40 dev/dk hız koşullarında aşınma deneyine tabi tutulmuştur. EG + %5 EP yağlayıcısının kuru ortam koşullarına kıyasla sürtünme katsayısını %52,19, hacim kaybını %99, 82 oranında azalttığı sonuçları elde edilmiş ve %10 ve %15 konsantrasyonlarına kıyasla etki oranının yüksek olması sebebiyle optimum EP oranı %5 olarak belirlenmiştir. İkinci aşamada EG + %5 EP solüsyonuna %1, %5 ve %9 oranlarında AgNP takviye edilerek hazırlanan kolloidal süspansiyonlar 20N yük ve 40 dev/dk hız koşullarında aşınma deneylerine tabi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre en düşük sürtünme katsayısı (0,0276), hacim kaybı (0,042 mm3) değerleri ve en iyi yüzey görüntüleri %1 konsantrasyonda elde edilmiştir. Üçüncü aşamada, ilk iki aşamada belirlenen optimum EP ve AgNP konsantrasyonlarında hazırlanan yağlayıcıların yük ve hız parametreleriyle etkileşimi sürtünme katsayısı, hacim kaybı ve yüzey pürüzlülüğü parametrelerinin istatistiksel analizi ile incelenmiştir. EG, EG + %5 EP ve EG + %5 EP + %1 AgNP yağlayıcıları, farklı yük (10N, 20N ve 30N) ve hız (10 dev/dk, 25 dev/dk, 40 dev/dk) parametreleri kullanılarak Taguchi’nin L9 kesirli faktöriyel deney tasarımı oluşturulmuştur. Elde edilen tasarımın S/N analizi ile EG + %5 EP yağlayıcı, 10N yük ve 40 dev/dk hız parametre kombinasyonu optimum deney koşulu ve EG yağlayıcı, 30N yük ve 25 dev/dk hız parametreleri en kötü deney koşulu olarak belirlenmiştir. En iyi ve en kötü deney koşullarında yapılan deneyler sonucunda aşınma bölgelerinden elde edilen SEM ve 3D topoğrafya görüntüleri ile deformasyon mekanizmaları ve yüzey formu incelenmiştir. Giriş parametrelerinin sürtünme katsayısı, hacim kaybı ve yüzey pürüzlülüğü parametrelerine etki oranları ANOVA yöntemi ile analiz edilmiştir. ANOVA sonuçlarına göre yağlayıcı ortamının sürtünme katsayısı (%67,79), hacim kaybı (%51,07) ve yüzey pürüzlülüğü (%45,43) parametreleri üzerinde en etkili parametre olduğu belirlenmiştir. Giriş parametrelerinin çıkış parametrelerini açıklama yeteneği ANOVA ile elde edilen R-Sq(adj) değerleri ile analiz edilmiş, elde edilen R-Sq(adj) değerlerinin %70’ten büyük olması deney tasarımının çıkış parametrelerini açıklamak için yeterli olduğunu göstermiştir. Regresyon analizi ile elde edilen grafikler ve matematiksel bağıntılar ile R-Sq(adj) değerlerinin güvenilirliği arttırılmıştır."
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Yağlama, EP, AgNP, Taguchi, Triboloji., Lubrication, EP, AgNP, Taguchi, Tribology.
