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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-10082017-102654
Document
Author
Full name
Roberto Pereira de Oliveira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Sinatora, Amilton (President)
Cousseau, Tiago
Scandian, Cherlio
Souza, Roberto Martins de
Yoshimura, Humberto Naoyuki
Title in Portuguese
Estudo tribológico da alumina: atrito e desgaste na lubrificação com água.
Keywords in Portuguese
Alumina
Atrito
Cerâmica
Desgaste
Lubrificação
Tribologia
Abstract in Portuguese
O objetivo deste trabalho, foi investigar o comportamento tribológico - atrito, desgaste e regime de lubrificação - do par cerâmico alumina - alumina no deslizamento em água, e verificar a possibilidade de atingir valores mais baixos de coeficiente de atrito (menor que o obtido anteriormente na literatura ? ? 0,2); para tanto foram estudados: o efeito da velocidade, o efeito da carga, o efeito da adição de modificadores de atrito na água e o efeito de rugosidade inicial do disco. As hipóteses que nortearam a escolha dessas variáveis foram de que a obtenção de baixos coeficientes de atrito decorreria de um sistema de lubrificação hidrodinâmico, através do efeito das variáveis mecânicas, e/ou um sistema de lubrificação limítrofe gerado por uma camada de baixa resistência ao cisalhamento, avaliado pelos efeitos das variáveis químicas. Além dessas variáveis, também foram estudadas as equações que regem os sistemas lubrificados, a fim de tentar ter um melhor entendimento sobre o regime de lubrificação. Os ensaios foram realizados na configuração de ensaio tribológico esfera sobre disco sob carga normal entre 24,7 N e 100,3 N e velocidade de deslizamento entre 0,1 m/s e 2 m/s. A água utilizada nos ensaios foi filtrada, destilada e deionizada; os modificadores de atrito utilizados foram a sílica coloidal amorfa, o hidróxido de alumínio e o carbeto de silício. As esferas de alumina foram adquiridas comercialmente, e os discos de alumina foram provenientes de trabalhos anteriores. Todos os materiais foram caracterizados quanto às suas propriedades físicas e mecânicas. Nos ensaios preliminares, o sistema atingiu, após 100 horas de ensaio (360000 metros), valores de coeficiente de atrito da ordem de µ ? 0,08, menores do que os encontrados na literatura. Quando os ensaios foram realizados com a maior velocidade, o sistema atingiu coeficientes de atrito menores que 0,02. Os ensaios com menor rugosidade inicial apresentaram maiores valores de coeficiente de atrito. Analisando todos os resultados teóricos e experimentais, foi possível verificar que para o par alumina - alumina, o regime de lubrificação provavelmente é o regime misto, parcialmente hidrodinâmico e parcialmente limítrofe. Ademais a partir dos dados experimentais foi possível construir previsões teóricas para o coeficiente de atrito e de desgaste.
Title in English
Tribological study of alumina: friction and wear on water lubrication.
Keywords in English
Alumina
Ceramics
Friction
Sliding
Water
Wear
Abstract in English
The objective of this work was to investigate the tribological behavior - friction, wear and lubrication regime - on the sliding of alumina - alumina ceramic pair in water, and to verify the possibility of reaching low friction coefficient (lower than previously obtained in the literature ? ? 0.2). The effect of the velocity, the effect of the load, the effect of the addition of friction modifiers on the water and the initial roughness effect of the disc were studied. The hypothesis that guided the choice of these variables were that the low friction coefficients would result from a hydrodynamic lubrication system and/or a boundary lubrication system generated by a low shear stress layer. In addition to these variables, the equations that governed the lubricated systems were also studied in order to try to have a better understanding of the lubrication regime. The tests were carried out in the tribological test configuration ball on disc under normal load between 24.7 N and 100.3 N and sliding velocity between 0.1 m/s and 2 m/s. The water used in the tests was filtered, distilled and deionized, the friction modifiers used were amorphous colloidal silica, aluminum hydroxide and silicon carbide. The alumina balls were commercially purchased, and the alumina discs were derived from previous works. All materials were characterized for their physical and mechanical properties. In the preliminary tests, the system reached, after 100 hours of test (360000 meters), values of friction coefficient ? ? 0,08. These values were smaller than the one found in the literature. When the tests were carried out with the highest speed, the system reached coefficients of friction lower than 0.02. The tests with lower initial roughness showed higher coefficient of friction. Analyzing all the theoretical and experimental results, it was possible to verify that for the alumina - alumina pair the lubrication regime is probably the mixed, partially hydrodynamic and partially boundary regime. From the experimental data, it was also possible to construct theoretical predictions for the coefficient of friction and wear.
 
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Publishing Date
2017-08-14
 
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