Concept for an Advanced Tribological Systems Research Methodology

The conduct of research on advanced tribological systems in order to determine the best solutions in terms of the durability and reliability of technical objects containing these systems requires a multifaceted and comprehensive approach due to the complexity of tribological processes occurring during operation. Observation of these processes is complicated and limited due to the inaccessibility of the friction zone. Therefore, progress in improving tribological characteristics is mainly determined by developing laboratory test methods. From the point of view of describing the tribological properties of the surface layer, the geometric structure of the surface (shape, waviness, roughness and surface defects), the structure of the physicochemical zones (microstructure, mechanical properties, physicochemical properties), and the ability to properly interact with the lubricant should be taken into account. Studies of advanced tribological systems should therefore include two complementary test methods, i.e., friction wear tests and surface layer tests (as manufactured and as operated). This paper presents a concept for research on advanced tribological systems and a justification for conducting complementary research on these systems, referring to selected examples (processing tools, joint implants, and dental implants). The research results are examples which illustrate the essence of conducting complementary research.

Prowadzenie badań zaawansowanych systemów tribologicznych w celu określenia najlepszych rozwiązań pod względem trwałości i niezawodności obiektów technicznych zawierających te systemy wymaga wielowątkowego i kompleksowego podejścia ze względu na złożoność procesów tribologicznych zachodzących podczas eksploatacji. Obserwacja tych procesów jest skomplikowana oraz ograniczona z uwagi na niedostępność strefy tarcia. Dlatego postęp w poprawianiu charakterystyk tribologicznych determinowany jest głównie przez rozwój metod badań laboratoryjnych. Z punktu widzenia opisu właściwości tribologicznych warstwy wierzchniej należy brać pod uwagę zarówno strukturę geometryczną powierzchni (kształt, falistość, chropowatość i wady powierzchni), strukturę fizykochemicznych stref (mikrostruktura, właściwości mechaniczne, właściwości fizykochemiczne)oraz zdolność do właściwej interakcji ze środkiem smarowym. Badania zaawansowanych systemów tribologicznych powinny zatem obejmować dwie komplementarne metody badawcze, tj. badania tarciowo-zużyciowe oraz badania warstwy wierzchniej (wytworzonej i eksploatowanej). W pracy przedstawiono koncepcję badań zaawansowanych systemów tribologicznych oraz zasadność prowadzenia komplementarnych badań tych systemów, odnosząc się do wybranych przykładów (narzędzia obróbcze, implanty stawów, implanty stomatologiczne). Wyniki badań stanowią przykłady pokazujące istotę prowadzenia badań komplementarnych.