Óbudai Egyetem

Habilitációs tézisfüzet

A felületi mikrotopográfia tribológiai szempontú jellemzése, a működő felületek topográfiai sajátosságai

Czifra Árpád

PhD, okleveles gépészmérnök

Biztonságtudományi Doktori Iskola

Budapest, 2018. június 27.

2

Tartalomjegyzék

Jelölésjegyzék ........................................................................................... 3

1. A kutatás előzményei............................................................................ 4

2. Mikrotopográfiák hullámhossz és fraktál jellegű kiértékelése ............. 6

2.1. A PSD analízis érzékenysége a mérési és kiértékelési

körülményekre ..................................................................................... 7

2.2. Fraktál analízis alkalmazása eltérő megmunkálású felületek

értékelésére ........................................................................................ 10

2.3. Bifraktálok és teljes frekvencia spektrum analízis ....................... 11

2.4. Következtetések, új tudományos eredmények (1. és 2. tézis) .... 14

3. A felületi érdesség alkalmazása tribológiai felületek jellemzésére .... 15

3.1. A felületi érdesség vizsgálata acél-ferrodo anyagpár súrlódási

vizsgálatánál ....................................................................................... 15

3.2. Vasúti féktuskó kopási viselkedése ............................................. 17

3.3. Felületmódosító eljárások hatása gépalkatrész

mikrogeometriájára ............................................................................ 18

3.4. Következtetések, új tudományos eredmények (3. tézis)............. 20

4. Műszaki felületek mikrotopográfiai sajátosságai ............................... 21

4.1. Felületi sajátosságok értelmezése ............................................... 21

4.2. Felületi sajátosságok azonosításának lehetőségei ...................... 22

4.3. A felületi sajátosságok rendszere ................................................ 28

4.4. Következtetések, új tudományos eredmények (4. tézis)............. 29

5. A kutatás és a bemutatott eredmények hatása, visszhangja ............. 30

6. Hivatkozásjegyzék ............................................................................... 31

7. A tézispontokhoz kapcsolódó tudományos közlemények .................. 36

8. További tudományos közlemények .................................................... 37

Köszönetnyilvánítás ................................................................................ 38

3

Jelölésjegyzék

érdességcsúcsok csúcsszöge [ °]

Df vagy Df fraktál dimenzió [-]

R átlagos motifmagasság [m]

Ra átlagos érdesség [m]

Rk hordozófelületi magzóna magassága [m]

Rku a profil magasságeloszlásának hegyessége, Kurtosis [-]

Rp átlagos csúcsmagasság [m]

Rpk hordozófelületi csúcszóna magassága [m]

RS a profil lokális maximumainak átlagos távolsága [m]

Rsk a profil magasságeloszlásának asszimetriája, Skewness [-]

RSm az egyenetlenségek közepes hullámhossza [m]

Rv átlagos völgymélység [m]

Rvk hordozófelületi völgyzóna mélység [m]

Rz érdesség magasság [m]

Sq vagy Sdq a felület átlagos lejtése [ °]

S10z a felület 10 pont magassága [m]

S5p a felület 5 csúcs magassága [m]

S5v a felület 5 völgy mélysége [m]

Sa a felület átlagos érdessége [m]

Sal autókorrelációs hossz [m]

Sbi hordozófelületi jelzőszám [-]

Sku a felület magasságeloszlásának hegyessége, Kurtosis [-]

Ssk a felület magasságeloszlásának asszimetriája, Skewness [-

]

Str textúra irány viszonyszám [-]

Sz a felület érdességmagassága [m]

4

1. A kutatás előzményei

A felületi mikrogeometria és mikrotopográfia vizsgálata az 1930-as

években kezdődött, amikor Abbot és Fireston a Michigeni Egyetemen

megalkotta az első érdességmérő műszert. Az Óbudai Egyetem (ÓE)

jogelődjében, a „Bánkin” (ma: ÓE, Bánki Donát Gépész és

Biztonságtechnikai Mérnöki Kar) ez a kutatási terület az 1970-es évek

óta folyamatosan jelen van kiemelt kutatási területként. A Palásti Kovács

Béla által vezetett szakmai műhely munkájába az 1990-es évek második

felében kapcsolódtam be, és kutatásaimat azóta is ennek a műhelynek a

keretei között végzem. Munkásságom – kapcsolódva napjaink aktuális

kutatási irányaihoz – a felületi érdesség és mikrotopográfiai tribológiai

vonatkozásai felé terjesztette ki a kutatócsoport munkáját.

A tribológia, mely az egymáshoz képest elmozduló felületek közötti

kölcsönhatás tudománya, technikája és azok eredményeinek gyakorlati

hasznosítása 1966 óta létezik önálló tudományágként. A tribológiai

rendszereknek négy fő összetevőjét különböztetjük meg, melyek közül

az egyik a felület [Bushan, 2001]. A kapcsolódó alkatrészek felületének

jellemzéséhez hozzátartozik a felület anyagszerkezettani, mechanikai,

fizikai, kémiai, hőtani jellemzésén túl a felület geometriai jellemzése is.

A geometriai eltérések a felelősek a valós érintkezési viszonyokért

[Thomas, 1998], de amellett, hogy a mikrogeometria, mikrotopográfia

befolyásolja a működést, egyúttal információkat is hordoz a felület

megelőző állapotáról. Éppen emiatt kapcsolódott az érdességmérés

elsősorban a gyártástechnológiához [Thomas, 1998; Stahl et. al., 2011;

Zawada-Tomkiewicz, 2011; Palásti-Kovács et. al., 2014; Mikó et. al, 2012]: a

legyártott felület értékelésével tulajdonképpen a gyártási folyamatról

szerzünk információkat.

A műszaki felületek összetettsége kapcsán a felületet jellemző

információk összegyűjtése, meghatározása nem könnyű feladat. Az

érdességmérés (az érdességmérés kifejezést használom – alkalmazkodva

a szakmai nyelvezethez –, de alatta a felületi mikrogeometria komplex

vizsgálatát értem) napjainkra önálló tudományággá nőtte ki magát,

melyhez hozzátartozik a felületek méréstechnikájának kérdésköre, a mért

felület kiértékelésének témája, a gyártási folyamatok és a felületi

érdesség kapcsolatának vizsgálata, valamint az érdes felületek tribológiai

folyamatokban betöltött szerepének vizsgálata.

5

Kutatómunkám e tématerületek közül a kiértékelési technika és az

érdes felületek tribológiai folyamatokban betöltött szerepének

vizsgálatához áll legközelebb.

Az elmúlt 10 évben végzett kutatásaim három fő célkitűzés mentén

foglalhatók össze:

- Műszaki felületek hullámhossz alapú kiértékelése során

vizsgáltam, hogy az amplitúdó sűrűség spektrum (PSD) és a PSD

analízisre épülő fraktál kiértékelés milyen korlátok közt

alkalmazható és a módszer miként használható valós műszaki

felületek értékelésére.

- Ipari megbízások és alkalmazott kutatási projektek keretében

igyekeztem feltárni a felületi érdességmérés egyes kiértékelés

módszereinek alkalmazási területeit, ajánlásokat megfogalmazni

a hatékony és eredményes mérési és kiértékelési protokollok

kidolgozásához.

- Kutatásaim harmadik eleme a mikrotopográfiai sajátosságokon

alapuló kiértékelés technika, mint új módszertan, módszertani

elemeinek feltárása és egy önálló, ugyanakkor komplex rendszer

megalkotása, mely képes a felületi mikrogeometria és

mikrotopográfia tribológia szempontú kiértékelésre.

A vizsgálatok eredményei több kísérletsorozat együtteséből

származnak. A további fejezetekben a módszertan és a kísérletsorozatok

bemutatására csak a kapcsolódó cikkek révén hivatkozom, a hangsúlyt

az eredmények ismertetésére és azok egységes szerkezetbe fűzésére

fektetem.

6

2. Mikrotopográfiák hullámhossz és fraktál jellegű kiértékelése

A felületi mikrogeometria jellemzéséhez évtizedek óta hozzátartozik

az érdesség és hullámosság szétválasztása. A különböző forrásból

származó, eltérő hullámhosszú egyenetlenség komponensek

szétválasztása fontos információkat hordoz az egyes mikrogeometriai

elemek létrejöttéről. Ezek tribológiai folyamatokban betöltött szerepe is

eltérő, így a súrlódási, kopási, kenési jelenségek megértésének fontos

eleme az egyes hullámhossz összetevők azonosítása.

Az érdességmérésben az érdesség és hullámosság szétválasztására

hagyományosan az RC és Gauss szűrők kerültek alkalmazásra. A

növekvő igények kiszolgálására a továbbfejlesztett kettős-Gauss szűrő, a

robosztus, vagy spline szűrők állnak az ipar és a kutatók rendelkezésére

[Horváth, 2008; Seewig, 2005; Krystek, 2000; ISO4287:1997]. Nagy

hagyományokkal bír a motif kombinációkon alapuló kiértékeléstechnika,

ahol ugyancsak megvannak az érdesség és hullámosság

szétválasztásának módjai [Horváth, 2008; ISO 12085:1996; Blateyron,

2007]. A 2000-es évek elején jelent meg a német autóipari szabványban

az ún. domináns hullámhossz fogalma [VDA2007:2006], de újraéledtek

a morfológiai szűrési módszerek is [Persson et. al., 2005]. Mindezek

mellett egyre nagyobb szerephez jutnak a teljes frekvencia spektrumot

jellemző vizsgálatok [Persson et. al., 2005; Le Gal et. al, 2008; Krolczyk et

al., 2016], melyek már nem egy-egy frekvencia azonosítását, hanem a

felületek frekvenciatérben történő jellemzését célozzák. Ide tartoznak a

wavelet alapú jellemzések, a korrelációs függvények és a Fourier-

transzformáción alapuló amplitúdó sűrűség spektrumok (PSD – Power

Spectral Density) [Grzesik and Brol, 2009; Leach, 2013; Scaraggi et. al,

2018]. Ezeknek a módszereknek a legfontosabb előnye, hogy míg a

hagyományos konvolúciós szűrők a határhullámhosszak (cut-off) és

súlyfüggvények megadásával törekszenek a nagy és kistérközű elemek

szétválasztására, addig a PSD analízis (és részben a többi módszer is)

valódi frekvencia szeparációt végez.

A PSD analízis speciális kiértékelése a felület fraktál jellemzésére

alkalmas [Persson et. al., 2005]. A fraktál dimenzió az önhasonlóság

jellemzője. Műszaki felületek esetén bizonyított az önhasonlósági jelleg

[Leach, 2013; Mandelbrot, 1983], de a felületek fraktál dimenziójának

meghatározása és főként a fraktál jellemzés alkalmazása sok

ellentmondást mutat (ld. [han et. al., 2005; Wu, 2001]). Jelenleg nincs

olyan egységes álláspont és módszertan, amely elfogadná a fraktál

7

technika alkalmazását műszaki felületek jellemzésére, noha számos

tribológia (súrlódási és hiszterézis veszteség) számítási elmélet [Persson

et. al., 2005; Le Gal et. al, 2008; Pálfi et. al, 2012; Kanafi, 2017] a felület

fraktál jellegére épít, és igényli a teljes spektrumú analízist, amit a

klasszikus érdességi paraméterek nem képesek megadni, éppen a

mérések viszonylag szűk frekvenciatartománya miatt.

Kutatásaim célkitűzése a tématerület kapcsán a következő kérdések

megválaszolása volt:

- A hagyományos technikákkal összevetve milyen paraméterek

befolyásolják a PSD technikán alapuló kiértékelési módszereket?

- A módszertan alkalmas lehet-e általános alkalmazásra, képes-e

új, a paraméter alapú jellemzéssel nem kinyerhető információkat

szolgáltatni a felületről?

- Műszaki felületek esetén értelmezhető-e a teljes spektrum (full

length scale) analízis, és ha nem, akkor miként határozhatók meg

a módszer hullámhossz/frekvencia korlátai?

2.1. A PSD analízis érzékenysége a mérési és kiértékelési

körülményekre

Az érdességmérés hagyományos, paraméter alapú kiértékelés

technikájának egyik „gyengepontja” az érdességi paraméterek

mintavételi lépésköztől való erős függése [Thomas and Rosen, 2000;

Stout et. al., 1993]. Különböző megmunkálású (mart, köszörült,

esztergált és tükrösített) és különböző átlagos érdességű (Ra=0,4 m és

Ra=3,2 m) felületeket vizsgáltam annak érdekében, hogy feltárjam a

mintavételi lépésköz hatását a PSD analízisre és az abból számolt fraktál

dimenzió értékére. A méréseket az ÓE, BGK Mikrotopográfiai

laborjának Mahr 3D-s metszettapintós berendezésén végeztem. A

mérések részletes ismertetését és az alkalmazott módszertan matematikai

hátterének bemutatását a [1] publikáció foglalja össze. A vizsgálatok

eredményeként egyértelműen kimutatható volt, hogy a mintavételi

lépésköz (2, 4, 6, 8, 10 m) a domináns hullámhosszak azonosítását nem

befolyásolta jelentősen. Ahogyan a 2.1. és 2.2. ábrák bal oldali

diagramján is látszik a mintavételhez képest lényegesen nagyobb

domináns hullámhossz (ez megmunkálásoknál szinte minden esetben

jelentősen meghaladja a mintavételt, de sokszor kopási folyamatok estén

is fennáll ugyanez) igazolja az előző állítást. A jobb oldali képek viszont

már jól mutatják, hogy a kisebb hullámhossz összetevőket előtérbe

helyező logaritmikus ábrázolás – melyből a felület fraktál dimenzióját

8

származtatjuk – mutat eltéréseket. Az illeszkedő egyenesek meredeksége

különbözik, ami eltérő fraktál dimenzió értékekhez vezet.

2.1. ábra. 500x500 mérési pontból álló esztergált felület (Ra=3,2 m) PSD görbéi

(balra lineáris, jobbra logaritmikus lépték)

2.2. ábra. 250x250 mérési pontból álló esztergált felület (Ra=3,2 m) PSD görbéi

(balra lineáris, jobbra logaritmikus lépték)

Mintavétel

[µm]

Marás,

Ra=0,4 m

Tükrösítés,

Ra=0,4 m

Köszörülés,

Ra=0,4 m

Esztergálás,

Ra=3,2 m

Marás,

Ra=3,2 m

2 2.94 2.24 2.75 2.41 2.64

4 2.93 2.23 2.76 2.44 2.69

6 3.00 2.30 2.81 2.46 2.70

8 3.00 2.47 2.95 2.61 2.72

10 3.00 2.48 2.92 2.61 2.84

2.1. táblázat. Fraktáldimenzió (Df, [-]) értékei különböző megmunkálásokra eltérő

mintavétel esetén.

A 2.1. táblázat számszerűsíti is a lépésköz fraktáldimenzióra (Df)

gyakorolt hatását. Kis mintavételi távolságok esetén (2, 4 m) nincs

y = -2.57x - 4.17

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0

a. b.

0

40

80

120

160

200

0 50 100 150 200 250 300

lgAPSD

lgq

APSD [µm4]

q [1/µm]APSD

1/q

A

lg(1/52.5)=-1.72

y = -2.25x - 3.73

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300

a. b. lgAPSD

lgq

APSD [µm4]

q [1/µm]APSD

1/q

9

jelentős változás, sőt durvább felületeknél (Ra=3,2 m), ahol a felület

jellegét (ld. 2.3. ábra) nem befolyásolja jelentősen a mintavételek

sűrűsége még a 6 m-es lépésköz sem okoz jelentős eltérést, de e fölötti

lépésközöknél a Df emelkedését tapasztaljuk.

2.3. ábra. Esztergált topográfiák 300x300 µm-es részletei. a. 10 µm-es, b. 2 µm-es

lépésközzel.

A kiértékeléstechnika módszertani vizsgálata ugyancsak fontos

kérdés, mert ez is befolyásolhatja az eredményeket. A frekvenciaanalízis

numerikus kivitelezése bizonyos frekvenciaosztást követel, mely

jelentősen befolyásolja a CPU időt. A 2.4. ábra köszörült felületnél

mutatja a frekvencia lépésköz hatását. Jól megfigyelhető, hogy a

domináns elemek (A-val és B-vel kiemelve kettő) azonosíthatók, tehát a

módszer viszonylag kis számú frekvencia alkalmazásával is megbízható

eredményt szolgáltat.

2.4. ábra. Köszörült felület PSD görbéi, a. 25x25=625 és b. 125x125=15625

frekvenciából.

A fraktáldimenzió meghatározására az illeszkedő egyenes

meredekségét használjuk fel, melyet nem csak a mérési lépésköz és a

frekvencia lépésköz befolyásol, de az is, hogy mekkora

9.09 µm

-3.45 µm

a. b. 9.10 µm

-3.47 µm300 µm 300 µm300 µm300 µm

y = -2.3912x - 4.0133

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-3 -2 -1 0

y = -2.1688x - 3.6823

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-3 -2 -1 0

a. b.

lgq

lgAPSDAPSD [µm4]

q [1/µm]lgAPSD

lgq

A A

B

B

10

frekvenciatartományon fektetjük az egyenest a PSD görbére. Ennek

hatása elérheti a 22%-ot is (részleteket ld. [1]).

2.2. Fraktál analízis alkalmazása eltérő megmunkálású felületek

értékelésére

A PSD alapú fraktál kiértékelés – figyelembe véve a korábbi

megállapításokat – elsősorban összehasonlító vizsgálatok elvégzésére

alkalmas. A KRISTAL, Knowledge-based Radical Innovation Surfacing

for Tribology and Advanced Lubrication, EU6 projekt (2005-2009)

keretében eltérő felületkezelésű (surface finishing) fékmunkahengereket

vizsgáltunk [Le Gal et. al, 2008]. A vizsgálatok célja olyan

felületjellemző paraméter meghatározása volt, mely a felületkezelési

technológiához kapcsolható. A projekt partnerek által elvégzett súrlódási

kísérletek igazolták, hogy a felületkezelés összefüggésben áll a súrlódási

tényezővel, de nem sikerült olyan felületi jellemzőt találni, mely

egyértelműen utalt volna a felületkezelés jellegére.

Saját mikrotopográfiai méréseim (részleteket ld. [2]) igazolták a

korábbi eredményeket. A parafa töltetű köszörűkorongokkal (cork

wheel, mintadarabok jelölése: A és B), csiszolóvászonnal (sand paper,

mintadarabok jelölése: C és D) és görgőzéssel (rolling, mintadarabok

jelölése: E és F; eltérő technológia paraméterekkel legyártva) kezelt

felületek érdességmérési paraméterei (ld. 2.2. táblázat) az egyes

felületkezelések között elenyésző, míg az egyes megmunkálási

típusokon belül jelentős különbséget mutattak.

Az amplitúdó jellegű paraméterekre (Sa, Sz), a hordfelületet jellemző-

(Ssk, Sku), a hibrid- (Sdq) vagy működési paraméterekre (Sbi) egyaránt

elmondható volt ugyanez. Hasonló eredményre vezettek a nagyobb

mérési hosszokon elvégzett 2D-s mérések is. Feltételezve, hogy a

felületen fellelhető hullámhosszak befolyással bírnak a súrlódási

folyamatra (a dugattyúk tömítéseken generált hiszterézis veszteségén

keresztül), ezért a felületek vizsgálatát frekvenciatartományba is

kiterjesztettük. Az elvégzett PSD és fraktál analízis – szigorúan ügyelve

az azonos mérési körülményekre – a paraméter alapú kiértékelésnél

sokkal kedvezőbb eredményeket hozott. A 2.3. táblázat foglalja össze az

eredményeket. Az eredményekből világosan látszik, hogy az azonos

megmunkálású felületek nagyon kis eltéréssel azonos fraktál értéket

mutatnak. Ez kifejezi a felület „részleteiben” rejlő hasonlóságokat, annak

ellenére, hogy pl. a parafakorongos (cork wheel) megmunkálásnál az

átlagos érdesség (Sa) a két mintadarab esetén közel 1/2 arányú. A

11

kiértékelés technika hátránya is kidomborodik az eredményekben: a

fraktál dimenzió értéke 2 és 3 közötti szám (topográfiai mérés esetén),

így viszonylag szűk tartományban értelmezhető, az eredmények nehezen

különülnek el. Ezt látjuk a C, D (sand paper) és az F (rolling 2)

megmunkálások egyező fraktál dimenziója esetén.

“cork wheel” “sand paper” “rolling 1” “rolling 2”

A B C D E F

1. 2. 1. 2. 1. 2. 1. 2. 1. 2. 1. 2.

Sa

[μm]

0.551 0.645 0.374 0.302 0.915 0.656 0.912 0.506 0.257 0.584 0.459 0.642

0.60 0.34 0.42 0.79 0.71 0.55

Sz

[μm]

8.56 7.68 6.11 4.73 7.64 7.58 9.03 10.9 13.3 5.96 4.68 7.05

8.12 5.42 7.61 9.97 9.64 5.86

SSk

[-]

-1.74 -1.47 -1.79 -1.45 -4.99 -2.28 -1.11 -0.31 -1.68 -1.37 -1.17 -0.72

-1.60 -1.62 -3.64 -0.71 -1.52 -0.94

SKu

[-]

5.94 4.24 8.19 5.53 38.17 7.89 3.70 5.23 6.37 4.08 3.686 3.869

5.09 6.86 23.03 4.46 5.22 3.76

Sdq

[ °]

6.50 6.07 6.17 5.75 5.23 7.81 7.13 5.64 5.57 4.29 4.86 3.28

6.28 5.96 6.52 6.38 4.93 4.07

Sbi [-]

1.07 0.938 0.865 0.545 2.06 1.29 0.815 0.586 0.872 0.923 0.841 0.703

1.00 0.86 1.68 0.70 0.90 0.772

2.2. táblázat. Különböző felületkezelésű dugattyúk 3D-s topográfiai paraméterei.

“cork wheel” “sand paper” “rolling 1” “rolling 2”

A B C D E F

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Df 2.50 2.47 2.53 2.52 2.22 2.20 2.18 2.25 2.39 2.34 2.21 2.22

Átlag Df 2.48 2.52 2.22 2.22 2.36 2.22

2.3. táblázat. Különböző felületkezelésű dugattyúk fraktáldimenziója.

2.3. Bifraktálok és teljes frekvencia spektrum analízis

A fraktál analízis ellentmondásait – melyekkel a szakterület kutatói

napjainkban is küzdenek – jól mutatják a 2.1. és 2.2. fejezet eredményei.

A felületek önhasonlóságának talán legfontosabb kérdését azonban az

jelenti, hogy ez az önhasonlóság valóban teljes spektrumú analízist

jelent-e. Azaz, egy frekvenciatartomány vizsgálata, melyet praktikusan

az elvégzett mérés mintavételi távolsága korlátoz alulról és a mérési

hossz korlátoz felülről, kiterjeszthető-e a teljes frekvencia spektrumra,

feltételezve, hogy ez az önhasonlóság minden frekvenciaszinten azonos.

[Wu, 2001; Le Gal et. al, 2008; Ţălua et. al., 2018] szerzőknél azt találjuk,

hogy műszaki felületek esetén nem áll fent ez a jelenség, hanem a

felületet bi-, illetve multi-fraktálokkal tudjuk csak jellemezni.

12

Módszertanilag azonban nem világos, nem tisztázott, hogy miként

szabhatunk határt az egyes fraktál jelleg kezdetének és végének.

A korábban vizsgált fékmunkahengerek méréseit kiterjesztve széles

frekvencia spektrumra erre kerestünk választ. Az atomerő mikroszkópos

(AFM – atomic force microscope) és metszettapintós mérések

együttesen 5 frekvencia nagyságrendet öleltek át (19,61 nm-től 3000

m-ig). A mérési és kiértékelési módszertan részletei megtalálhatók [3]-

ban, az elvégzett mérések beállításait foglalja össze a 2.4. táblázat. Két

eltérő frekvencia spektrumban készült topográfiát mutat a 2.5. ábra. Jól

látszik, hogy a különböző frekvenciatartományok esetén jelentős

különbségek figyelhetők meg a topográfiákban.

Mérési terület

[µm2]

Mintavétel

(mindkét irányban azonos)

[nm]

Mérések száma

Tapintó

3000x3000 3000 1

1000x1000 1000 1

AFM

90x90 352.9 3

50x50 196.1 2

25x25 98.04 2

10x10 39.21 2

5x5 19.61 2

2.4. táblázat. Dugattyú mérési beállításai.

2.5. ábra. Mért mikrotopográfiák: balra tapintós mérés 1x1 mm2 felületről

(mintavétel 1000 nm); jobbra 10x10 m2 felületről (mintavétel 39,21 nm).

A vizsgálatok eredményeinek megjelenítését újszerű megközelítésbe

helyeztük. Nem csupán helytartományból frekvenciatartományba

léptünk át (ezt valósítja meg a PSD analízis), hanem létrehoztunk egy

frekvenciatartomány-fraktáltartomány kapcsolatot. Ez azt jelentette,

hogy az egyes frekvenciatartományokhoz tartozó fraktál dimenzió

értékeket jelenítettük meg. Ez látható a 2.6. ábrán.

-3190

1490

[nm]

1 mm1 mm

-159

129

[nm]

10 µm

10 µm

13

2.6. ábra. Fraktáldimenziók a mintavételi távolság függvényében.

A korábbi vizsgálatok kapcsán felmerült bizonytalanság (ld. 2.1.

fejezet) figyelembe vétele mindenképpen szükséges az eredmények

értékeléséhez. Az eltérő mérési beállítások okozta pontatlanságok hatása

nem érzékelhető az eredményekben, melynek oka az alkalmazott

mintavételi lépésköz kis értékével magyarázható. Tehát az eltérő

mintavételi lépésköz nem okozott jelentős hibát a kiértékelésben. Ezt

támasztják alá a különböző mintadarabokon elvégzett mérések (ld. 2.6.

ábra lila pontok, kék x-ek) azonos fraktál eredményei. A mérési

módszertan okozta hatás sem írható az eredmények számlájára, mert bár

a két mérési technika esetén döntően eltérő fraktál eredményeket

kaptunk, ugyanakkor az átmenetet is megfigyelhetjük az AFM mérések

legnagyobb lépésköze esetén. Továbbá a metszettapintós mérések esetén

is fennáll a mintavételi lépésköz hatásának elhanyagolhatósága, mert

mindhárom mérés tökéletesen azonos eredményt hozott. Ezek után

megfogalmazhatjuk azt, hogy a fenti módszer képes megjeleníteni azt a

határpontot, ami a fraktál jelleg megmunkáláshoz köthető szélső értékét

jelenti. Vizsgálataink esetén ez az átmenet a 196.1 – 1000 nm

mintavételi távolságba esik. Ez azt jelenti, hogy a megmunkálásra

vonatkozó Df=2.22 fraktál dimenzió csak az 1 m-nél nagyobb

frekvencialéptékben érvényes. Felső határát a PSD görbe domináns

hullámhosszot jelentő törése jelzi (de ez eddig is ismert tény volt; ld. pl.

2.1.-es ábra). Így értelmezhetjük a bi-fraktál és multi-fraktál fogalmakat

és a mintavételi lépésköz (logaritmikus skálán) – fraktál dimenzió

diagram felhasználásával pontosan meghatározhatjuk a

határhullámhosszakat és az egyes fraktáldimenziók értelmezési

tartományát.

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

0.001 0.01 0.1 1 10

Plunger A

Plunger B

Mintavétel; dx [µm]

lg10dx

Df

Fra

ktá

l dim

enzió

; D

f[-

] AFM

Nano-léptékTapintó

Mikro-lépték

Df=2.51

Df=2.22

14

2.4. Következtetések, új tudományos eredmények (1. és 2. tézis)

A vizsgálatok kapcsán az alábbi következtetések fogalmazhatók meg:

- A PSD analízis a domináns hullámhossz elemek azonosítására

stabil, a mintavételtől és a frekvencia lépésköztől kevéssé függő

eredményeket mutat.

- A fraktáldimenzió érzékeny a mérési és kiértékelési beállításokra.

Megfelelően kis lépésköz alkalmazásával azonban ez az

érzékenység csökkenthető.

- A fraktál kiértékelés elsősorban összehasonlító vizsgálatok

elvégzésére lehet alkalmas, azonos mérési és kiértékelési

beállítások mellett.

- A felületek részleteiben, a kis hullámhosszú összetevőkben

fellelhető információtartalmat képes a fraktál kiértékelés

megbízhatóan megjeleníteni, számszerűsíteni.

- A mintavételi lépésköz – fraktáldimenzió fentiekben bemutatott

ábrázolási módja lehetőséget ad az egyes fraktáldimenziók

értelmezési tartományának azonosítására.

A kutatás új tudományos eredményei:

1. tézis. A PSD analízisen alapuló fraktál dimenzió analízis

érzékeny a mintavételi lépésközre. Megbízható eredményeket csak

abban az esetben kapunk, ha a mintavételi távolság és a felület

domináns hullámhossza jelentősen különbözik egymástól. Az általam

vizsgált felületek esetén Ra=0,4 m felületi érdességnél maximum 4

m, míg Ra=3,2 m érdesség esetén maximum 6 m lehet a

mintavételi lépésköz. [1]

2. tézis. Műszaki felületek esetén a fraktál dimenzió nem

használható teljes spektrum analízisre. Az általam vizsgált felületek

bi-fraktál jelleget mutattak. A fraktál dimenzió térbe történő áttérés (a

logaritmikus léptékű mintavételi távolság – fraktál dimenzió diagram)

alkalmas a bi-fraktál határhullámhossz meghatározására. [2, 3]

15

3. A felületi érdesség alkalmazása tribológiai felületek

jellemzésére

Egy adott tudományterület esetén rendkívül fontos az alapkutatás,

mert ez lendíti előre a tudományterületet és nyit meg új utakat és

lehetőségeket. A 2. fejezet a felületi mikrotopográfia vizsgálatának

alapkutatási vonatkozásait mutatta meg. Ezek mellett kiemelt szerepet

kell kapjon az alkalmazott kutatás is, hiszen ennek révén kerülnek át az

új tudományos eredmények a mérnöki gyakorlatba. Jelen fejezetben

olyan eredményeket foglalok össze, melyek az érdességmérés

módszertanában ismert elemekre támaszkodnak, és az egyes módszerek

gyakorlati alkalmazására világítanak rá. Az eredmények tudományos

értéke kisebb, de gyakorlati jelentőségük kézzelfogható. Mindezek miatt

az eredményeket csak röviden ismertetem, rámutatva azokra az

alkalmazástechnikai elemekre, melyek a felületi érdességmérés

hagyományos módszerein túlmutatnak.

3.1. A felületi érdesség vizsgálata acél-ferrodo anyagpár súrlódási

vizsgálatánál

Kopási folyamatok esetén a kapcsolódó anyagpárok felülete

változásokon megy keresztül. Így a felületi érdesség részben indikátora a

változásoknak, másrészt viszont mint input paraméter a további

változások befolyásoló tényezője [Ao et. al., 2002; Schargott and Popov,

2006; Eleőd et. al., 2000; Békési and Váradi, 2013; Renner et. al, 2011;

Zielecki et. al., 2013]. Az elvégzett acél-ferrodo koptatóvizsgálatok

(részleteket ld. [4, 5]) arra kerestek választ, hogy különböző érdességű és

a csúszási irányhoz képest eltérő orientációjú felületek esetén milyen

változások következnek be. A kísérletek során a finoman megmunkált

köszörült felületek eredeti mintázata teljesen eltűnt, míg a durvább

köszörülés esetén csak átalakult. A felületek értékelésére szabványos

topográfiai paramétereket, érdességcsúcs analízist és fraktál analízist

használtunk.

A felület változásai a szabványos paraméterek esetén is jól

követhetőek voltak, bár itt viszonylag nagy szórást mutatnak az

eredmények. Érdemes kiemelni ezek közül a felület átlagos lejtését

mutató Sq térközi paramétert (ld. 3.1. táblázat). Ez a paraméter a finom

és durva köszörülés estén jelentősen eltér egymástól, de a kopási

folyamat alatt az értékei közös érték felé tolódnak el. Hasonló folyamatot

tapasztalunk a (az érdességcsúcsok átlagos lejtése) paraméter esetén,

16

mely formailag hasonlít az Sq-hoz, de tartalmát tekintve jelentősen

eltér. Ez a paraméter a saját fejlesztésű érdességcsúcs azonosító és

elemző szoftverből került meghatározásra és elsősorban a felület

domináns elemeit (érdességcsúcsait) értékeli. Így értéke – elméletileg –

kevésbé függ a mérési beállításoktól (pl. mintavételi lépésköz, mérési

terület), de az eredmények tekintetében hasonlóan nagy szórást mutat. A

két paraméter eltérő tribológiai folyamatokról számol be. Az Sq

jelentős változása és közös értéke utal arra, hogy a felületnek nem csak a

csúcszónáját, hanem a völgyeket is érik a kopás során fellépő változások,

hiszen a durva köszörülésnél ezek nem tűntek el, hatásuk az

eredményekben mégsem látszik markánsan.

A csúcsszögek esetén már a kapott értékek viszonya az Sq

paraméterrel fontos információt hordoz: a kisebb értékek azt mutatják,

hogy a köszörült felületnél nem a domináns csúcsok okozzák a felület

tagoltságát, hanem a lokális kiemelkedések (Sq ezek átlagát mutatja,

míg esetében csak a domináns elemek kerülnek értékelésre). A

csúcsszög koptatás utáni értékei tovább erősítik azt az állítást, hogy a

kopási folyamat nem csak a csúcszónában, hanem az „elérhetetlennek”

tűnő völgyekben is változásokat okoz, különösen az ottani lokális

kiemelkedésekben.

Finom (F) Durva (R)

Merőleges (N) Párhuzamos

(P) Merőleges (N)

Párhuzamos

(P)

NF_A NF_B PF_A PF_B NR_A NR_B PR_A PR_B

SΔq

[ °]

Előtt 2.7 2.9 2.8 3.1 11.8 12.6 11.1 13.4

Után 6.8 5.4 5.4 3.6 5.0 5.2 6.3 7.1

δ

[ °]

Előtt 1.19 0.92 0.86 1.13 3.99 4.89 4.10 4.36

Után 1.32 0.97 0.83 0.55 0.83 0.89 0.71 0.89

Df

[-]

Előtt 2.80 2.81 2.78 2.82 2.71 2.81 2.86 2.81

Után 2.67 2.63 2.73 2.67 2.55 2.62 2.73 2.70

3.1. táblázat. Acél felület mikrotopográfiai paraméterei és fraktál dimenziója a

koptatás előtt és után.

A fraktál dimenzió is a felület tagoltságával van összefüggésben,

mégis jól látható, hogy lényegesen eltérő viselkedést mutat a másik két

paraméterhez képest. Itt az azonos típusú megmunkálás azonos, 2,8

körüli Df értékeket ad függetlenül attól, hogy a felület durva vagy finom.

17

Az eredmények tekintetében pedig elkülönül a merőleges és párhuzamos

irány. Párhuzamos esetben az értékek közelebb maradnak az eredeti 2,8-

as értékhez, 2,7 körül ingadoznak, míg merőleges koptatás esetén tovább

csökkennek 2,6 körüli szintre. Ez utal a különböző tribológia jellegre.

Összegzésképpen elmondható, hogy a felületek tribológia szempontú

értékelése igényli a komplex vizsgálatokat, mert az egyes módszerekből

származó paraméterek más-más aspektusait tárják föl a felület

geometriájának.

3.2. Vasúti féktuskó kopási viselkedése

Öntöttvas (P10) vasúti féktuskó kopási viselkedésének feltárása során

alkalmazott érdességmérési eredményeket foglal össze ez az alfejezet. A

vizsgálatok részleteit [6] publikáció foglalja össze. A tribokémiai

reakciók során kialakuló nagy keménységű felszíni réteg, mely a magas

mechanikai és hőtani igénybevételek hatására megrepedezik, eltöredezik

és a felszínről leválik a tribokémiai kopási mechanizmus „tankönyvi”

esetét mutatja [Tallian, 1999]. Ezek mellett azonban néhány érdekes

mikrotopográfiai elem megjelenése jelentett kihívást. Ezek

elektronmikroszkópos és érdességmérési képét mutatja a 3.1. ábra.

3.1. ábra. P10-es öntöttvas féktuskó kopott felületének elektronmikroszkópos

(balra) és érdességmérési (jobbra) képe.

A 6-7 m mély és a felszínen 100 m, míg a mélyebb zónákban 20-

50 m kiterjedésű kráterek nem jellemzők tipikusan egyik ismert kopási

mechanizmusra sem. Létrejöttük okát a P10-es anyag sajátos

szövetszerkezetében találtuk meg. A 3.2. ábra a féktuskóról készült

elektronmikroszkópos keresztmetszeti csiszolatot mutatja. Ezen a képen

150 µm

2,55 m

-5,15 m

100x150 m

18

a kép bal alsó sarkától a felszínig húzódó anyagrész egy grafitkiválás,

melyen megfigyelhető, hogy a felszín közelében (5-10 m) mélységben

az igénybevételek hatására összetöredezett. Ez az állapot időben a 3.1.

ábra előzménye, melyen már az összetöredezett és így meggyengült

szemcsék kiválás utáni felszín állapota látható.

3.2. ábra. SEM felvétel: A felszín alatti réteg grafitszemcséjének összetöredezése.

A vizsgálatok eredményei felhívják a figyelmet arra, hogy az egyes –

a felszínen lokálisan megjelenő, ugyanakkor domináns méretű –

topográfiai elemek egyedi vizsgálata elengedhetetlen a tribológiai

folyamatok értékelésénél.

3.3. Felületmódosító eljárások hatása gépalkatrész mikrogeometriájára

A tribológia folyamatok sok esetben nem a működéshez, hanem a

gyártáshoz kötődnek. Turbófeltöltő lapátok felületkezelési eljárásainak

hatását vizsgáltuk a késztermék felületi minőségére. A megmunkálási

technológiák titkosítottak, így azok bemutatása és a gyártási folyamat –

legyártott mikrotopográfia kapcsolatának feltárása és bemutatása nem

lehetséges, de az egyes eljárások felületi mikrogeometriai hatásának

elemzése megerősíti a korábbi fejezetek eredményeit és új

szempontokkal ki is egészíti azokat. Az alkatrészek vizsgálata 2D-s

profilmérésekkel történt, és a kiértékelésre is kizárólag szabványos [ISO

4287:1997; ISO 12085:1996] érdességi paramétereket használtunk. Ennek

részleteit ld. [7].

Az eredmények értékeléséhez fontos tudni, hogy az alkatrész teljes

egészét érintették az egyes felületkezelési eljárások, továbbá a rajzi

dokumentáció alapján sík és hengeres felületekre egyaránt voltak

felületminőségi előírások.

19

A vizsgálatok kiterjedtek az előgyártmányra (A), valamint 4 típusú

felületkezelési eljárásra, melyek közül a C1 és C2 hasonló technológia

eltérő gyártási paraméterekkel történő alkalmazása volt, míg a C1+2 a

C1 és C2 technológiák kombinációja.

3.3. ábra. A vizsgált felületek átlagos motif magassága (balra) és a sík felületek

átlagos motif magasságának szórása (jobbra)

A felületkezelés minden technológia esetén javította az előgyártmány

felületi minőségét (ld. 3.3. ábra), de a változások megítélése már árnyalt.

Sík felületek esetén a C1 és C2 technológiák biztosították a finomabb

felületet, míg hengeres felületeknél a B és C2 technológia bizonyult

kedvezőnek. A sík felületek durvább minősége miatt megvizsgáltuk az

átlagos motifmagasság szórását is ebben az esetben. Itt a C2 kiugróan

rossz eredményt mutat, ami a folyamat kézben tarthatóságának

hiányosságaira utal.

A B C1 C2 C1+2

Rskmin -2,47 -3,74 -2,87 -5,83 -3,43

Rskmax 5,36 2,38 3,79 1,09 3,29

Rskátlag 0,19 -0,70 -0,81 -1,29 -1,20

3.2. táblázat. A felület ferdeségi mérőszáma (Rsk) a különböző megmunkálások

esetén.

Ezt a komplex képet tovább árnyalja, ha megvizsgáljuk a felület

ferdeségi mérőszámát (3.2. táblázat). Ezt a paramétert több kutatás is a

hordozófelületi jellemzők közül kiemeli és fontos tribológiai minősítő

eszközként kezeli [Sogalad et. al, 2012; Boutoutaou et. al., 2013; Novovic

et. al, 2004; Menezes and Kishor, 2009; Sedlacek et. al., 2009]. A nagy

negatív Rsk értékű felületeket tekinthetjük kedvező hordozótulajdonságú

20

tribológiai felületnek. Az eredmények alapján erre a C2 adja a

legkedvezőbb eredményt, bár a paraméter értéke igen széles

tartományban ingadozik.

A korábbi megállapításokkal összhangban kijelenthető, hogy a

felületek kiinduló állapota (sík vagy hengeres) jelentősen befolyásolja az

azonos tribológia folyamatban résztvevő felületek módosulását.

Elmondható, hogy a B, C1 és C2 technológia egyaránt alkalmas lehet

befejező műveletként, de kiválasztásuk mindig az aktuális igények

figyelembevételével kell történjen.

3.4. Következtetések, új tudományos eredmények (3. tézis)

Az egymástól független alkalmazástechnikai vizsgálatok hasonló

következtetések levonásához vezettek:

- A felületek tribológiai szempontú értékelése komplex

mikrogometriai kiértékelési módszereket kíván.

- A megbízható tribológiai elemzések igénylik a felületen lokálisan

megjelenő, de domináns méretű geometriai egyenetlenségek

részletes vizsgálatát.

- A kiinduló felületek alakja (sík vagy hengeres), a felületi textúra

iránya (merőleges, párhuzamos) befolyásolja a felület tribológia

folyamatban betöltött szerepét és azonos működési körülmények

között is eltérő felületi minőséghez vezet.

A kutatás új tudományos eredményei:

3. tézis. Tribológiai folyamatokban a kiinduló felületek geometriája

(sík vagy hengeres), a felületi textúra iránya (merőleges, párhuzamos)

befolyásolja a felület tribológia folyamatban betöltött szerepét és azonos

működési körülmények között is eltérő felületi minőséghez vezet. [4-7]

21

4. Műszaki felületek mikrotopográfiai sajátosságai

Egy tudományterület fejlődésének három nélkülözhetetlen eleme van.

Az alapkutatás, mely új lehetőségeket tár fel, az alkalmazott kutatás,

mely az új eredményeket átülteti a mérnöki gyakorlatba és az a

rendszerszemlélet, ami képes az egyes eredményeket rendszerbe

foglalni, átfogó, egységes szerkezetet képezni és ezáltal a

tudományterületen belüli kapcsolati viszonyokat értelmezni. Ebben a

fejezetben a felületi érdesség legújabb trendje, a mikrotopográfiai

sajátosságokon alapuló kiértékelés technika rendszerszemléletű

modelljét mutatom be kutatási eredményeimen keresztül.

4.1. Felületi sajátosságok értelmezése

Számos szakirodalom említi a felületi sajátosságok módszerét (pl.

[Leach, 2013; Blanc et. al, 2011; Senin et. al, 2013; Chiffre et. al., 2000; Wang

et. al, 2018]), ugyanakkor a legtöbb esetben a felületi sajátosságok

(features) alatt az ISO/DIS 25178-2 szabvány [ISO/DIS 25178-2:2012]

által definiált ún. Wolf féle szeletelő technikát értik (ld.: [Gavin et. al.,

2016]). Ez azonban mindössze a felületek érdességcsúcsainak és

völgyeinek azonosítására szolgáló módszer, mely az azonosított

érdességcsúcsok és völgyek „átlagos” jellemzését adja egy-egy

mikrotopográfiai paraméterrel (pl. S10z, S5p, S5v paraméterek). Néhány

esetben találkozunk ezen túlmutató értelmezéssel is. Bruzzone és Costa

[Bruzzone and Costa, 2013] a tribológiai folyamatok tükrében a mintázat

jellegére utaló geometriai elemeket azonosít felületi sajátosságként

(„features in the texture patterns”).

Átfogóan kiterjeszthetjük a mikrotopográfiai sajátosságok

értelmezését úgy, hogy sajátosságként definiáljuk azokat a geomatriai

jellemzőket, melyek dominánsan kapcsolódnak a gyártási vagy

működési folyamathoz.

Ez szemléletváltást jelent, mert a korábban a felületi érdességmérésre

jellemző „statikus” kiértékelési módot egy „dinamikus” váltja fel, abban

az értelemben, hogy a sajátosság már nem értelmezhető pusztán a

mikrotopográfia geometriai jellemzésével, hanem szorosan kapcsolódik

a tribológiai folyamathoz. Így egy adott felületi érdességmérés

sajátosságai egészen mások, ha a felületet létrehozó gyártási folyamatot

szeretnénk jellemezni, mint akkor, ha a tribológiai folyamatba lépő

gépalkatrészt vizsgáljuk. (Természetesen a mérés hordozza mindkét

típusú geometriai információt, de más-más szempontokat veszünk

22

figyelembe azok meghatározásánál.) A mikrotopográfiai sajátosságok

ilyen értelemben vett rendszere jelenleg még nem kidolgozott.

4.2. Felületi sajátosságok azonosításának lehetőségei

Kutatásaim az elmúlt években és jelenleg is arra irányulnak, hogy

feltárjam, melyek azok a sajátosságok, melyek egy átfogó

mikrotopográfiai sajátosságokon nyugvó kiértékelési rendszer elemeit

képezhetik. A továbbiakban bemutatok néhány saját eredményt ezen a

területen, továbbá több olyan szakirodalmi eredményt, melyek révén egy

átfogó rendszer elemei kidolgozhatóak.

A szabványos érdességi paraméterek vizsgálata kapcsán számos

szerző tett kísérletet arra, hogy kiemeljen olyan paramétereket, melyek

egy-egy gyártástechnológiával, vagy tribológia folyamattal kapcsolatba

vannak [Zavarise et. al, 2004; Buczkowski and Kleiber, 2016]. A fenti

értelmezés szerint tehát a felület egy-egy sajátosságát jellemzik ezekkel a

paraméterekkel. A mikrogeometria teherviselő, hordozó

tulajdonságainak jellemzésére évtizedek óta használják az Rsk és Rku

paramétereket. A kutatások elsősorban 2D érdességmérésekhez és

gyártási folyamatokhoz kapcsolódnak [Tóth et. al., 2013; Horváth and

Drégelyi, 2013; Grabon et. al, 2010], de találunk kopással vagy súrlódással

foglalkozó szakirodalmi forrásokat is [Sedlacek t. al, 2012; Barányi et. al,

2018]. Ezen két paraméter egyidejű alkalmazására tesz javaslatot

Whitehouse [Whitehouse, 1994] az ún. topológiai térkép megalkotásával,

melyet gyártási eljárások tribológiai minősítésére javasol.

[8] munkánkban ISO és Wiper élgeometriájú szerszámokkal

forgácsolt alumínium ötvözet anyagú alkatrészek esetén készítettük el a

topológiai térképet (4.1. ábra) és elemeztük az alapanyag – gyártási

folyamat – mikrogeometria összefüggéseit.

4.1. ábra. Topológiai térképek különböző elgeometriai kialakítások esetén

a) AS12-es anyagra; b) AS17-es anyagra

23

A közel 2000 mérési pontból megalkotott térkép bal oldalán

helyezkednek el a Wiper, míg jobb oldalon az ISO élgeometriával

gyártott felületek. Rsk=-0,45 alatt kizárólag Wiper élgeometriájú

felületek, míg Rsk=0,5 fölött kizárólag ISO élgeometriájú felületeket

találunk.

A felületi sajátosság, ami alapján a topológiai térképen

elhelyezkednek az egyes pontok, az a mikrogeometria hordozófelületi

jellege. A 4.2. ábra profiljai jól szemléltetik a plató szerű hordfelülettel

rendelkező Wiper lapkával gyártott felületet, míg a „hegyes”

érdességcsúcsok és kevésbé kiugró völgyek pozitív Rsk értéket mutatnak

az ISO lapkával történő gyártás esetén.

4.2. ábra. Érdességi profilok részlete

a) Wiper élgeometriával gyártva; b) ISO élgeometriával gyártva

A tribológiai szempontból optimális felületi geometria megtervezése és

legyártása napjaink realitásai közé tartozik, de kizárólag néhány speciális

szakterülethez köthető. Ilyen kiemelt terület a belsőégésű motorok

henger felületének kialakítása, melyre a hónolási technikát használják.

24

Az egyidejű forgó és alternáló mozgást végző szerszám az abrazív

szemcséjű hónoló hasábbal speciális keresztirányú megmunkálási

nyomokat hagy a felületen. Napjaink korszerű autóipari

technológiájaként precíziós célgépeken történik a megmunkálás. A

szakirodalom a többlépcsős megmunkálást ajánlja (plateau honing),

melynek eredményeként a kenőanyag megtartó képességet biztosító

durvább megmunkálást egy finomabb hónolási művelet követi, melynek

eredményeként a korábbi megmunkálás csúcszónája plató-szerű, sima

felületté alakul. Az így létrejövő felület jó hordozó tulajdonságokkal és

kedvező kenőanyag megtartó képességgel rendelkezik. Számos tesztpadi

kísérlet és numerikus modell eredményeként mára részletes

megmunkálási irányelvek alakultak ki. A működésre talán leginkább

ható tényező a felület mintázata. [Mezghani et. al, 2012] vizsgálatai

numerikus modellekre épülnek, ahol a hidrodinamikai kenéselméleten

alapulva a súrlódási tényező értékét vizsgálták a hónolási szög

függvényében. Vizsgálataik eredményeként a hónolási barázdák

optimális szögét 40-55°-ban és 115-130°-ban állapították meg. Több más

szerző kísérleti vizsgálatai alátámasztották ezeket az eredményeket,

melyeket az ipari gyakorlat is átvett. A súrlódási viselkedést nem csak a

barázdák szöge, hanem az érintkező felület minősége is befolyásolja.

[Ryk et. al., 2012] kísérleti eredményei a felület platószerű kialakításával,

míg [Mezghani et. al, 2013] modelljei a hónoló hasáb szemcseméretével

hozzák összefüggésbe a súrlódási viszonyokat. Közös megállapításként

elmondható, hogy a simább, platószerűen kialakított csúcszóna kisebb

súrlódási tényezőt eredményez. A felületi textúra kialakításának

legkomplexebb vizsgálatot igénylő és ezzel együtt legellentmondásosabb

kérdése a kenési viszonyok feltárása. A völgyek kenőanyag megtartó

szerepének jellemzése több területen is bizonytalan eredményeket hozott.

[53] megállapítja, hogy kísérleti eredményei nyomán a felület kenőanyag

megtartó képességét jellemző érdességi paraméterek (Rpk, Rvk, Rk) csak

gyenge (korrelációs együttható=0,66) korrelációt mutatnak a működési

tulajdonságokkal. A szakterület izgalmas és intenzíven kutatott témája a

hónolt felületre utólag (pl. lézerrel ) felvitt mintázat hatása. Több kísérlet

(ld.: [Ryk et. al., 2002; Grabon et. al, 2013]) kedvező eredményeket hozott

ezen a téren, különösen kis terhelések és nagy csúszási sebesség esetén.

[Keller et. al., 2009] igazolta, hogy még határkenési állapotban is

kedvezőbb súrlódási viselkedés mutatható ki a mintázattal rendelkező

felületeken. Napjaink legkomplexebb műszaki megoldásait ezen a téren

a Bruzzone és társai (ld.: [Bruzzone et. al., 2008]) által említett „self-

25

forming surfaces” jelentik. Ezen felületek megmunkálása olyan

technológiát jelent, mely a felület lokalizált diffúziója vagy kemény és

lágy fázisok kombinációja révén olyan felületet eredményez, mely a

kopás révén alakít ki a működés szempontjából ideális felületet.

Hengerfelületek kapcsán ezen technológiák alkalmazásáról még nem ad

tájékoztatást a szakirodalom.

A működési folyamatokra gyakorolt hatáson túl fontos kérdés, hogy a

felület mintázata miként befolyásolja a henger felületének

tönkremenetelét, kopását. A hengerfelület kopása kapcsán Slattery és

társai [Slattery et. al, 2009] több zónára osztják a felületet. A dugattyú

véghelyzetéhez közeli zónákat (TRR, BRR) elkülöníti az „egyenletes”

sebességű („normal”) zónától, továbbá külön kezeli a dugattyú

holtpontján kívül eső, ún. „skirt kontact” területet. Ezek esetében eltérő

kopási viselkedés figyelhető meg, mely felveti a henger felületének

eltérő megmunkálási igényét.

Saját vizsgálataink megerősítik [Michalski and Wos, 2011] eredményét

[9]. Méréseinkkel igazoltuk az eltérő felületi minőséget és a felületeken

végzett érdességcsúcs és karc analízis segítségével azonosítani,

számszerűsíteni is tudtuk azokat a domináns topográfiai elemeket,

melyek meghatározzák a felület jellegét. A normál működésű (middle

regime) zónában enyhe kopás (mild wear) nyomait találjuk kis

mélységű, hosszanti karcnyomok formájában, míg a végállapothoz (dead

regime) közel inkább a felület felrakódásai dominálnak. A 4.3. ábra a

karc és csúcsanalízis eredményeiből a domináns topográfiai elemek

orientációját, valamint a karcok szélességének eloszlásgörbéjét és a

csúcsok szélességének (hosszanti irányra merőleges kiterjedésének)

eloszlásgörbéjét mutatja.

4.3. ábra. A kopott hengerfelület orientációja (balra) és a domináns topográfia

elemek szélességének eloszlásgörbéje (jobbra) a normál működési (midle regime) és

a holtponti (dead regime) zónában

26

Jól megfigyelhető, hogy a karcok és felrakódott csúcsok irányultsága

180°-hoz közeli, azaz megegyezik a működési, csúszási iránnyal. Tehát

kialakulásukat döntően befolyásolja a működés kinematikája. Méretük

(szélességük) azonban jelentős különbségeket mutat. Míg a karcok

szélessége 10 m alatti, addig a felrakódott csúcsok szélessége 10-40 m

közé esik.

Kopott felületek értékelése és a kopási mechanizmus azonosításának

nélkülözhetetlen lépése a kopott felszín részletes vizsgálata. A felületen

megjelenő kopásnyomok (pl. pitting esetén a gödrösödés, vagy abráziós

kopásnál a karcnyomok, spalling típusú fáradásos kopásnál a nagyobb

kiterjedésű leválások) értékes információkat hordoznak a lezajlott

folyamatokról. Ugyanakkor a hagyományos érdességi paraméterek

használhatósága korlátozott, mert sok esetben nagy szórást mutatnak, és

nem tárják föl azokat a sajátosságokat, amik a kopási mechanizmus

azonosításához szükségesek.

Csúszóelemes differenciálmű kopási vizsgálata során a nagy

mechanikai igénybevételnek (esetenként akár 600 MPa felszíni nyomás)

kitett csapok és a kapcsolódó felületek erőteljes adhéziós kopása

figyelhető meg, miközben ezzel párhuzamosan egy felszíni réteg

kialakulása is zajlik (vizsgálatok részleteit ld. [9]). A 4.4. ábra a felület

elektronmikroszkópos és mikrotopográfiai képét mutatja.

4.4. ábra. Csúszóelemes differenciálmű belső csillagkerekének

elektronmikroszkópos (balra) és topográfiai képe (jobbra) kopott állapotban

A 4 különböző – de azonos funkciójú – felületrészről készült 4x10

csúszási iránnyal párhuzamos és 4x10 csúszási irányra merőleges

profilmérés esetén az érdességmagasság (Rz) paraméter átlaga 7,19 m,

szórása 4,09 m, míg a mérés terjedelme 18,63 m. Hasonló szórást

27

mutat az összes többi paraméter is. Nyilvánvaló, hogy alkalmatlanok a

felület jellemzésére. Fontos azonban észrevenni, hogy a felület jellege

minden mérés esetén mutat hasonlóságokat. A 4.5. ábra

érdességprofilján ezek közvetlenül megfigyelhetők: bár a profil bal

oldali szegmense jóval finomabb felületrészletet mutat, mint a jobb

középső, vagy jobb oldali felületrész, jellegét tekintve mégis találunk

közös pontokat: a felszín viszonylag sík, a völgyek jelenléte dominál,

melyek mélysége lényegesen meghaladja a kiemelkedések magasságát,

formájuk és alakjuk hasonló, bár méretük eltérő. Fraktál jellegről nem

beszélhetünk, mert nem arról van szó, hogy a nagyobb völgyek egyes

szegmensei hasonlóak az eredeti geometriára, hanem arról van szó, hogy

a kisebb és nagyobb felületi sérülésnyomok hasonlítanak egymásra, azaz

ugyanaz a mechanizmus intenzívebb, vagy kevésbé intenzív módon

hozta őket létre.

4.5. ábra. Csúszóelemes differenciálmű kopott belső csillagkerekének egy érdességi

profilja

4.6. ábra. Rz és Rv paraméterek viszonya differenciálmű kopott csillagkerekének

érdességmérése esetén

Ennek a jelenségnek a számszerűsítése csak úgy lehetséges, ha az

abszolút méretek helyett viszonyszámokat alkalmazunk és elsősorban

olyan tulajdonságokat vizsgálunk, ami ezeknek a domináns elemeknek a

28

jellemzője. Választásunk az Rz és Rv paraméterekre esett. Ezek aránya a

völgyzóna dominanciáját fejezi ki a teljes érdességhez képest.

Miközben az Rz paraméter esetén a relatív szórás 56,9%, az Rv

paraméter esetén 54,8%, addig a két paraméter hányadosára Rz/Rv = 1,61

értéket kapunk, melynek relatív szórása mindössze 14,9%. A két

paraméter viszonyát mutatja a 4.6. ábra.

4.3. A felületi sajátosságok rendszere

A mikrotopográfiai sajátosságok azonosítása tehát sokféle módon

történhet, nem szabad kizárólag egy módszerhez kötni azt. Ezeket az

eredményeket és alapelveket felhasználva kidolgoztam azt az elméletet,

mely a felületi sajátosságokat rendszerbe foglalja [10].

Topográfiai sajátosság

megnevezése

Milyen tulajdonságát írja le

a felületnek.

Az adott sajátosságot

jellemző tényező, paraméter.

Csúcszóna hordfelületi tulajdonságok,

érintkezési viszonyok,

abrazív képességek, súrlódási viselkedés

érdességcsúcsok mérete

(kiterjedés, magasság,

forma), érdességcsúcsok sűrűsége,

felületi platók kiterjedése,

hordfelületi jellemzők (RSk; RKu),

csúcsszögek,

csúcssugarak, amplitúdó paraméterek (Rz,

Rp, Rpk)

Völgyzóna kenési viszonyok, megmunkálási nyomok,

adhéziós, abráziós és

fáradásos kopási nyomok,

völgyzóna mélysége, völgyek kiterjedése,

kiszakadások, völgyek

alakja, karcok szélessége,

mélysége

amplitúdó paraméterek (Rv, Rvk)

Tagoltság adhéziós képesség,

kenőanyag megtartó képesség,

szövetszerkezet,

fraktál dimenzió,

felületarány (Sds),

átlagos lejtés (Sq),

Irányultság a működés irányát,

a kenőanyag áramlás, érintkezési viszonyok,

érdességcsúcsok/karcok

orientációja, autókorrelációs jellemzők

(Str, Sal)

Periodicitás rezgések, zaj,

súrlódás

domináns hullámhossz, korrelációs függvények,

térközi paraméterek (RS,

RSm)

4.1. táblázat. A felületi sajátosságok rendszere.

29

Megítélésem szerint a felületi sajátosságok azonosításánál öt fő

szempontot kell képezzünk: csúcszóna jellemzői, völgyzóna jellemzői, a

felület tagoltságát jellemző sajátosságok, orientáció és periodicitás.

Ezeken belül természetesen számos módszer és elv felhasználható. A

4.1. táblázat egy lehetséges rendszerezést mutat, kiemelve néhány

módszert, mely az egyes sajátosságok meghatározásában szerepet

kaphat.

4.4. Következtetések, új tudományos eredmények (4. tézis)

Szakirodalmi források és saját kutatási eredményem alapján az alábbi

következtetéseket fogalmaztam meg:

- A felületi sajátosságok értelmezése kiterjeszthető a

szakirodalomban ismert fogalomkörön túlra és sajátosságként

értelmezhetünk minden olyan domináns geometriai jellemzőt,

ami a felület működési viszonyaival összefüggésbe hozható.

- Az érdességi paraméterek egymáshoz való viszonya képes a

felület geometriai tulajdonságainak azonosítására.

- A felületi sajátosságok rendszere komplex módon kell

tartalmazza a domináns geometriai elemek (csúcsok, völgyek)

jellemzése mellett a felület irányultságát, tagoltságát és

periodicitását is.

A kutatás új, tudományos eredményei:

4. tézis. A felületi sajátosságok értelmezése kiterjeszthető a

szakirodalomban ismert fogalomkörön túlra, és sajátosságként

értelmezhetünk minden olyan domináns geometriai jellemzőt, ami a

felület működési viszonyaival összefüggésbe hozható. A felületi

sajátosságok rendszere komplex módon kell tartalmazza a domináns

geometriai elemek (csúcsok, völgyek) jellemzése mellett a felület

irányultságát, tagoltságát és periodicitását is. [8, 9, 10]

30

5. A kutatás és a bemutatott eredmények hatása, visszhangja

Az 1. tézishez kapcsolódó [1] publikáció 3 független hivatkozással

rendelkezik, ezek mindegyike hazai szerzők hazai folyóiratokban

megjelent (magyar vagy angol nyelvű) publikációi.

A 2. tézishez kapcsolódó [2] és [3] szakirodalmak mellett az

eredmények legelső bemutatása 2009-ben a felületi érdességméréssel és

kiértékeléssel foglalkozó szakemberek nemzetközi konferenciáján (12th

International Conference on Metrology and Properties of Engineering

Surfaces) került sor [11]. Ezen a konferencián a szakterület vezető

kutatóiból (T. R. Thomas, L. Blunt, B. G. Rosen, P. Pawlus) álló

bizottság az eredményeket a „Best Poster Award of 12th Met & Prop”

díjjal jutalmazta.

Ugyanezen tézishez kapcsolódóan további publikációk is születtek:

[12, 13]. Az [2], [3], [12], [13] publikációk 11 független hivatkozással

rendelkeznek. Ezek közül 6 külföldi szerzőktől származó hivatkozás,

melyek közül 4 Wos vagy Scoopus által jegyzett folyóirat.

A 3. tézishez kapcsolódó 4 publikáció [4-7] hét független

hivatkozással rendelkezik, melyek közül 4 külföldi szerzőtől származik

(ezek közül 3 Wos vagy Scoopus által jegyzett folyóiratban).

A [7]-es publikáció előzetes eredményei Nagy Viktor hallgató

közreműködésével bemutatásra kerültek a 2014-es TDK konferencián,

ahonnan OTDK-ra kerültek. A 2015-ös XXII. OTDK, Műszaki

Tudományi Szekció, 42 - Minőségügy, gépészeti méréstechnika 1

tagozatában Nagy Viktor hallgató különdíjat kapott.

A 4. tézis [8] szakirodalma 2 független nemzetközi hivatkozással

rendelkezi külföldi szerzőktől nemzetközi folyóiratban. A tézishez

kapcsolódóan a [8-10] publikációk mellett a tézishez kapcsolódik a [14]-

es publikáció, mely Sándor Szabolcs hallgatómmal közösen készült. Az

előzetes eredményeket Sándor Szabolcs bemutatta az ÓE, BGK 2012.

évi TDK konferenciáján a Méréstechnika szekcióban, ahol III. helyezést

ért el, valamint OTDK részvételt.

31

6. Hivatkozásjegyzék

[Ao et. al., 2002] Ao Y, Wang QJ, Chen P. Simulating the worn surface

in a wear process. Wear 2002; 252: 37-44

[Barányi et. al., 2016] I. Barányi, R. Keresztes, Z. Szakál, G. Kalácska:

Prediction of Surface Roughness Parameters by New

Experimentally Validated Modelling Algorithm under Abrasive

Condition; ACTA POLYTECHNICA HUNGARICA 13:(7) pp.

197-208. (2016)

[Békési and Váradi 2013] N. Békési, K. Váradi: Contact Thermal

Analysis and Wear Simulation of a Brake Block, ADVANCES IN

TRIBOLOGY 2013: Paper 878274.(2013)

[Blanc et. al., 2011] Blanc, D Grime, F Blateyron: Surface

characterization based upon significant topographic features,

Journal of Physics:ConferenceSeries 311, 012014 (2011)

[Blateyron, 2007] Blateyron, F.: New 3D Parameters and Filtration

Techniques for Surface Metrology, Quality Magazine, White Paper,

May 15 2007

[Boutoutaou et. al., 2013] H. Boutoutaou, M. Bouaziz, J.F. Fontaine:

Modelling of interference fits with taking into account surfaces

roughness with homogenization technique, International Journal of

Mechanical Sciences, Vol. 69, .P. 21-31 (2013)

[Bruzzone and Costa, 2013] A.A.G. Bruzzone, H.L. Costa: Functional

characterization of structured surfaces for tribological applications,

Procedia CIRP 12, 456–461 (2013)

[Bruzzone et. al., 2008] A. A. G. Bruzzone, H. L. Costa, P. M. Lonardo,

D. A. Lucca: Advances in engineered surfaces for functional

performance, CIRP Annals-Manufacturing Technology, 57 (2008)

p. 750-769

[Buczkowski and Kleiber, 2016] R. Buczkowski, M. Kleiber: A study of

the surface roughness in elasto-plastic shrink fitted joint, Tribology

International, Vol. 98, P. 125-132 (2016)

[Bushan, 2001] B. Bushan: Modern Tribology Handbook, CRP Press

LLC, Boca Raton, London, New York, Washington D. C. (2001)

[Chiffre et. al., 2000] L. De Chiffre, P. Lonardo, H. Trumpold, D. A.

Lucca, G. Goch, C. A. Brown, J. Raja, H. N. Hansen, Quantitative

Characterisation of Surface Texture, Annals of CIRP, Vol. 49/2, p

635-652. (2000)

32

[Eleőd et. al., 2000] Eleőd A., Devecz J., Balogh T.: Numerical

modelling of the mechanical process of particle detachment by

finite element method, Periodica Polytechnica Transportation

Engineering 28:(1-2) (2000) 77-90.

[Gavin et. al., 2016] Gavin D. MacAulay, Nicola Senin, Claudiu L.

Giusca, Richard K. Leach: Study of manufacturing and

measurement reproducibility on a laser textured structured surface,

Measurement 94 (2016) 942–948

[Grabon et. al., 2010] W. Grabon, P. Pawlus, J. Sep: Tribological

characteristics of one-process and two-process cylinder liner honed

surfaces under reciprocating sliding conditions, Tribology

International, Vol. 43, Iss.10, p. 1882-1892 (2010)

[Grabon et. al., 2013] Grabon, W., Waldemar, K., Pawlus, P., Ochwat, S,

Improving tribological behaviour of piston ring-cylinder liner

frictional pair by liner surface testuring, Tribology International,

Vol 61. (2013) p. 102-108

[Grzesik and Brol, 2009] W. Grzesik, S. Brol, “Wavelet and fractal

approach to surface roughness characterization after finish turning

of different workpiece materials” Journal of Materials Processing

Technology Vol 209, 2009, pp. 2522–2531

[Hanet. al., 2005] J.H. Han, S. Ping, H. Shengsun, “Fractal

characterization and simulation of surface profiles of copper

electrodes and aluminum sheets” Materials Science and Engineering

403, 2005, p. 174–181

[Horváth et. al., 2013] Horváth R, Drégelyi-Kiss Á (2013) Analysis of

surface roughness parameters in aluminium fine turning with

diamond tool. Measurement 2013 Conference, Smolenice, Slovakia,

pp 275–278

[Horváth, 2008] Horváth, S.: A felületi hullámosság 2D-s és 3D-s

jellemzése, a működési tulajdonságokra gyakorolt hatásának

vizsgálata és elemzése, ZMNE, PhD értekezés, Budapest, 2008.

[ISO 12085:1996] ISO 12085:1996, Geometrical Product Specifications

(GPS) -- Surface texture: Profile method -- Motif parameters

[ISO 4287:1997] ISO 4287 Geometrical Product Specification (GPS) -

Surface texture: Profile method. Terms, definitions and surface

texture parameters (1997)

[ISO/DIS 25178-2:2012] ISO/DIS 25178-2: Geometrical product

specification (GPS) - Surface texture: Areal - Part 2. Terms,

definitions and surface texture parameters (2012)

33

[Kanafi et. al., 2017] Mona Mahboob Kanafi, Ari Juhani Tuononen: Top

topography surface roughness power spectrum for pavement friction

evaluation, Tribology International 107 (2017) 240–249

[Keller et. al., 2009] Keller, J., Fridrici, V., Kapsa, Ph., Huard, J.F.:

Surface topography of cast ironin boundary lubrication, Tribology

International, Vol. 42. (2009), p. 1011-1018

[Krolczyk et. al., 2016] G.M. Krolczyk, R.W. Maruda, P. Nieslony, M.

Wieczorowski: Surface morphology analysis of Duplex Stainless

Steel (DSS) in Clean Production using the Power Spectral Density,

Measurement 94 (2016) 464–470

[Krystek, 2000] Krystek, M.: Discrete linear profile filters. Tagungsband

X. Internatoional Colloquium on Surfaces. Chemnitz, 31. Januar-

2.Februar 2000. p. 145-152

[Le Gal et. al., 2008] Le Gal, A., Guy, L., Orange, G., Bomal, Y.,

Klüppel, M., “Modelling of sliding friction for carbon black and

silica filled elastomers on road tracks”, Wear 264, 2008, 606-615.

[Le Gal et. al., 2008] Le Gal, A., Guy, L., Orange, G., Bomal, Y.,

Klüppel, M., Modelling of sliding friction for carbon black and

silica filled elastomers on road tracks. Wear 264, (2008) 606-615.

[Leach, 2013] Richard Leach: Characterisation of Areal Surface Texture,

Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2013)

[Mandelbrot , 1983] Mandelbrot BB., The fractal geometry of nature.

San Francisco, CA: Freeman; 1983

[Menezes and Kishore, 2009] Menezes PL, Kishore SV (2009) Kailas.

Influence of surface texture and roughness parameters on friction

and transfer layer formation during sliding of aluminium pin on

steel plate. Wear 267:1534–1549

[Mezghani et. al, 2012] S. Mezghani, I. Demirci, H. Zahouani, M. El

Mansori: The effect of groove texture patterns on piston-ring pack

friction. Precision Engineering, Vol. 36, Iss. 2, (2012), p. 210-217

[Mezghani et. al., 2013] Mezghani S., Demirci I., El Mansori M.,

Zahouani H.: Energy efficiency optimization of engine by frictional

reduction of functional surfaces of cylinder ring–pack system,

Tribology International, Vol. 59, .(2013), p. 240-247

[Michalski and Wos, 2011] Michalski, J., Wos, P.: The effect of cylinder

liner surface topography on abrasive wear of piston-cylinder

assembly in combustion engine, Wear 271 (2011) 582-589

34

[Mikó et. al., 2012] Mikó B, Beno J, Mankova I: Experimental

Verification of Cusp Heights when 3D Milling Rounded Surfaces;

Acta Polytechnica Hungarica, Vol.9 No.6. P.101-116 (2012)

[Novovic et. al., 2004] Novovic D, Aspinwall RC, Voice DK, Bowen P

(2004) The effect of machined topography and integrity on fatigue

life. Int J Mach Tools Manuf 44:125–134

[Palásti et. al., 2014] B. Palásti-Kovács, S. Sipos, I. Szalóki:

Experimental Research of Cutting Performance and Quality

Abilities of Modern Drilling Tools, Key Engineering Materials Vol.

581 pp 32-37 (2014)

[Pálfi et. al., 2012] László Pálfi, Tibor Goda, Károly Váradi, Enrique

Garbayo, José Manuel Bielsa, Miguel Ángel Jiménez: FE prediction

of hysteretic component of rubber friction, ADVANCES IN

TRIBOLOGY 2012: 12 p. Paper 807493

[Persson et. al., 2005] Persson, B. N. J., Albohr, O., Trataglino, U.,

Volokitin, A. I., Tosatti, E., On the nature of surface roughness with

application to contact mechanics, sealing, rubber friction and

adhesion. J Phys Cond Matter 17, (2005) R1-R62.

[Renner et. al., 2011] Renner T, Barányi I, Pék L: Sörétezett és

korundszórással felületkezelt acél alkatrészek mikrotopográfiai

vizsgálata, XVI. FMTÜ, Kolozsvár, 2011.03.24-25., pp. 257-260.

[Ryk et. al., 2002] Ryk, G., Kligerman, Y., Etsion, I.: Experimental

Investigation of Laser Surface Texturing for Reciprocating

Automotive ComponentsTribology Transactions, Vol. 45, Iss. 4.,

(2002) p. 444-449

[Scaraggi et. al., 2018] M. Scaraggi, J. Angerhausen, L. Dorogin, H.

Murrenhoff and B.N.J. Persson, Influence of anisotropic surface

roughness on lubricated rubber friction: Extended theory and an

application to hydraulic seals, Wear,

https://doi.org/10.1016/j.wear.2018.02.023

[Schargot and Popov, 2006] Schargott M, Popov V. Diffusion as a model

of formation and development of surface topography. J. Trib. Int.

2006;39:431-436

[Sedlacek et. al., 2009] Sedlacek M, Podgornik B, Vizintin J (2009)

Influence of surface preparation on roughness parameters, friction

and wear. Wear 266:482–487

[Sedlacek et. al., 2012] Sedlacek M, Podgornik B, Vizintin J (2012)

Correlation between standard roughness parameters skewness and

35

kurtosis and tribological behaviour of contact surfaces. Tribol Int

48:102–112

[Seewig, 2005] Seewig, J.: Linear and robust gaussian regression filters,

Journal of Physics: Conference Series 13 p. 254-257 (2005)

[Senin et. al., 2013] Nicola Senin, Michele Moretti and Liam A Blunt:

Identification of individual features in areal surface topography data

by means of template matching and the ring projection transform,

Surface Topography: Metrology and Properties, Vol 2, No1 (2013)

[Slattery et. al., 2009] Slattery, B., Perry, T., Edrisy, A.: Microstructural

evolution of an eutectic Al–Si engine subjected to severe running

conditions. Mater. Sci. Eng. A 512, 76–81 (2009)

[Sogolad et. al., 2012] Sogalad, H.N. Ashoka, N.G. Subramanya Udupa:

Influence of cylindricity and surface modification on load bearing

ability of interference fitted assemblies, Precision Engineering, Vol.

36, Iss. 4, . P. 629-640 (2012)

[Stahl et. al., 2011] J-E. Stahl, F. Schultheiss, S. Hagglund: Analytical

and Experimental Determination of the Ra Surface Roughness

during Turning, Procedia Engineering, 19 (2011) p. 349-356.

[Stout et. al., 1993] Stout K. J., Sullivan P. J., Dong W. P., Mainsah E.,

Luo N., Mathia T., Zahouani H. “The development of methods for

the characterisation of roughness in three dimension”, Birmingham:

University of Birmingham Edgbaston 1993

[Tallian, 1999] T. E. Tallian: Failure Atlas for Hertz Contact Machine

Elements, ASME Press (1999)

[Ţălua et. al., 2018] Ştefan Ţălua, Miroslaw Bramowiczb, Slawomir

Kuleszac, Shahram Solaymanid: Topographic characterization of

thin film field-effect transistors of 2,6-diphenyl anthracene (DPA)

by fractal and AFM analysis, Materials Science in Semiconductor

Processing 79 (2018) 144–152

[Thomas and Rosen, 2000] Thomas, T. R, Rosén, B. G.: Determination

of the sampling interval for rough contact mechanics, Tribology

International 33, p. 601-610 (2000)

[Thomas, 1998] Thomas, T. R., Rough Surface, Imp. Collage Press,

London, 1998

[Tomkiewicz, 2010] Anna Zawada-Tomkiewicz: Estimation of Surface

Roughness Parameter Based on Machined Surface Image,

Metrology and Measurement Systems 17(3) • January 2010

36

[Tóth et. al., 2013] G.N. Tóth, Á. Drégelyi-Kiss, B. Palásti-Kovács:

“Analysis of the microgeometric parameters of cut surfaces”,

Pollack Periodica 8:(02), in press, 2013

[VDA2007:2006] VDA 2007 Oberflächenbeschaffenheit Definitionen

und Kenngrößen der dominanten Welligkeit (2006)

[Wang et. al., 2018] A.Y. Wang, J.L. Mo, X.C. Wang, M.H. Zhu, Z.R.

Zhou: Effect of surface roughness on friction-induced noise:

Exploring the generation of squeal at sliding friction interface, Wear

402–403 (2018) 80–90

[Whitehouse, 1994] Whitehouse, D.J.: Handbook of surface metrology,

Inside of Phisics Publ., Bristol (1994)

[Wu, 2001] Wu, J., J.: Structure function and spectral density of fractal

profiles, Chaos, solitons and fractals, 12, 2481-2492 (2001)

[Zavarise et. al., 2004] Zavarise, G., Borri-Brunetto, M., Paggi, M., ’On

the reliability of microscopic contact models’, Wear 257, (2004) p.

229-245

[Zielecki et. al., 2013] W. Zielecki, P. Pawlus, R. Perlowski, A. Dzierwa,

Surface topography effect on strength of lap adhesive joints after

mechanical pre-treatment, Archives of Civil and Mechanical

Engineering 13 (2013) 175–185

7. A tézispontokhoz kapcsolódó tudományos közlemények

[1.] Czifra Á.: Sensitivity of power spectral density (PSD) analysis for

measuring conditions, STUDIES IN COMPUTATIONAL

INTELLIGENCE 43: pp. 505-517. (2009)

[2.] Árpád Czifra , Tibor Goda , Enrique Garbayo: Surface

characterisation by parameter-based technique, slicing method and

PSD analysis, MEASUREMENT 44:(5) pp. 906-916. (2011)

[3.] Czifra Árpád, Ancza Erzsébet: Bifractal Nature of Engineering

Surfaces, In: Proceedings of 8th International Engineering

Symposium at Bánki (IESB 2016). Konferencia helye, ideje:

Budapest, Magyarország, 2016.11.17 Budapest: Óbudai Egyetem,

2016. Paper 24. 4 p.

[4.] Czifra Á , Váradi K , Horváth S: Three dimensional asperity

analysis of worn surfaces, MECCANICA 43:(6) pp. 601-609.

(2008)

37

[5.] Árpád Czifra , Sándor Horváth: Complex Microtopography

Analysis in Sliding Friction of Steel-Ferodo Material Pair,

MECCANICA 46:(3) pp. 609-617. (2011)

[6.] Czifra Árpád , Fábián Enikő Réka , Kozma Mihály: Vasúti

féktuskó kopásának vizsgálata, GÉP 64:(7) pp. 82-85. (2013)

[7.] HORVÁTH Sándor , CZIFRA Árpád , LIPUSZ Gergely Levente ,

NAGY Viktor: Felületmódosító eljárások hatása az érdesség M-

rendszerű és motif paramétereire, In: Csibi Vencel-József (szerk.),

OGÉT 2015: XXIII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó - OGÉT

2015, pp. 149-152.

[8.] Horváth Richárd, Czifra Árpád , Drégelyi-Kiss Ágota: Effect of

conventional and non-conventional tool geometries to skewness and

kurtosis of surface roughness in case of fine turning of aluminium

alloys with diamond tools, INTERNATIONAL JOURNAL OF

ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY 78:(1-4) pp.

297-304. (2015)

[9.] Árpád Czifra, Béla Palásti Kovács: Microtopographic features of

worn surfaces, In: WTC 2013, 5th World Tribology Congress .

Konferencia helye, ideje: Torino , Olaszország , 2013.09.08 -

2013.09.13. 2013. pp. 1-4.

[10.] Czifra Árpád: Mikrotopográfiai sajátosságok alkalmazása műszaki

felületek kiértékelésére, GÉP 69:(1) pp. 21-24. (2018)

8. További tudományos közlemények

[11.] Czifra Á , Goda T , Váradi K , Garbayo E: Wide frequency range

3D power spectral density analysis of plunger’s topography of brake

system, 12th International Conference on Metrology and Properties

of Engineering Surfaces, Rzeszów , Lengyelország , 2009.07.08 -

2009.07.10. pp. 377-381.

[12.] Czifra Árpád , Barányi István , Kalácska Gábor: Fractal analysis of

microtopographies in wear, 3rd European conference on tribology.

Bécs , Ausztria , 2011.06.09 pp. 593-597.

[13.] Barányi I , Czifra Á , Horváth S , Kalácska G: Power spectral

density (PSD) analysis of worn surface, Gépészet 2010, Budapest,

Magyarország , 2010.05.25 -2010.05.26. Budapest, pp. 1-6.

[14.] Sándor Szabolcs, Czifra Árpád: Differenciálmű alkatrész

kopásának és mikrogeometriájának vizsgálata, FMTÜ XVIII., 2013.

március 21-22. Kolozsvár, Románia pp. 355-359.

38

Köszönetnyilvánítás

Ez a munka nem készülhetett volna el mindazok támogatása és segítsége

nélkül, akik az elmúlt 2 évtizedben szakmai munkájukkal és személyes

támogatásukkal mellettem álltak.

Mindenekelőtt köszönöm feleségemnek, Annának, hogy szeretetével,

biztatásával túllendített a nehéz pillanatokon és támogatott, amikor arra

volt szükségem.

Köszönöm a gyermekeimnek, Nusinak, Antinak, Lizának, Emíliának

és Liánának, hogy megértéssel, türelemmel fogadták azt, hogy időnként

nem velük, hanem a tudománnyal foglalkozom.

A szakmai munka feltételeinek megteremtéséért és az elvégzett

vizsgálatok eredményeinek értékelésében nyújtott segítségért külön

köszönetet mondok Palásti Kovács Bélának, Váradi Károlynak,

Horváth Sándornak és Goda Tibornak. Értékes támogatásuk

nélkülözhetetlen volt ezen szakmai eredmények eléréséhez.

Köszönettel tartozom azoknak a hallgatóknak is, akik lelkes

munkájukkal, a mérések kivitelezésével, kiértékelésével és sok esetben

okos szakmai észrevételeikkel segítették munkámat. Közülük kiemelten

köszönetet mondok Vinis Csaba, Ács Dániel, Sándor Szabolcs, Nagy

Viktor és Bódi János hallgatóimnak.

Deo gratias!