Témata
Reklama

Nanoaditivace lubrikantů

Využití nanomaziv v moderních technologiích zaznamenává výrazný pokrok. Nanomazivo je nový prostředek skládající se z částic o velikosti nanometrů rozptýlených v základním mazivu. Použití nanoaditiv ve formě nanočástic má vysokou účinnost z důvodu jejich vysoké chemické a biologické aktivity. Aditivace maziv nanočásticemi je jednou z možných cest k řešení problémů s likvidací bakterií a tím zlepšení biologické, chemické a technologické stability procesních kapalin. V článku je sledován vliv aditivace lubrikantů nanočásticemi oxidu křemičitého (SiO2) na součinitel tření a opotřebení.

V dnešní moderní společnosti je průmysl významným spotřebitelem energie, jeho spotřeba představuje zhruba 40 % celkové spotřeby energie. Správné uplatňování lubrikantů vede k výraznému snížení součinitele tření a následnému snížení spotřeby energie. Volba vhodného způsobu mazání a aditivace lubrikantů u konvenčních strojů může vést ke zlepšení pracovních podmínek a snížení negativního dopadu na lidské zdraví a ekologii. Následkem nesprávného zacházení s lubrikanty jsou nepříznivé účinky, jako např. znečištění životního prostředí, znečištění vod, kontaminace půdy při likvidaci a kožní záněty operátorů.

Nanomazivo je nový systém skládající se z částic o velikosti nanometrů rozptýlených v základním lubrikantu. Jeví se jako efektivní způsob, jak snížit tření mezi dvěma kontaktními plochami v závislosti na pracovních podmínkách. Využití nanočástic je pravděpodobně jednou z možných cest k řešení problémů s likvidací bakterií a tím zlepšení biologické, chemické a technologické stability procesních kapalin. Nanočástice o velikosti menší než 100 nm mají velký měrný povrch a výrazně reagují s biologickým materiálem.

Reklama
Reklama
Reklama

Použité materiály a metody

Sledován byl vliv aditivace lubrikantů nanočásticemi oxidu křemičitého (SiO2) při hodnocení součinitele tření a míry opotřebení materiálů. Cílem aditivace průmyslově dodávaných lubrikantů je zvýšit jejich biologickou stabilitu i po dlouhodobém používání a zlepšení jejich vlastností. Aditivace lubrikantů nanočásticemi oxidu křemičitého (SiO2) byla provedena v laboratorních podmínkách. Nanočástice velikosti 10 až 25 nm byly smíseny s použitým lubrikantem v poměru 0,1 g na jeden litr roztoku (obr. 1).

Obr. 1 NPs oxidu křemičitého (SiO2), SEM

Pro uskutečnění tribologického experimentu byly připraveny zkušební vzorky o průměru 50 mm a výšce 7 mm z materiálu ČSN 41 6220 a jako protikus byla použitá kulička z oceli ISO 683/13 (X105CrMo17). Vyhodnoceny byly dva druhy lubrikantů s obchodními názvy Shell Omala S4 WE 220 a Shell Omala S4 WE 460. Jsou to syntetické vysoce výkonné průmyslové převodové oleje s použitím polyalkylenglykolových základových olejů a aditiv.

Vyhodnocení součinitele tření a akustické emise (AE) mezi definovanou podložkou a protikusem při použití různých lubrikantů bylo realizováno na přístroji CETR UMI Multi-Specimen Test System, výsledky jsou znázorněny na obrázcích 2 a 3. Definované podložky byly připevněny k pohybujícímu se stolečku přístroje z důvodu zajištění rovinného (planparalelního) povrchu, po němž se ocelová kulička pohybovala během experimentu při zatížení 10 N. Do vaničky bylo dodáno mazivo a tím se zajistil mazací film mezi podložkou a protikusem. Rychlost pohybu stolku s uchycenou podložkou byla 4,042 mm.s-1 a doba trvání jednoho experimentu byla 752 sekund (100 cyklů). Měření bylo provedeno při pokojové teplotě (23 °C) a vlhkosti vzduchu 42 ± 2 %.

Obr. 2 Průběh koeficientu tření (CoF)
Obr. 3 Průběh akustické emise (AE)

Při hodnocení opotřebení protikusu byl použit optický mikroskop (LOM) Zeiss AXIO Imager M2, pomocí kterého byla vyhodnocena velikost stopy na kuličce z materiálu ISO 683/13 podle normy ČSN EN 1071-13 (obr. 4).

Obr. 4 Opotřebení protikusu

Výsledky a diskuze

Provedení tribologických experimentů mělo za cíl porovnání součinitele tření neaditovaného lubrikantu a lubrikantu s nanočásticemi oxidu křemičitého (SiO2). U lubrikantu Shell Omala 220 s přidanými nanočásticemi byla na začátku experimentu hodnota součinitele tření o 10 % vyšší než při použití lubrikantu bez aditiva. Ke konci měření se hodnoty u lubrikantu s a bez aditivace k sobě přiblížily. U lubrikantu s názvem Shell Omala 460 se po přidání nanočástic SiO2 hodnota součinitele tření v průběhu experimentu snížila o 12 % a zachovala si svou hodnotu až do konce (obr. 2).

V průběhu tribologického experimentu byla pomocí senzoru uchyceného k držáku kuličky sledována akustická emise (obr. 3). Registrovaná veličina dává informaci o změně hlučnosti během experimentu. Jedním z cílů aplikování nanoaditiv do lubrikantu je právě snížení hlučnosti převodových skříní. U obou lubrikantů po aditivaci došlo ke snížení hlučnosti. Významný je dopad na snížení akustické emise na začátku experimentu, kde dochází k vyhlazení nerovností u obou kontaktních dílů a hlučnost je vyšší. Dále se během práce a mazání oba díly srovnávají, pokud je mazací vrstva kvalitní a nepřetržitá, hodnota AE se zachovává či snižuje. U lubrikantu s názvem Omala 220 bez NPs časem dochází k dalšímu navýšení hodnoty AE, což muže být zapříčiněno částicemi oddělenými od povrchu během experimentu.

Opotřebení kuličky (protikusu) z třecí dvojice je znázorněno na obr. 4. Z něj je zřejmé, že po přidání nanoaditiv SiO2 do maziva v poměru 0,1 g.l-1 dochází k poklesu opotřebení protikusu. Tento jev je pozorován u obou zkoumaných maziv. Efekt snížení opotřebení při zatížení 10 N dosahuje 30 % u oleje Omala 220 a u Omala 460 až 50 % ve srovnání s lubrikanty bez aditivace.

Aditivace lubrikantů nanočásticemi má za cíl zachovat či zlepšit jejich tribologické vlastnosti a současně zajistit antibakteriální účinky při dlouhé exploataci nebo při odstávce stroje. Volba vhodného lubrikantu s přidáním nanoaditiv dokáže snížit náklady pomocí snížení opotřebení. Provedené tribologické testy prokázaly, že přidání nanoaditiv SiO2 do lubrikantu nemá negativní vliv na jeho tribologické chování. Efekt snížení opotřebení u protikusu při zatížení 10 N dosahuje u oleje Shell Omala 460 až 50 % v porovnání s lubrikantem bez aditivace.

Výsledky projektu „Dynamické víceosé elektrohydraulické rekuperační jednotky“, reg. č. CZ.01.1.02/0.0/0.0/15_019/0004853, byly získány prostřednictvím finanční podpory MPO v rámci programu OP PIK „Aplikace I“ a částečně podpořeny projektem LO1201 prostřednictvím finanční podpory Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory „NPU I“ a projektu OPR & DI reg. č. CZ.1.05/2.1.00/01.0005.

Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace, TUL, OCHI-Inženýring

Totka Bakalova, Petr Louda, Marián Ďurák, Román Kubeš

tbakalova@seznam.cz

//cxi.tul.cz/

Reklama
Vydání #4
Firmy
Související články
Elektronika snižuje riziko požárů

Nadarmo se oheň nepřirovnává k dobrému sluhovi, ale zlému pánovi. Historie je plná názorných příkladů o obou aspektech tohoto živlu, který jednak výrazně pomohl rozvoji civilizace, jednak také zničil mnoho výsledků lidského snažení. V laboratoři zaměřené na fyzikální hlediska a na spolehlivost detektorů vzhledem k jejich umístění v provozní síti lze najednou testovat až 40 tisíc detektorů.

Inovační vouchery k užitku všech

Jihomoravské inovační centrum (JIC) se zaměřuje na podporu inovačního podnikání a komerčního využití výzkumu a vývoje. JIC zprostředkovává propojení univerzit a vědecko-výzkumných institucí s podnikatelskou sférou, s cílem maximalizovat přínos výzkumu a vývoje na regionální a národní úrovni.

Maziva pro potravinářský průmysl

Společnost Fuchs vyrábí oleje a maziva už více než 85 let – pro téměř všechny aplikace a odvětví. S více než sto tisíci zákazníky a padesáti společnostmi po celém světě je Fuchs předním světovým nezávislým výrobcem olejů a maziv.

Související články
Výzvy při lisování hliníku

Vzhledem k neustále se zvyšujícím požadavkům na snižování spotřeby paliv automobilovém průmyslu, musí výrobci hledat cesty ke snižování hmotnosti automobilů všech produktových řad. Vedle používání ocelí AHSS a UHSS jsou hliníkové slitiny velmi atraktivní a životaschopnou možností pro výrobce. Novější typy oceli mohou být zpracovány podobným způsobem původně používaným po generace. Hliníkové materiály mají mnoho výhod i nevýhod oproti oceli, které musí být pečlivě zváženy.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vlastnosti moderních plastických maziv

Průmyslová odvětví neustále vyhledávají plastická maziva, jež nabízejí nejkvalitnější technické parametry mazání – lepší mechanickou stabilitu, zvýšenou odolnost vůči smyku a vodě, účinnější ochranu proti korozi a stálý výkon jak při vysokých, tak nízkých teplotách.

MKU_Maziva pro obrábění ozubených kol

Ještě před několika lety se musela k dosažení optimálního obrobení ozubených kol použít velká paleta různých obráběcích kapalin, situaci navíc komplikovaly různorodé povrchy a tepelné zatížení. Dnes je situace přehlednější. Vhodným výběrem pokročilých obráběcích kapalin lze výrobu ozubených kol významně zefektivnit.

Vynález bezolejového technologického maziva

Před 35 lety v klidné ulici v Evanstonu (USA) vyvinul Art Dampts vůbec první vysoce výkonné bezolejové mazivo pro lisování kovů. Pan Dampts strávil většinu své kariéry ve výzkumném centru IRMCO, které nyní nese jeho jméno.

Čistící síla pro hydraulické systémy

Majitelé podniků a provozovatelé strojů neustále hledají nové způsoby, jak zefektivnit produktivitu výroby a zvýšit svou konkurenceschopnost. Údržba hydraulických zařízení se však stále více potýká se znečištěním hydraulického systému kaly a usazeninami. Tyto usazeniny snižují efektivitu práce strojů, způsobují zbytečné prostoje a snižují celkovou produktivitu práce a navyšují celkové náklady.

Filtrace kapalin odstředivou silou

Firma technology-support, s. r. o., výhradní zástupce renomovaného výrobce vysokotlakých chladicích systémů ChipBlaster, nyní nabízí pod obchodním názvem CentraBlast filtrační čerpadla na bázi odstředivky.

Oleje pro operace lisování

Lze i dnes výrazně snížit náklady a zvýšit produktivitu při tváření kovů za studena? Proces tváření za studena je doprovázen třením, proto je nutné použít mazivo, které zabraňuje zadírání nástrojů. Tím se sníží deformační odpor a zvýší kvalita povrchu tvářeného dílu. Srovnáme-li spotřebu klasických olejů při lisování s ekologickými oleji, pak oleje řady Luba a Solester na bázi rostlinných esterů a polymerů, vyvinuté společností Molydal, vykazují nižší množství spotřebovaného oleje na vylisování stejného výlisku, prodlužují životnost lisovacích nástrojů, neobsahují žádné nebezpečné látky a jsou snadno odstranitelné. Při jejich výrobě se používají látky z obnovitelných přírodních zdrojů.

Plastické mazivo pro vysoce zatížená ložiska

Plastická maziva typu Total Ceran využívají moderní typ zpevňovadla na bázi modifikovaného kalciumsulfonátového komplexu.

Servisní zásah zabránil odstávce kulového mlýnu

I při poruše klíčového zařízení pro zpracování suroviny lze díky použití opravného mazání zabránit přerušení výroby a s tím spojeným ztrátám.

Mazání valivých ložisek

Jestliže má valivé ložisko spolehlivě pracovat, musí být správně namazáno, aby nedošlo ke styku tzv. kov na kov mezi valivými tělesy, oběžnými drahami a klecí. Mazivo rovněž chrání povrch ložiska proti opotřebení a korozi. Volba vhodného maziva spolu se způsobem mazání pro každé jednotlivé uložení je neobyčejně důležitá, stejně jako správná údržba.

Prodloužení životnosti olejů a strojů sledováním kondice oleje

Kondice a čistota oleje má zcela zásadní vliv na kondici stroje, resp. jeho spolehlivost, efektivitu a produktivitu a životnost. Problémy mazání, zasekávání ventilů, rychlé opotřebení komponent a tvorba úsad v kritických částech olejových systémů jsou příčinou dlouhých prostojů, snížené produktivity a nejdražších provozních problémů vůbec. Způsob, jak definovat příčiny a předcházet zvýšenému opotřebení komponent, je využití nových metod analýz olejů.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit