Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Nanoaditivace lubrikantů
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.

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/

Další články

Zajímavosti ve vědě a technice
Průmyslové kapaliny

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: