کاربرد نانو ذرات در روغن صنعتی
هدف این مقاله بررسی کاربرد نانو ذرات در روغن صنعتی و برجسته کردن استفاده از فناوری نانو در افزودنیهای روانکننده است. اگر ماشین آلات به طور صحیح روانکاری نشوند باعث پایین آمدن بازده زمانی ماشین و فرسودگی و از کار افتادگی سریع آنها میشود. در گذشته برای روانکاری از روغنهای پایه استفاده میشد اما امروزه با به وجود آمدن موتورهای سبک و تندرو استفاده از روغنهای پایه نیاز دستگاهها را برطرف نمیکند.
هنگامی که نانوذرات به روغن پایه یا آب اضافه شوند ممکن است خواص تریبولوژیکی مختلفی مثل ضد اصطکاک، ضد سایش، فشار شدید، نقطه اشتعال و مقاومت در برابر دمای بالا را افزایش دهند. البته همه ذرات زیر میکرون خواص یکسان و در نتیجه فواید یکسانی ندارند. برای خرید روغن صنعتی میتوانید به سایت کینی اویل مراجعه کرده و محصول مورد نیاز خود را به صورت آنلاین سفارش دهید تا در سریعترین زمان ممکن در محل تحویل بگیرید.
تاریخچه
یکی از رایج ترین علل اتلاف انرژی امروزه اصطکاک است. در واقع بیش از ۲۵ درصد از انرژی جهانی به دلیل اصطکاک و سایش در انواع فرآیندها و کاربردهای مختلف از بین میرود. به طور خاص در دنیای تریبولوژی محققان مشتاق توسعه گریسها و روان کنندههای با کارایی بالا برای مقابله با اثرات اصطکاک در کاربردهای مصرفی و صنعتی هستند. با تقاضای روزافزون برای روان کننده قویتر، کارآمدتر و سازگار با محیط زیست، صنایع مصرف کننده شروع به کاوش در زمینه اجرای نانو مواد در محصولات خود کردند.
نانو مواد در چند دهه گذشته جایگزین بسیاری از مواد شیمیایی سنتی در چندین صنعت مختلف شد به دلیل نسبت سطح به حجم بالا خواص فیزیکی و شیمیایی برتری ارائه میدهند. صنایع گریس و روان کنندهها به ویژه مشتاق سرمایه گذاری در تحقیقات نانو مواد هستند زیرا استفاده از نانو ذرات به شدت عملکرد روان کننده، طول عمر و دوام را افزایش میدهد.
نانو ذرات
نانو ذرات کروی شکل و بسیار ریز هستند و هنگام قرار گرفتن بین دو سطح به صورت بلبرینگهای بسیار کوچک عمل میکنند. این روان کننده تا حد زیادی سبب کاهش اصطکاک، ساییدگی و دما شده و عملکرد بهتری نسبت به سایر روان کنندههای جامد دارد به خصوص در مواقعی که بار زیادی روی سیستم وجود دارد.
این روان کننده مانع از سوختن و بهم چسبیدن و پوسته پوسته شدن سطح فلز میشود. در آغاز قرن بیستم مهندسان و دانشمندان دریافتند که روغنها یا گریسهای مستقل به اندازه کافی برای کاهش اصطکاک در کاربردهای شدید و شرایط سخت کارآمد نیستند.
بنابراین از حدود صد سال پیش افزودنیهای روان کننده نقش مهمی در موج جدید انقلاب صنعتی ایفا کردند. افزودنیها در فرمولاسیون روغن به ابزار اصلی بهبود عملکرد روانکاری تبدیل شدند.
با شروع در دهه 1920 افزودنیهایی برای اصلاح نقطه ریزش روغن، مهار خوردگی، ضد سایش، ویسکوزیته و مقاومت در برابر فشار شدید ترکیب شدند. در دهه 1980 یکی از محبوب ترین و مقرون به صرفه ترین افزودنیهای روان کننده برای کاهش اصطکاک دی سولفید مولیبدن محلول یا MoS2 بود.
کاهش اصطکاک در روغنها در اوایل دهه ۲۰۰۰ با گنجاندن افزودنیهای مبتنی بر پلیمر بهبود یافت. با گذشت زمان مشخص شد که چنین بهبودهای عملکردی متوقف شده است.
این تا زمانی بود که محققان شروع به بررسی پتانسیل ترکیب نانو ذرات کردند. نانو افزودنیها حتی در درصد وزنی بسیار کم خواص فوق را تقویت میکنند و در عین حال مقاومت در برابر اصطکاک و سایش و نقطه اشتعال را افزایش میدهند.
اکتشافات تریبولوژیکی در زمینه علم نانو
پس از ۲۵ سال تحقیق پایه علوم نانو و بیش از ۱۵ سال تحقیق و توسعه متمرکز کاربردهای نانو تکنولوژی همان چیزی را ارائه میدهند که دانشمندان به آن امیدوار بودند: ترکیب مواد کارآمد، مؤثر و عملی.
نانو افزودنیها با تعلیق یا پراکنده کردن ذرات با استفاده از روشهای مختلفی مانند فراصوت به روغنها اضافه میشوند. با انجام این کار آنها قادر به ارائه خواص عالی کاهش اصطکاک و مقاوم در برابر سایش هستند که باعث میشود نانو افزودنیها از افزودنی های سنتی متمایز شوند.
خواص ویژه نانو افزودنیها به شدت به عناصر تشکیل دهنده، شکل و اندازه آنها بستگی دارد. متداولترین آنها اکسیدهای فلزی هستند که تقریباً ۲۶ درصد از نانو افزودنیهای مورد استفاده در روانکنندهها را امروز نشان میدهند.
پس از آن نانو ذرات فلزی خالص با ۲۳ درصد قرار دارند. اکسیدهای فلزی ممکن است اکسیدهای مس، تیتانیوم، آهن، آلومینیوم و روی باشند. انواع دیگر افزودنیها عبارتند از سولفیدهای فلزی مانند دی سولفیدهای تنگستن و مولیبدن، کامپوزیتها، کربن نانوساختار و ساختارهای فولرن مانند عناصر و ترکیبات مختلف.
مکانیسم نانو ذرات
نانو ذرات دارای مکانیسمهای متعددی هستند که به وسیله آنها میتوانند برهمکنش داشته باشند و خواص روانکننده را بهبود بخشند. یکی از این مکانیسمها از طریق ایجاد لایههای تریبو است که لایههای نازک و محافظی بین دو سطح تماس هستند. این فیلم متراکم و کم برش به عنوان مکانیزم اولیه برای کاهش اصطکاک و سایش عمل میکند.
مکانیسم دیگر اثر پولیش یا صاف کننده مکانیکی است که زبری سطح را در نواحی تماس کاهش میدهد. این اثر سطح تماس بین لایه تریبو فیلم و سطح فلز را افزایش میدهد و در نتیجه ضریب اصطکاک در کار را کم میکند.
اندازه نانو ذره خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی و از این رو تریبولوژی آن را تعیین میکند. سختی نانوذرات با کاهش اندازه آنها افزایش مییابد و بسته به نوع نانوذرات، یک پیک در اندازههای مختلف مشاهده میشود. ذرات سختتر ممکن است باعث آسیب به سطوح شوند و در نتیجه اندازه بهینه نانوذره باید برای استفاده در روان کننده انتخاب شود.
نقطه ذوب نانو ذرات نیز بسته به ساختار شیمیایی آنها به طور قابل توجهی به زیر ۵۰ نانومتر کاهش مییابد. بنابراین روان کننده باید طوری طراحی شود که با مشخصات دمای عملیاتی سیستم مطابقت داشته باشد.
در نهایت نانو ذرات باید به طور همگن پراکنده شوند تا خواص خود را به روان کننده منتقل کنند. افزودن گروههای عاملی مانند سورفکتانتها یا پلیمرها به سطح نانو ذرات باعث تثبیت فضایی، محدود کردن برهمکنشهای و اندروال و محدود کردن تجمع در روانکننده پایه میشود.
یکی از پیشرفتهای اخیر در تحقیقات تریبولوژیکی ترکیب نانو افزودنیها به روانکنندههای مبتنی بر آب است. یکی از ویژگیهای اساسی نانوذرات این است که تحت تأثیر ویسکوزیته روغن پایه قرار نمیگیرند که امکان بررسی روانکاری مبتنی بر آب را به جای روغن پایه فراهم میکند. شاید مهمترین مزیت استفاده از آب به عنوان روان کننده سازگاری با محیط زیست آن باشد.
بیشتر روان کنندههای مبتنی بر روغن میتوانند سمی و برای محیط زیست مضر باشند و ممکن است قابل بازیافت نباشند. آب به عنوان یک روان کننده مستقل دارای معایب ذاتی بسیاری است. آب در مقایسه با روغنها به دلیل ویسکوزیته پایین، ظرفیت حمل بار بسیار ضعیفی دارد.
همچنین آب ضخامت لایه بسیار ضعیفی دارد و حتی ممکن است هنگام استفاده به عنوان روان کننده با فلزات تماس واکنش دهد. بسیاری از این مسائل را می توان با ادغام نانو ذرات حل کرد. با معرفی نانوذرات آب ممکن است منجر به صرفه جویی در انرژی، کاهش اصطکاک و خواص محافظتی مانند بسیاری از روانکارهای مبتنی بر روغن شود.