Модификаторы трения (трибологические составы) с фуллеренами

modifikatory-treniya-tribologicheskie-sostavy-s-fullerenami-9 Материалы с уникальными свойствами

Эффективная смазка соответствующих деталей в механизме требуется для плавного скольжения друг по другу, для уменьшения трения и износа, позволяющих снизить выбросы и потери подаваемой энергии. Для решения этих задач и открытия новых возможностей постоянно разрабатывают новые смазочные материалы и улучшенные присадки. Смазочные материалы важны, поскольку они уменьшают износ механизма, защищают поверхность от коррозии, а также иногда служат охлаждающей жидкостью.

Чтобы снизить потребление энергии и, следовательно, выбросы CO2, необходимо повысить энергоэффективность механических систем, и важным способом достижения этого результата, является разработка смазочных материалов, обеспечивающих низкое трение в компонентах машин.

modifikatory-treniya-tribologicheskie-sostavy-s-fullerenami-6

Один из подходов улучшения качества смазок заключается в добавлении в них небольших количеств модификаторов трения для уменьшения трения.

На практике многие полярные органические частицы и твердые частицы, растворенные или диспергированные в базовых маслах, приводят к заметному снижению граничного трения. Сегодня существует четыре основных класса материалов, которые были специально разработаны и применены в качестве присадок для уменьшения трения — это так называемые добавки-модификаторы трения.

Наномодификаторы трения

В последние годы растет интерес к возможности использования коллоидных твердых частиц наноразмера в качестве модификатора трения, а также противоизносных присадок. В принципе, такие частицы достаточно малы, чтобы оставаться диспергированными в жидкостях за счет движения и беспрепятственно проходить через фильтры, используемые в масляных системах.

modifikatory-treniya-tribologicheskie-sostavy-s-fullerenami-2

Но особый интерес был вызван недавними исследованиями фуллеренов, благодаря использованию которых в трибологических составах, значительно уменьшается трение.

Основные потенциальные преимущества использования наночастиц фуллерена в качестве присадок к смазочным материалам заключаются в способности использовать химические вещества, нерастворимые в неполярных базовых маслах.

Трибологические составы с фуллереном характеризуются следующими свойствами: 

  • активность составов ограничена поверхностями, они меньше взаимодействуют с другими присадками, присутствующими в смазочном материале;
  • пленкообразование в основном механическое, составы могут образовывать пленки на многих различных типах поверхностей;
modifikatory-treniya-tribologicheskie-sostavy-s-fullerenami-4
  • поскольку их пленки образуются механически, составы менее химически активны, чем обычные добавки, и поэтому более долговечны. Подобные структуры с меньшей вероятностью вступают в реакцию с другими добавками; 
  • составы нелетучие и, следовательно, не теряются в условиях высоких температур.

Таким образом, созданы стартовые условия для разработки смазочных материалов с высокими значениями смазочных свойств. Наномодификаторы трения решают проблемы с полным восстановлением рабочей поверхности в инженерных системах.

modifikatory-treniya-tribologicheskie-sostavy-s-fullerenami-8

Один из способов повышения маслянистости признано использование модифицированных присадок с фуллеренами, а также фуллеренов в любом состоянии.

Особенности наноматериалов

Наноматериалы появились в качестве потенциально экологически безопасных присадок к смазочным материалам для улучшения традиционных смазочных материалов. Применение добавок в виде наночастиц основано на принципах твердой смазки и в основном используется в качестве противоизносных, антифрикционных и противозадирных присадок. Их преимущества выражаются в более длительной эксплуатации оборудования, повышении топливной эффективности и увеличенных интервалах технического обслуживания.

Очевидно, что применение фуллеренов в маслах в качестве модификаторов восстановительной способности обеспечивает изменение характера трения при фрикционном сцеплении стальных деталей с надеждой на протекание реакций трения в зоне контакта.

modifikatory-treniya-tribologicheskie-sostavy-s-fullerenami-7

Это позволяет значительно снизить трение и износ деталей в узлах и механизмах машин, что способствует повышению надежности и долговечности.

Учеными был получена зависимость смазывающих свойств масел, наполненных фуллеренами С60, от плотности минеральной основ. Было установлено, что применение фуллеренов направлено не только на снижение трения и износа деталей, находящихся во фрикционном взаимодействии, но и на восстановление дефектных поверхностей трения.

Выяснилось, что более низкие коэффициенты трения и износа обеспечиваются за счет прокатки специфических наночастиц.

modifikatory-treniya-tribologicheskie-sostavy-s-fullerenami-5

Это означает, что снижение коэффициента трения обеспечивается даже не за счет эффекта скольжения, а за счет качения молекул и их групп по рабочим точкам поверхностей.

Следовательно, благодаря своим физико-химическим свойствам, фуллерен может влиять на снижение трения деталей при фрикционном взаимодействии в состоянии модифицированных масел. Для удешевления процесса производства была обнаружена необходимость исследования эффективного использования в смесях фуллеренов и других достаточно дешевых компонентов, таких как термически расщепленный графит в функции модификатора.

modifikatory-treniya-tribologicheskie-sostavy-s-fullerenami-1

Модифицированное масло испытано на стандартной четырехшариковой машине, где был определен положительный трибологический эффект.

Известно, что другие фуллеренсодержащие материалы являются промежуточными или пограничными продуктами, которые были получены с помощью синтеза чистых фуллеренов.

modifikatory-treniya-tribologicheskie-sostavy-s-fullerenami-3

Они более доступны на рынке, чем другие. Такие материалы, как фуллереновая сажа, могут входить в объем от 1 до 10% от массовой доли фуллерена.

Положительный эффект при применении фуллереновой сажи, был такой же, как и при применении экструдированного чистого материала С60. Фуллерены, используемые для модификаторов трения в металлургии, при использовании матриц с открытой текстурой, также обнаружили положительные изменения режима трения и дали улучшение характеристик инженерных систем. А это в очередной раз доказывает уникальные свойства маленькой, но весьма полезной наночастицы.

Оцените статью
Добавить комментарий

error: Alert: Content is protected! Внимание! Контент защищен!