Funksional xüsusiyyətləri nanohissəciklərlə yaxşılaşdırılmış sürtkü materialları
Sürtkü yağları sürtünmə və aşınmanı azaltmağa kömək edən nanoq əlavələrdən böyük fayda əldə edə bilər. Bununla belə, nanohissəciklər, qrafen monolayları və ya nüvə–qabıq quruluşlu nanosferlər kimi nanoq əlavələrin sürtkü materialında bərabər və ayrı-ayrı hissəciklər şəklində dispersləşdirilməsi son dərəcə vacibdir. Ultrasəslə dispersləşdirmə nanohissəciklərin homogen paylanmasını təmin edən və aqreqasiyanın qarşısını alan etibarlı və səmərəli qarışdırma üsulu kimi özünü doğrultmuşdur.
Nanoq əlavələri sürtkü mayelərində necə dispersləşdirmək olar? – Ultrasəslə!
Sürtkü materiallarında nanoq əlavələrin istifadəsi sürtünmə və aşınmanı azaldan triboloji xüsusiyyətləri yaxşılaşdırmağın ən təsirli üsullarından biri hesab olunur. Triboloji xüsusiyyətlərin belə yaxşılaşması enerjiyə qənaəti və emissiyaların azalmasını əhəmiyyətli dərəcədə artıraraq ətraf mühitə təsiri azaldır.
Nanoölçülü materiallarla təkmilləşdirilmiş sürtkü materiallarının hazırlanmasında çətinlik qarışdırma ilə bağlıdır: nanohissəciklər və ya kristallik nanosellüloza kimi nanomateriallar onları bərabər şəkildə ayrı-ayrı hissəciklərə ayırıb dispersləşdirən, kəsmə təsirini cəmləşdirən yüksək kəsmə qüvvəli qarışdırıcılar tələb edir. Yüksək güclü ultrasəs zondlarından istifadə edən ultrasəs emalı unikal, yüksək enerji sıxlıqlı sahələr yaradır və nanomaterialların emalında üstünlüyünü sübut etmişdir; buna görə də nanodispersiyalar üçün qəbul olunmuş üsuldur.
Molseh et al. (2009) göstərmişdir ki, üç müxtəlif nanohissəciyin (molibden disulfid (MoS2), volfram disulfid (WS2) və heksaqonal bor nitrid (hBN)) CIMFLO 20-də ultrasəs emalı ilə əldə edilən dispersiya sabitliyi mexaniki çalxalama və qarışdırma ilə əldə ediləndən daha yaxşı olmuşdur. Ultrasəs kavitasiyası unikal, yüksək enerji sıxlıqlı şərait yaratdığı üçün zond tipli ultrasəs emalı təsirlilik və səmərəlilik baxımından ənənəvi dispersləşdirmə üsullarını üstələyir.
Nanohissəciklərin ölçü, forma və konsentrasiya kimi xüsusiyyətləri onların triboloji xassələrinə təsir edir. İdeal nanoölçü materialdan asılı olaraq dəyişsə də, əksər nanohissəciklər on ilə yüz nanometr arasında ən yüksək funksional xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Sürtkü yağında nanoq əlavələrin ideal konsentrasiyası əsasən 0,1–5,0% arasındadır.
Al2O3, CuO və ya ZnO kimi oksid nanohissəcikləri sürtkü materiallarının triboloji göstəricilərini yaxşılaşdıran nanohissəciklər kimi geniş istifadə olunur. Digər əlavələrə külsüz əlavələr, ion mayeləri, borat efirləri, qeyri-üzvi nanomateriallar, karbon nanoboruları (CNTs), qrafit və qrafen kimi karbondan alınan nanoquruluşlar daxildir. Sürtkü yağlarının konkret xassələrini yaxşılaşdırmaq üçün xüsusi əlavələrdən istifadə olunur. Məsələn, aşınmanın qarşısını alan sürtkü materialları molibden disulfid, qrafit, kükürdləşdirilmiş olefinlər və dialkilditiokarbamat kompleksləri kimi yüksək təzyiq əlavələri və ya triarilfosfatlar və sink dialkilditiofosfat kimi aşınmaya qarşı əlavələr ehtiva edir.
Zond tipli ultrasəs homogenizatorları etibarlı qarışdırıcılardır və yüksək effektivlikli sürtkü materiallarının hazırlanmasında istifadə olunur. Nanoölçülü suspenziyaların hazırlanmasında üstün üsul kimi tanınan ultrasəs emalı sürtkü yağlarının sənaye istehsalı üçün yüksək səmərəliliyə malikdir.
Nanosürtkü materiallarının istehsalı üçün ultrasəs dispersləşdiriciləri haqqında ətraflı oxuyun!
Nanohissəciklərin sürtkü yağlarında yüksək məhsuldarlıqla dispersləşdirilməsi üçün sənaye ultrasəs qarışdırma sistemi.
- yaxşılaşdırılmış triboloji göstəricilər
- nanoq əlavələrin bərabər şəkildə daxil edilməsi
- bitki yağı əsaslı sürtkü materialları
- triboloji təbəqənin hazırlanması
- təbəqə metalın formalaşdırılması üçün mayelər
- soyutma effektivliyini artıran nanomayelər
- su və ya yağ əsaslı sürtkü materiallarında ion mayeləri
- dartma ilə emal üçün mayelər
Alüminium oksidin (Al2O3) ultrasəslə dispersləşdirilməsi hissəcik ölçüsünün əhəmiyyətli dərəcədə azalması və bərabər dispersləşmə ilə nəticələnir.
Nanoq əlavəli sürtkü materiallarının istehsalı
Nanomateriallarla gücləndirilmiş sürtkü yağlarının istehsalı üçün uyğun nanomaterial və güclü, səmərəli dispersləşdirmə üsulu son dərəcə vacibdir. Etibarlı və uzunmüddətli sabit nanodispersiya olmadan yüksək effektivlikli sürtkü materialı istehsal etmək mümkün deyil.
Ultrasəslə qarışdırma və dispersləşdirmə yüksək effektivlikli sürtkü materiallarının istehsalı üçün qəbul olunmuş üsuldur. Sürtkü materiallarının baza yağı nanomateriallar, polimerlər, korroziya inhibitorları, antioksidantlar və digər incə aqreqatlar kimi əlavələrlə gücləndirilir. Ultrasəsin yaratdığı kəsmə qüvvələri çox incə hissəcik ölçüsü paylanmasını təmin etməkdə yüksək səmərəliliyə malikdir. Ultrasəs (sonomexaniki) qüvvələri hətta ilkin hissəcikləri də üyüdə bilir və hissəcikləri funksionallaşdırmaq üçün tətbiq olunur; nəticədə əldə edilən nanohissəciklər üstün xüsusiyyətlərə malik olur (məsələn, səthin modifikasiyası, nüvə–qabıq quruluşlu nanohissəciklər, aşqarlanmış nanohissəciklər).
Yüksək kəsmə qüvvəli ultrasəs qarışdırıcıları yüksək effektivlikli sürtkü materiallarının səmərəli istehsalına böyük kömək göstərə bilər!
Ultrasəslə dispersləşdirildikdən sonra sink dialkilditiofosfat (ZDDP) və səthi modifikasiya olunmuş PTFE nanohissəcikləri (PHGM) ehtiva edən yağ qarışığı.
(Tədqiqat və şəkil: Sharma et al., 2017)
Sürtkü yağlarında yeni nanoq əlavələr
Sürtkü yağlarının və plastik sürtkü materiallarının funksional xüsusiyyətlərini və effektivliyini daha da yaxşılaşdırmaq üçün yeni nanoölçülü əlavələr hazırlanır. Məsələn, ekoloji sürtkü materiallarının hazırlanması üçün sellüloza nanokristalları (CNCs) tədqiq edilir və sınaqdan keçirilir. Zakani et al. (2022) göstərmişdir ki, ultrasəslə emal edilməmiş sürtkü suspenziyaları ilə müqayisədə ultrasəslə emal edilmiş CNC sürtkü materialları COF-u (sürtünmə əmsalını) və aşınmanı müvafiq olaraq təxminən 25 və 30% azalda bilər. Bu tədqiqatın nəticələri göstərir ki, ultrasəs emalı CNC-nin sulu suspenziyalarının yağlama effektivliyini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər.
Sürtkü materiallarının istehsalı üçün yüksək effektivlikli ultrasəs dispersləşdiriciləri
Sürtkü yağlarının istehsalı kimi sənaye istehsal proseslərində nanoq əlavələrdən istifadə edildikdə quru tozların (yəni nanomaterialların) maye fazaya (sürtkü yağına) homogen şəkildə qarışdırılması son dərəcə vacibdir. Nanohissəciklərin dispersləşdirilməsi nanoölçülü hissəciklərin xüsusiyyətlərini üzə çıxarmaq məqsədilə aqqlomeratları parçalamaq üçün kifayət qədər enerji tətbiq edən etibarlı və təsirli qarışdırma üsulu tələb edir. Ultrasəs cihazları güclü və etibarlı dispersləşdiricilər kimi yaxşı tanınır; buna görə də alüminium oksid, nanoborular, qrafen, minerallar və bir çox başqa materialların aqqlomeratlarını parçalamaq və onları mineral, sintetik və ya bitki yağları kimi maye fazada homogen şəkildə paylamaq üçün istifadə olunur. Hielscher Ultrasonics bütün növ homogenləşdirmə və deaqqlomerasiya tətbiqləri üçün yüksək effektivlikli ultrasəs dispersləşdiriciləri layihələndirir, istehsal edir və satışını həyata keçirir.
Sürtkü materiallarında nanoq əlavələrin ultrasəslə dispersləşdirilməsi haqqında daha ətraflı məlumat almaq üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın!
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə təsəvvür yaradır:
| Partiyanın həcmi | Axın sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | birgə işləyən cihazlar qrupu: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma, dispersləşdirmə, emulsiyalaşdırma və ekstraksiya tətbiqləri üçün yüksək effektivlikli ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Hazırlandıqdan 7 gün sonra PTFE nanosürtkü materialları (A: baza yağı, B: 1 hr ultrasəs emalı ilə hazırlanmış PTFE nanosürtkü materialı, C: 30 min. ultrasəs emalı ilə hazırlanmış PTFE nanosürtkü materialı).
(Tədqiqat və şəkil: © Kumar et al., 2013)
Ultrasəs emalının sürtkü materiallarında Al2O3-ün dispersiya sabitliyinə təsiri.
(Tədqiqat və qrafik: © Sharif et al., 2017)
Bilməyə dəyər faktlar
Sürtkü materialları nədir?
Sürtkü materiallarının və ya sürtkü yağlarının əsas təyinatı mexaniki təmasdan yaranan sürtünmə və aşınmanı, eləcə də istiliyi azaltmaqdır. İstifadə sahəsindən və tərkibindən asılı olaraq sürtkü materialları mühərrik yağlarına, transmissiya mayelərinə, hidravlik mayelərə, dişli ötürücü yağlarına və sənaye sürtkü materiallarına bölünür.
Buna görə də sürtkü materialları həm motorlu nəqliyyat vasitələrində, həm də sənaye maşınlarında geniş istifadə olunur. Yaxşı yağlamanı təmin etmək üçün sürtkü yağları adətən 90% baza yağı (əsasən neft fraksiyaları, yəni mineral yağlar) və 10%-dən az əlavə ehtiva edir. Mineral yağlardan istifadə edilmədikdə bitki yağları və ya hidrogenləşdirilmiş poliolefinlər, efirlər, silikonlar, flüorkarbonlar və bir çox başqa sintetik mayelər alternativ baza yağları kimi istifadə oluna bilər. Sürtkü materiallarının əsas təyinatı mexaniki təmasdan yaranan sürtünmə və aşınmanı azaltmaq, eləcə də sürtünmə istiliyini və enerji itkilərini azaltmaqdır. Buna görə də sürtkü materialları həm motorlu nəqliyyat vasitələrində, həm də sənaye maşınlarında geniş istifadə olunur.
Amin və fenol tipli ilkin antioksidantlar, təbii turşular, peroksidləri parçalayan maddələr və pirazinlər kimi antioksidləşdirici maddələr oksidləşməyə davamlılığı artıraraq sürtkü materiallarının xidmət müddətini uzadır. Bununla da termooksidləşdirici parçalanma daha az və daha gec baş verdiyindən baza yağı istilik təsirindən deqradasiyaya qarşı qorunur.
Sürtkü materiallarının növləri
Maye sürtkü materialları: Maye sürtkü materialları ümumiyyətlə bir növ baza yağına əsaslanır. Funksional xüsusiyyətləri və effektivliyi yaxşılaşdırmaq üçün bu baza yağına tez-tez başqa maddələr əlavə olunur. Tipik əlavələrə, məsələn, su, mineral yağ, lanolin, bitki və ya təbii yağ, nanoq əlavələr və s. daxildir.
Sürtkü materiallarının əksəriyyəti mayedir və mənşəyinə görə iki qrupa bölünə bilər:
- Mineral yağlar: Mineral yağlar xam neftin emalı ilə alınan sürtkü yağlarıdır.
- Sintetik yağlar: Sintetik yağlar süni şəkildə modifikasiya edilmiş və ya modifikasiya edilmiş neftdən sintez olunmuş birləşmələrdən istifadə etməklə istehsal edilən sürtkü yağlarıdır.
Plastik sürtkü materialı qatılaşdırıcı maddələrin maye sürtkü materialında dispersləşdirilməsi ilə qatılaşdırılmış maye sürtkü materialından ibarət bərk və ya yarımbərk sürtkü materialıdır. Plastik sürtkü materialının istehsalında sürtkü yağları baza yağları kimi istifadə olunur və əsas tərkib hissəsidir. Plastik sürtkü materialı təxminən 70% ilə 80% arasında sürtkü yağı ehtiva edir.
Nüfuzedici sürtkü materialları və quru sürtkü materialları əsasən xüsusi tətbiq sahələrində istifadə olunan digər növlərdir.
Biosürtkü materialları əsasən baza mayesinə və ya ümumi ekoloji göstəricilərinə görə belə adlandırılır; bu, hər bir əlavənin mütləq bioloji mənşəli olması demək deyil. Biosürtkü materialları adətən bitki yağlarına, sintetik efirlərə, bitkilərdən əldə edilən yağlara və ya digər bərpa olunan/bioloji parçalana bilən baza materiallarına əsaslanır. Bununla belə, ənənəvi sürtkü materialları kimi, onlar da aşınmadan qorunmanı, oksidləşmə sabitliyini, korroziyadan qorunmanı, özlülük davranışını və yükdaşıma qabiliyyətini yaxşılaşdırmaq üçün çox vaxt yenə də funksional əlavələr tələb edir. Bu o deməkdir ki, biosürtkü materialları hər bir əlavənin bioloji olmasını tələb etmək əvəzinə, geniş mənada bərpa olunan mənşə, bioloji parçalana bilmə, aşağı toksiklik və ekoloji göstəricilər əsasında müəyyən edilir.
Biosürtkü tərkiblərinin hazırlanmasında ultrasəs emalı haqqında ətraflı oxuyun!
Yuxarıda nümunə kimi sadalanan nanoq əlavələr ultrasəs dispersləşdiricilərindən istifadə etməklə sürtkü materiallarına uğurla qarışdırıla bilər.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
- Reddy, Chenga; Arumugam, S.; Venkatakrishnan, Santhanam (2019): RSM and Crow Search Algorithm-Based Optimization of Ultrasonicated Transesterification Process Parameters on Synthesis of Polyol Ester-Based Biolubricant. Arabian Journal for Science and Engineering 44, 2019.
- Zakani, Behzad; Entezami, Sohrab; Grecov, Dana; Salem, Hayder; Sedaghat, Ahmad (2022): Effect of ultrasonication on lubrication performance of cellulose nano-crystalline (CNC) suspensions as green lubricants. Carbohydrate Polymers 282(5), 2022.
- Mosleh, Mohsen; Atnafu, Neway; Belk, John; Nobles, Orval (2009): Modification of sheet metal forming fluids with dispersed nanoparticles for improved lubrication. Wear 267, 2009. 1220-1225.
- Sharma, Vinay, Johansson, Jens; Timmons, Richard; Prakash, Braham; Aswath, Pranesh (2018): Tribological Interaction of Plasma-Functionalized Polytetrafluoroethylene Nanoparticles with ZDDP and Ionic Liquids. Tribology Letters 66, 2018.
- Haijun Liu, Xianjun Hou, Xiaoxue Li, Hua Jiang, Zekun Tian, Mohamed Kamal Ahmed Ali (2020): Effect of Mixing Temperature, Ultrasonication Duration and Nanoparticles/Surfactant Concentration on the Dispersion Performance of Al2O3 Nanolubricants. Research Square 2020.
- Kumar D.M., Bijwe J., Ramakumar S.S. (2013): PTFE based nano-lubricants. Wear 306 (1–2), 2013. 80–88.
- Sharif M.Z., Azmi W.H., Redhwan A.A. M, Mamat R., Yusof T.M. (2017): Performance analysis of SiO2 /PAG nanolubricant in automotive air conditioning system. International Journal of Refrigeration 75, 2017. 204–216.
Hielscher Ultrasonics yüksək effektivlikli ultrasəs homogenizatorları istehsal edir: laboratoriya ölçüsündən başlayaraq sənaye ölçüsünədək.