کاربرد فناوری نانو برای بهترکردن روغن کاری سطوح لغزنده

روان­سازهای جامد بر پایه فناوری نانو، به طور مستقیم و یا به صورت افزودنی به روانسازهای مایع، استفاده می شوند. در مطلب زیر سعی شده است با بررسی مبحث روانکاری به اثرات استفاده از نانوتکنولوژی در روانکاری اشاره گردد:
مقدمه
روان‌سازها اصطكاك و فرسودگی بین سطوح تماس را كاهش می‌دهند. اكثر روان‌سازهای مایع، روغن وگریس هستند. در كاربردهایی مثل كاربردهای فضایی و اتاقهای بسیار تمیز (clean room) و نیز در اجزای كوچك و دستگاه‌هایی كه نیاز به تعمیر آسان داشته باشند، بجای روان‌سازهای مایع از روان‌سازهای جامد استفاده می‌شود. آنها همچنین در خلاهای بالا، برای نگهداری بلندمدت و دوره‌ای و در شرایطی كه نیاز به تحمل بار زیادی می‌باشد، به كار می‌روند. روان‌سازهای جامد در شرایط دما و فشار بالا، رادیواكتیویته و محیط فعال شیمیایی بخوبی عمل می‌كنند و به صورت پودر خشك، پوشش و یا افزودنی به روان‌سازهای مایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. مورد اصلی در استفاده از آنها پاسخ به افزایش تقاضاهای تجاری برای بهبود عملكرد روان‌سازها می‌باشد. روان‌سازهای جامد، عموماً موادی لایه‌ای مانند گرافیت، دی‌سولفید مولیبدن و دی‌سولفید تنگستن هستند كه لایه‌های مولكولی تحت نیرو، اصطكاك را با لغزش روی همدیگركاهش می‌دهند. اما این لایه‌های مولكولی ممكن است به سطوح آسیب برسانند زیرا واكنش شیمیایی لایه‌ها با سطوح، باعث تجزیه، شكست و خمش سطوح فلزی می‌شوند.آنها با جمع‌شدن روی سطوح باعث ایجاد اختلال در ماشین‌كاری و ساییده شدن بیشتر قطعه فلزی می‌شوند بنابراین نیاز به روان‌سازهای جامد پایدارتر و كوچكتر داریم.
كارخانه‌ها و نیروگاه‌ها و بقیه صنایع نیاز روزافزون به روان‌سازهای پایدار دارند كه مشخصاً اصطكاك و فرسوده‌‌شدن را كاهش می‌دهد. بخصوص در صنایع خودروسازی احتیاج به گریس و روغن داریم كه براحتی قابل نگهداری باشند. در هوافضا، ابزارسازی، حفاری وصنایع نیمه‌هادی‌ها به روان‌سازی جامد با كیفیت بیشتر احتیاج داریم.
ورود فناوری نانو
روان‌سازهای خشك كه به روش فناوری نانو تولید می‌شوند، ساختارهای معدنی كروی شكل دارند و قطر آنها در حدود nm ۲۰ تا nm ۵۰ است. ساختار هندسی آنها به صورت مواد معدنی فولرین شكل می‌باشد كه به نانوذرات IF مشهور هستند. در مقایسه با صفحه‌های پهن روان‌سازهای جامد مرسوم، این ساختارهای فولرین شكل به طرز قابل توجهی كوچكتر هستند (در حدود ۲۰ مرتبه یا بیشتر). آنها مانند توپ‌های مینیاتوری عمل می‌كنند كه در حول سطوح می‌چرخند و باعث راحتی حركت قطعات تماسی می‌شوند.
اصول علمی
استفاده از روان‌سازهای جامد بر پایه فناوری نانو توسط گروه نانومواد انستیتو علوم وایزمن در اسرائیل كشف شد. آنها فهمیدند روان‌سازهای جامد تركیبات معدنی لایه‌ای هستند مانند دی‌سولفید تنگستن كه می‌توانند به شكل فولرین درآیند. این گروه شرایط خاصی را اعمال كرد كه لایه‌های این مواد بتوانند روی خودشان خم شوند و به صورت نانوذرات درآیند. روان‌سازهای جامد IF نتایج زیادی در تولید صنعتی وتسهیل فرآیند واحدهای صنعتی دارند. اول اینكه آنها اصطكاك و فرسودگی قطعات را هفت برابر بهتر از روان‌سازهای تجاری كاهش می‌دهند. به ویژه اینكه در بارگذاریهای زیاد، آنها با افزایش بازدهی استاندارد روغن، نیاز به روغن‌كاری را كاهش می‌دهند كه باعث ذخیره انرژی ،كاهش هزینه‌های جاری، نگهداری داخلی ارزان‌تر، دقت بیشتر ماشین‌های بخش‌های مختلف و حفظ محیط زیست می‌شود. همچنین به دلیل كم‌كردن اصطكاك، با كاهش صدا، ارتعاش و گرما مواجه هستیم. با استفاده از نانو ذرات IF به عنوان افزودنی به روغن و گریس‌ها، تقاضای صنایع برای افزایش عملكرد و حفظ محیط زیست برآورده می‌شود. خسارت فعلی ناشی از تعطیلی صنایع روزانه میلیون­ها دلار می­باشد. شركتها‌ تمایل دارند به منظور كمتر كردن هزینه‌ها، از روان‌سازهای دایمی استفاده كنند. روان‌سازهای IF نشان داده‌اند كه نسبت به روان‌سازهای مرسوم اصطكاك را به مقدار زیادی پایین می‌آورند و از دوام طولانی‌تری برخوردارند. بنابراین برای كاربردهای دایمی مناسب‌تر هستند. كاربرد روان‌سازهای IF همچنین باعث كم‌كردن مقدار روغن‌كاری می‌شود. اضافه‌كردن روان‌سازهای جامد به روغن‌های ماشین، بدون كاهش كیفیت عملكرد، مقدار ماده روان‌ساز مورد احتیاج را كاهش می‌‌دهد.
دلیل دیگر اینكه مواد معدنی فولرین شكل در تحمل نیروهای با مقدار بزرگ بهتر عمل می‌كنند. خواص ویژه این مواد مقاومت بالایی به آنها می­دهد. گزارش شده است كه نانوذرات دی‌سولفید تنگستن به طور قابل توجهی بیشتر از روان‌سازهای استاندارد در مقابل شوك فشار شدید ۲۱۰ مقاومت كرده‌اند. اثر دی‌سولفید تنگستن فولرین نانوكره، بر مقاومت خستگی شفت‌های تحت فشار در هنگام انجام كار در حال بررسی است ولی گزارشات دیگر نشان داده است اضافه‌كردن مقدار كمی از این مواد، علاوه بر كاهش چشمگیر اصطكاك و فرسودگی، باعث افزایش عمر قطعات حركت‌كننده در ماشین‌كاری سنگین در مقایسه با روان‌سازهای معمول می‌شود. تاكنون، برای كاهش اصطكاك مجبور به صاف كردن زیاد سطوح و از بین بردن ناهمواری‌ها تا حد امكان بودیم ولی با تكنولوژی نوین، دیگر لازم نیست سطوح را كاملاً صاف و صیقلی كنیم زیرا ذرات كوچك در درزها و شكاف‌های كوچك سطوح ناهموار گیر می‌افتند و باعث لیز شدن، حین انجام كار می‌شوند.
پیشرفت‌های بیشتر در متالوژی پودر، انواع قسمت‌های خود روغن‌كار را بهبود می‌دهد. آغشته‌كردن حفره‌ها و درزهای فلزهای پودرشده با ذرات IF ، خواص سایشی آنها را در مقایسه با وقتی كه به روغن یا سولفید تنگستن یا دی سولفید مولیبدن آغشته شوند، بهبود می‌بخشد. با توجه به نیاز صنایع به فرآیند روان‌سازی در كاربردهای ویژه آنها و درنظر گرفتن ملاحظات زیست محیطی، سودآوری اقتصادی و كم كردن هزینه‌ها، روان‌سازهای جامد بر پایه فناوری نانو یك گزینه ایده‌آل خواهد بود.

منبع : www.montegen.com
نویسنده :
رضا شیدپور

منبع : ستاد ویژه توسعه فناوری نانو