کاربرد نانوذرات WS۲ به عنوان افزودنی به روان کننده ها

مقدمه

روانكاری یا Lubrication علم تسهیل حركت نسبی سطوح در تماس با یكدیگر تعریف شده است. عدم روانكاری صحیح ماشین‌آلات علاوه بر آنكه باعث تقلیل راندمان مكانیكی و پایین آمدن بازده زمانی ماشین می‌شود، منتج به فرسایش بیش از حد، فرسودگی و از كارافتادگی زودرس آنها نیز می‌گردد. در ابتدا برای روان‌كاری از روغن‌های پایه استفاده می‌شد. ولی امروزه با به وجودآمدن موتورهای سبك و تندرو، استفاده از روغن موتورهای پایه جوابگوی نیاز نمی‌باشد. بدین منظور برای ساخت یك روغن كه بتواند مشخصات لازم را بر حسب عملكرد مورد نظر، داشته باشد دو جز اصلی به نام روغن پایه و مواد افزودنی با یكدیگر مخلوط می‌شود تا بتوان شرایط لازم برای كار موتور و همچنین محافظت از موتور را به وجود آورد. افزودنی‌ها بر حسب كاركردشان انواع مختلفی دارند كه برخی از آنها عبارتند از: افزودنی ضد اصطكاك، ضد سایش، ضد اكسیدكنندگی، پاك‌كننده، پراكنده‌كننده و غیره. در زیر به بررسی روان‌كننده WS۲ ‌ كه هم به صورت مستقیم به عنوان روان‌كننده استفاده می‌شود و هم به صورت افزودنی به سایر روان‌كننده‌ها به منظور جلوگیری از سایش قطعات درگیر موتور و همچنین كاهش اصطكاك به كار می‌رود، پرداخته می‌شود.
مشكلات ناشی از استفاده از روان‌كننده‌های رایج WS۲
روان‌کننده‌های رایج WS۲ دارای ساختاری شبیه به گرافیت بوده و با لغزیدن لایه‌ها روی همدیگر سبب کاهش اصطکاک می‌گردند. لبه‌های این لایه‌ها فعال بوده و سبب می‌شود كه این مواد به آرامی تجزیه شده یا در اثر حرارت و فشار بالا از هم بپاشند و با سطح فلز ترکیب و واكنش دهند. همچنین به خاطر بزرگ‌بودن این لایه‌ها، آنها نمی‌توانند در ترک‌ها و منافذ موجود در روی سطح وارد شوند و بنابراین بر روی هم انباشته شده و به سطح می‌چسبند و لذا بعد از مدتی از روان‌کنندگی مناسب جلوگیری می‌کنند. این عوامل سبب می‌شوند که روان‌کننده‌ها توانایی خود را از دست داده و اصطکاک ما بین دو سطح فلز افزایش یابد، بنابراین نیاز به ذرات کوچکتر و مقاومتر وجود دارد.
استفاده از نانوذرات WS۲ ‌ جهت روان‌كاری قطعات درگیر برای كاهش اصطكاك و ساییدگی
نانوذرات WS۲ به صورت جامدات کروی شكل می ‌ باش ن د. از این نانوذرات در تولید محصول ی به اسم Nanolub استفاده می‌شود و بسیار ب هتر از روان‌کننده‌های معمولی سبب کاهش اصطکاک و سایش، به خصوص در مواقع بارگیری زیاد شده و علاوه بر آن سبب افزایش طول عمر دستگاه و کاهش هزینه‌های نگه‌داری و تعمیرات می‌شوند. این روان‌کننده قابل استفاده در ماشین‌ها و دستگاه‌ها ی صنعتی و هواپیما می‌باشد. نانوذرات كروی شكل موجود در Nanolub بسیار ریز هستند و می‌توان گفت كه هنگام قرارگرفتن بین دو سطح به صورت بلبرینگ‌های بسیار کوچک عمل می‌کنند. آزمایش‌های بسیاری نشان می‌دهند که این روان‌کننده تا حد بسیار زیادی سبب کاهش اصطکاک، ساییدگی و دما شده و بسیار بهتر از سایر روان‌کننده‌ها ی جامد عمل می‌کنند به خصوص در مواقعی که بار زیادی روی سیستم وجود دارد. این روان‌کننده همچنین از سوختن و به‌هم‌چسبیدن و پوسته پوسته‌شدن سطح فلز جلوگیری می ‌ کند. روان‌کننده Nanolub به صورت افزودنی به روان‌کننده‌های مایع ، گ ریس‌ها، به صورت پودر جامد، پوشش نازک کامپوزیتی روی فلز و به صورت لایه پلیمری کامپوزیتی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. روان‌کننده دارای نانوذرات WS۲ در روی سطوح زبر به خوبی عمل می‌نماید. ا ی ن امر بدین معنی است که سطوحی را که روی هم می‌لغزند دیگر لازم نیست به صورت کاملاً یکنواخت صاف و جلا داد. چنانچه در روش‌های رایج برای کاهش اصطکاک نیاز به جلادادن و صاف‌نمودن سطح تا حد بسیار زیاد لازم است که این امر نیاز به صرف هزینه و وقت و دقت بالایی دا رد . با استفاده از روان‌کننده Nanolub در روی سطوح زبر این سطوح بعد از مدتی خودشان به صورت خودكار سبب روان‌شدن سطح می ‌ گردند چرا که روان‌کننده در منافذ بین سطح به دام می‌افتد و به تدریج با ساییده‌شدن زبری‌های بزرگ سطح آزاد شده و عمل روان‌کنندگی را انجام می‌دهد و از ایجاد اصطکاک در بین سطوح تا حد زیادی جلوگیری می‌کند.چنانچه در نمودار دیده می‌شود در روان‌كننده‌های معمولی با افزایش بارگذاری ضریب اصطكاك بعد از مدتی به طور ناگهانی افزایش می‌یابد در حالی كه این افزایش در هنگام استفاده از نانوذرات WS۲ ‌ در بارگذاری‌های بسیار بالا دیده می‌شود و میزان افزایش ضریب اصطكاك نیز بسیار كم می‌باشد.
روشهای استفاده از نانوذرات WS۲ ‌
• به صورت افزودنی به روغن
• افزودنی به گریس
• جزء لایه‌های کامپوزیتی پلیمر
• در پوشش‌های کامپوزیت‌های فلزی
برخی از خصوصیات و مزیت های Nanolub
• کاهش اصطکاک و ساییدگی به صورت بسیار بهتر از سایر روان‌کننده‌های رایج به خصوص در بارگذاری بالا
• طولانی‌بودن طول عمر روان‌كننده
• توانایی تحمل بارگذاری بسیار زیاد
• پایداری شیمیایی و فیزیکی بالا ی نانوذرات
• صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش آلودگی
• سازگار با محیط زیست
• حفظ دقت بالای اجزاء مختلف دستگاه بعد از کارکرد طولانی
• کاهش هزینه تهیه و ساخت اجزاء ماشین‌ها و دستگاه‌ها به خاطر کارکرد مناسب در روی سطوح زبر
خصوصیات برجسته Nanolub ناشی از اندازه نانو
• قابلیت نفوذ در منافذ ریز
• جلوگیری از Build up سطوح
• امكان ایجاد سطوح خودروان‌کننده
مزایای ناشی از کروی شكل‌بودن نانوذرات WS۲
• کاهش اصطکاک تا حد بسیار بیشتری از لایه‌های رایج روان‌کننده به خاطر قابلیت چرخیدن کره‌ها
• پایداری شیمیایی به خاطر عدم وجود لبه‌ها
• عمر کاری طولانی‌تر
• پایداری فیزیکی بالا
• عدم چسبیدگی به سطح
بازار های مورد هدف Nanolub
• عدم نیاز به نگهداری همیشگی دستگاه‌ها - هواپیمایی، شاتل‌ها و توربین‌ها
• کارخانه‌های نیازمند به محیط تمیز - نیمه‌رساناها
• تحمل بارگذاری زیاد - ماشین‌ها و دستگاه‌های سنگین
• محیط‌های غیرعادی- خلاهای بالا، تشعشع و فضای بیرون جو
• کاربردهای نظامی- موتورهای بدون صدا
• لایه‌های کامپوزیتی- پوشش‌های ضد خوردگی

نویسنده : حسن برگزین

منبع : ستاد ویژه توسعه فناوری نانو