Các kỹ sư thiết kế từ lâu đã tìm kiếm các phương pháp phủ vật liệu để giảm ma sát. Nhưng, việc tái cấu trúc các vật liệu mới được tìm thấy có làm giảm ma sát trên quy mô vĩ mô không? Tại đây, Chris Johnson, giám đốc điều hành của nhà cung cấp vòng bi EZO SMB Bearings, giải thích cách xử lý bề mặt trong tương lai, bao gồm cả những đổi mới trong vật liệu liên quan đến graphene và graphene (GRM) có thể cho phép mài mòn tốt hơn hoặc vô hạn.
Thường gặp trong nhiều ngành và lĩnh vực, ma sát là một thực tế của cuộc sống. Giao diện tiếp xúc lăn, xoay hoặc trượt trong mọi hệ thống do con người tạo ra, tự nhiên hoặc sinh học sẽ tạo ra ma sát. Nếu không giảm hoặc kiểm soát hiệu quả, ma sát dư thừa thường dẫn đến tổn thất hao mòn cao hơn và cuối cùng, độ tin cậy và tuổi thọ kém.
Định nghĩa cơ bản nhất của ma sát là lực ngăn cản chuyển động trơn tru và dễ dàng của hai bề mặt chuyển động tiếp xúc với nhau. Với ma sát đến hao mòn, và do đó, chất bôi trơn ở dạng lỏng hoặc rắn là cần thiết để ngăn chặn điều này. Tuy nhiên, ma sát có thể là một vấn đề phức tạp đối với các kỹ sư - ma sát mang không phải là hằng số và được giải quyết bằng cách sử dụng một số hiện tượng hoạn nạn xảy ra trong màng bôi trơn giữa các phần tử lăn, mương và lồng.
Một chất bôi trơn thích hợp sẽ làm giảm ma sát giữa các bề mặt trượt bên trong của các bộ phận của ổ trục và giảm hoặc ngăn chặn sự tiếp xúc kim loại với kim loại của các phần tử lăn trong mương của chúng. Mặc dù đây là một cách tốt để giảm hao mòn và chống ăn mòn, có những vật liệu mới, khi được sử dụng trên vòng bi, làm giảm đáng kể ma sát so với các tùy chọn xử lý bôi trơn và xử lý bề mặt hiện có trên thị trường.
Trên macro , ma sát là kết quả của sự không hoàn hảo của kính hiển vi trên các bề mặt. Tuy nhiên, ở quy mô nguyên tử, ma sát liên quan đến lực hấp dẫn giữa các nguyên tử riêng lẻ. Mối quan hệ này mở ra hiện tượng siêu đối xứng; trong đó sự không phù hợp về cấu trúc ở quy mô nguyên tử làm cho nhiều nguyên tử ở một bề mặt không thể gần với các nguyên tử ở mặt kia, dẫn đến ma sát cực kỳ thấp.
Kể từ khi siêu đại lượng được đề xuất lần đầu tiên vào năm 1990, một số nhóm đã quan sát thấy hiệu ứng, nhưng rất khó để mở rộng vì sự không nhất quán giữa các bề mặt vĩ mô. Đó là, cho đến bây giờ.
Than chì đã được sử dụng trong các nghiên cứu ban đầu do tính chất giống như mạng tinh thể của nó. Hãy tưởng tượng thùng trứng; khi các thùng được căn chỉnh, chúng dính vào nhau, nhưng nếu chúng không thẳng hàng, chúng không dính vào nhau và chúng có thể dễ dàng trượt lên nhau. Thành phần mạng tinh thể của than chì, phần nào có thể so sánh với các chồng hộp trứng này, làm cho một ứng cử viên tuyệt vời để tiếp tục những nghiên cứu này về tính siêu đối xứng.
Graphene và GRM
Graphene và tiềm năng của nó như là một chất bôi trơn vẫn chưa được khám phá, với một vài nghiên cứu về việc sử dụng nó như một chất rắn tự bôi trơn hoặc làm phụ gia cho dầu bôi trơn. Với graphene là một vật liệu hai chiều, nó cung cấp các đặc tính ma sát và mài mòn độc đáo thường không được nhìn thấy thông thường. Bên cạnh các đặc tính nhiệt, điện, quang và cơ học được thiết lập tốt, graphene có thể đóng vai trò là chất bôi trơn dạng lỏng hoặc keo cho vòng bi và thậm chí có thể được sử dụng dưới dạng mảnh trên bề mặt.
Do graphene siêu mỏng ngay cả với nhiều lớp, nên nó có thể được áp dụng cho các hệ thống có tiếp xúc dao động, xoay và trượt để giảm ma sát và mài mòn, cũng như bảo vệ vòng bi khỏi bị ăn mòn khi tiếp xúc với nước, một quá trình thường được gọi là ăn mòn tribo. Điều này là do graphene thể hiện một kết cấu trơn, có khả năng làm cho nó trở thành một chất bôi trơn tuyệt vời.
Cũng như độ cắt thấp và bảo vệ cao, ứng dụng graphene trong vòng bi NTN ngăn ngừa quá trình oxy hóa bề mặt thép do thiếu tính thấm tương đối của chất lỏng và khí. Nghiên cứu cho thấy rằng số lượng nhỏ các lớp trong graphene không chỉ làm giảm ma sát trong thép nhiều hơn bảy lần mà còn hao mòn gấp 10.000 lần, giảm ăn mòn tribo.
Quá trình thêm lớp phủ graphene vào vòng bi tương đối đơn giản so với việc thêm chất bôi trơn truyền thống - graphene không yêu cầu bất kỳ bước xử lý bổ sung nào, ngoài việc chỉ cần rắc một lượng nhỏ dung dịch hoặc phun dung dịch lên bề mặt, làm cho quá trình này trở nên đơn giản, thân thiện với môi trường và hiệu quả chi phí.
Cũng như không gây hại cho môi trường, các mảnh graphene được thêm vào bề mặt của ổ trục có thể tồn tại trong một khoảng thời gian đáng kể, do khả năng của các vảy tự định hướng lại trong các chu kỳ mòn ban đầu, cung cấp một hệ số rất thấp ma sát (COF).
Trong một nghiên cứu về tiềm năng của graphene như một chất bôi trơn mới nổi, các nhà nghiên cứu ước tính rằng việc giảm mất năng lượng do ma sát được cung cấp bởi các vật liệu mới sẽ mang lại khả năng tiết kiệm năng lượng tiềm năng 2,46 tỷ kilowatt giờ mỗi năm, tương đương 1,5 triệu thùng dầu.
Rõ ràng là sự đổi mới trong graphene và các vật liệu mới được phát hiện có tiềm năng là cả chất bôi trơn rắn và lỏng cho vòng bi, bạc đạn. Khi được phát triển đầy đủ, các tùy chọn bôi trơn mới này có thể có tác động tích cực đến nhiều ứng dụng có thể dẫn đến tiết kiệm năng lượng rất lớn.
0 nhận xét: