Mohou velmi malé kovové částice zlepšit mazací schopnosti syntetického základového oleje?
Výzkumníci tuto otázku testovali na polyalphaolefinu PAO6, do kterého přidali 20nm nanočástice niklu a následně sledovali tření, opotřebení a schopnost maziva přenášet vysoké zatížení.
Co přesně vědci testovali?
Základovou kapalinou byl syntetický olej PAO6 – polyalphaolefin.
Jeho kinematická viskozita byla přibližně 31 cSt při 40 °C a 5,9 cSt při 100 °C.
Do PAO6 byly přidány téměř kulovité niklové částice o velikosti přibližně 20 nm ve třech koncentracích:
- 0,5 hm. %,
- 1 hm. %,
- 2 hm. %.
Nanočástice byly do oleje rozptýleny ultrazvukem po dobu 30 minut.
Jednoduše řečeno: vědci porovnali čistý PAO6 se třemi verzemi stejného oleje, do kterých přimíchali různé množství velmi malých částic niklu.
Jak niklové nanočástice ovlivnily tření?
Všechny tři testované koncentrace snížily průměrný součinitel tření oproti čistému PAO6.
Nejlepší výsledek ale nepřinesla nejvyšší koncentrace.
Při koncentracích 1 % a 2 % bylo snížení tření výrazně menší – přibližně 7 %.
Nejlepší výsledky přinesla nejnižší testovaná koncentrace. To ukazuje, že u podobných aditiv existuje určité optimum a přidávání dalšího množství částic nemusí výkon dále zlepšovat.
Co se stalo s opotřebením?
Také opotřebení bylo u všech směsí s niklem nižší než u samotného PAO6.
Nejlepší výsledek opět vykázala koncentrace 0,5 hm. %.
Při 2 % nanočástic byl účinek na opotřebení naopak nejmenší.
V hlavním textu autoři uvádějí u 0,5% koncentrace 54% snížení opotřebení. V závěrečné části však uvádějí celkové rozpětí snížení opotřebení pouze 5–45 %.
Proto z tohoto rozdílu neděláme hlavní číselný závěr. Spolehlivě lze říci, že 0,5% směs vykázala ze všech testovaných variant nejnižší opotřebení.
Jak mohly niklové částice chránit povrch?
Po testech vědci zkoumali opotřebené povrchy pomocí elektronového mikroskopu a prvkové analýzy EDS.
Na površích testovaných s nanomazivem skutečně našli nikl.
To ukazuje, že se nanočástice během provozu dostávaly přímo do třecího kontaktu.
Autoři považují za pravděpodobný mechanismus takzvané tribosintrování – částice se mechanicky zachytí nebo spojí s namáhaným povrchem a vytvoří vrstvu, která omezuje přímý kontakt obou kovových ploch.
Autoři zároveň připouštějí další možné mechanismy, například vtlačování částic do povrchu nebo jejich chování podobné velmi malým „ložiskovým“ částicím.
Jak se změnila únosnost oleje při vysokém zatížení?
Druhá část výzkumu použila standardní four-ball EP test ASTM D2783.
Cílem bylo zjistit, při jakém zatížení začne docházet k zadírání a jak vysoké zatížení mazivo dokáže přenášet.
U čistého PAO6 byla počáteční záchytná zátěž přibližně 618 N.
U směsí s 0,5 % a 2 % niklu se zvýšila přibližně na 785 N.
Samotné svařovací zatížení však zůstalo stejné – 1569,6 N.
Nanočástice tedy neposunuly úplnou mez selhání testu, ale u některých koncentrací oddálily první známky zadírání a zlepšily load-wear index.
Co z této studie plyne pro průmyslové a hydraulické oleje?
Studie ukazuje potenciál nanočástic jako protioděrového a EP aditiva v syntetických základových olejích.
Je zajímavá právě pro průmyslové použití, protože PAO základové oleje se používají například v:
- průmyslových ložiskových olejích,
- hydraulických olejích,
- syntetických mazacích tucích,
- leteckých mazivech,
- teplonosných a dalších speciálních kapalinách.
Hlavní poučení je ale stejně důležité jako samotný pozitivní výsledek: optimální koncentrace byla nižší než maximální testovaná koncentrace.
Co tato studie naopak nedokazuje?
- Studie testovala čistý PAO6 s niklem, nikoliv kompletní komerční hydraulický nebo průmyslový olej.
- Neobsahovala celý běžný balíček detergentů, antioxidantů, inhibitorů koroze a dalších aditiv.
- Výsledky pocházejí z laboratorních block-on-ring a four-ball testů.
- Studie neověřovala dlouhodobou stabilitu nanočástic v reálném hydraulickém systému.
- Nezkoumala vliv na filtry, ventily, čerpadla nebo těsnění.
- Nelze z výsledku tvrdit, že přidání niklových nanočástic do běžného hotového oleje automaticky zlepší jeho vlastnosti.
- Publikace uvádí nesoulad v procentním vyjádření maximálního snížení opotřebení.
Jaký je hlavní závěr studie?
Přídavek 20nm niklových nanočástic zlepšil v laboratorních testech tribologické vlastnosti PAO6.
Nejlepší výsledky přinesla nejnižší testovaná koncentrace 0,5 hm. %, která snížila tření přibližně o 30 % a vykázala nejnižší opotřebení ze všech testovaných variant.
Analýza povrchů potvrdila přítomnost niklu přímo v místech opotřebení, což podporuje vysvětlení, že částice vytvářely ochrannou mezivrstvu mezi třecími povrchy.