Mohou částice velké jen několik nanometrů skutečně zlepšit ochranu kovových povrchů v syntetickém oleji?
Výzkumníci testovali uhlíkové nanotečky upravené hexadecylaminem jako aditivum do syntetického základového oleje PAO4 a sledovali jejich vliv na tření, opotřebení a tvorbu ochranného filmu.
Co přesně vědci testovali?
Základovou kapalinou byl syntetický polyalphaolefin PAO4.
Do něj byly přidány uhlíkové nanotečky označené CDs-HA. Jde o uhlíkové částice upravené hexadecylaminem tak, aby byly dobře rozpustné a stabilní v nepolárním oleji.
Průměrná velikost částic byla přibližně 4,2 nm.
Tribologický test probíhal v uspořádání ocelová kulička proti ocelovému kotouči při vratném pohybu. Testovalo se při zatížení 20–100 N, rychlosti 10 mm/s a době od 20 do 200 minut.
Jednoduše řečeno: vědci přimíchali velmi malé uhlíkové částice do syntetického oleje a sledovali, zda dokážou lépe oddělit dva namáhané ocelové povrchy.
Jaké množství nanoaditiva fungovalo nejlépe?
Výsledek znovu ukázal, že více aditiva automaticky neznamená lepší výsledek.
Se zvyšující se koncentrací nejprve tření i opotřebení klesaly. Po překročení optimální hodnoty ale začaly znovu růst.
Fungovalo nanoaditivum stejně dobře i při vyšším zatížení?
Ne úplně.
Při zatížení 20 N snížila 1% směs průměrný součinitel tření o 27,1 % a objem opotřebení o 45,9 %.
Při zvýšení zatížení na 100 N bylo snížení tření už pouze kolem 6,9 %.
Ochrana proti opotřebení však zůstala výraznější: objem opotřebení byl stále přibližně o 29,6 % nižší než u čistého PAO4.
Autoři vysvětlují, že při nižším zatížení mohou částice lépe působit valivým a lešticím efektem. Při vysokém tlaku tento mechanismus slábne, zatímco ochranný film a „vyplňování“ povrchu zůstávají účinnější.
Jak dopadly uhlíkové nanotečky ve srovnání se ZDDP?
Autoři při stejných laboratorních podmínkách porovnali 1% CDs-HA také s 1% ZDDP.
ZDDP dosáhlo o něco nižšího součinitele tření než uhlíkové nanotečky.
Uhlíkové nanotečky však vytvořily výrazně menší objem opotřebení a jejich průběh tření byl stabilnější.
Toto není důkaz, že jsou uhlíkové nanotečky obecně lepší než ZDDP v reálném motorovém oleji. Šlo o porovnání dvou aditiv v jednoduchém PAO4 a konkrétním laboratorním steel-on-steel testu.
Jak uhlíkové nanotečky chránily povrch?
Analýza opotřebených ploch ukázala, že uhlíkové částice skutečně pronikaly do třecího kontaktu.
Na povrchu mazivem s nanoaditivem bylo více uhlíku a dusíku a méně známek silné oxidace.
Autoři usuzují, že se CDs-HA postupně adsorbovaly a ukládaly na ocelové povrchy společně s oxidy železa. Vzniklá mezivrstva omezovala přímý kontakt kov–kov a pomáhala chránit povrch před opotřebením a oxidací.
Díky velikosti kolem několika nanometrů mohly částice navíc pronikat do mikroskopických nerovností povrchu.
Autoři jim připisují čtyři možné mechanismy:
- tvorbu ochranného filmu,
- valivý efekt,
- leštění povrchu,
- vyplňování drobných poškození a nerovností.
Vydržel účinek i při delším testu?
Ano, alespoň v rámci použitého laboratorního zařízení.
Autoři prodloužili test z 20 na 200 minut.
Po této době měla 1% směs stále průměrný součinitel tření přibližně o 20,4 % nižší a objem opotřebení o 33,6 % nižší než čistý PAO4.
Co z této studie plyne pro oleje a aditiva v praxi?
Studie ukazuje zajímavý směr vývoje bezpopelnatých nanoaditiv pro syntetické základové oleje.
Uhlíkové nanotečky byly v PAO4 dobře dispergovatelné a 1% směs podle fotografie ve studii zůstala bez viditelné sedimentace minimálně tři měsíce.
To je u nanočástic důležité, protože jejich praktickému použití často brání právě shlukování a usazování částic.
Studie také znovu potvrzuje, že u aditiv je důležité hledat optimální koncentraci, nikoliv pouze zvyšovat jejich množství.
Co tato studie naopak nedokazuje?
- Studie testovala PAO4 s jedním konkrétním nanoaditivem, nikoliv hotový komerční motorový olej.
- Neproběhl motorový test ani dlouhodobý provozní test ve vozidle nebo stroji.
- Výsledky pocházejí z laboratorního steel-on-steel vratného kontaktu.
- Nebyla hodnocena kompatibilita s těsněními, filtry, katalyzátory nebo dalšími aditivy.
- Lepší výsledek opotřebení oproti ZDDP v tomto testu neznamená obecnou nadřazenost nad ZDDP.
- Studie neurčuje, zda by taková formulace splnila automobilové nebo průmyslové výkonové specifikace.
Jaký je hlavní závěr studie?
Uhlíkové nanotečky upravené hexadecylaminem výrazně zlepšily v laboratorním testu tření a opotřebení PAO4.
Nejlepší celkový výsledek přinesla koncentrace 1 hm. %. Při zatížení 20 N kleslo tření o 27,1 % a objem opotřebení o 45,9 % proti čistému PAO4.
Analýza povrchu zároveň ukázala, že částice nebyly pouze pasivně rozptýlené v oleji: podílely se na vzniku hraniční mazací vrstvy přímo na třecím povrchu.