زکریا 7 ماه قبل

روغن موتور نانو
09123960995

در این مقاله کاربرد گروه های مختلف ذرات نانو در روغن موتور رابررسی می کنیم، گروه های نانو ذرات در نظر گرفته شده عبارتند از:
فولرن ( fullerene )، نانو الماس ( Nano diamond )، بوریک اسید فوق پراکنده ( Ultra dispersed boric acid ) و پلی تترا فلورو اتیلن ( PTFE ).
ادامه تحقیقات برای افزایش بازده سوخت منجر به پیشرفت تکنولوژی موتور گردیده است،کوچک شدن و شارژ موتور روند عمده توسعه، در کنار پذیرش گسترده سیستم نوین تزریق سوخت می باشد،معرفی موتورهای جدید تقاضای عملکرد بهتر روغن موتور را افزایش می دهند. نانو ادتیوها راه جدید به حداکثر رساندن عملکرد روغن موتور می باشند. با این حال هم در نگرش و هم در باور عملکرد آنها، شکافی عمیق بین پژوهشگران دانشگاه و حرفه ای های صنعت روغن موتور وجود دارد. اگرچه مواد نانو زمان زیادی است که وجود دارند و مطالعات زیادی روی آنها صورت گرفته، که نشان می دهد نانو تکنولوژی می تواند خواص روغن موتور را به طرز چشمگیری بهبود بخشد اما هنوز موانع فنی و قانونی زیادی برای ورود گسترده روغن موتور های نانو وجود دارد. یک مسئله عملی، فرمولاسیون روغن موتور است که باید با درنظر گرفتن تعادل بین یک سری از خواص، برای روغن موتور به کار گرفته شود که همین مسئله مانع از ورود نانو ادتیو ها به بازار می شود.در اینجا پیشرفت های استفاده از نانو ذرات در روغن موتورها، روانکارهای صنعتی و گریس ها رابررسی کرده و نمونه هایی از روند بازاریابی عمومی نامناسب با استفاده از کلمه نانو ارائه می شوند، در حالیکه هنوز چالش های فنی خاص و عدم توسعه فرمولاسیون متعادل باقیست و نیاز به عملکرد دقیق و رعایت ایمنی بیشتر در این زمینه وجوددارد.
۱- فولرن ها در روغن موتور
فولرن ها ملکول های قفسی هستند که ادعا می شود باعث بهبود خاصیت نورد ( rolling ) روغن موتور می شوند اما در واقع هرگز این ادعا ثابت نشده است. C60 فولرن کربنی است که بیشترین مطالعات بر روی آن صورت گرفته است. فولرن های معدنی دسته دیگری از فولرن ها می باشند مانند نانو ذرات فولرن ( IF-WS2) که از واکنش سولفور با تنگستن تری اکساید در دمای ۵۰۰-۶۰۰ درجه و در اتمسفر هیدروژن سنتز می شوند. نانو ذرات IF-WS¬۲یک ساختار قفسی بسته توخالی با سایز متوسط ۵۰ نانومتر دارند که خیلی بزرگتر از ملکول C60می باشند. همچنین مطالعات نشان میدهند که افزایش فولرن C60به روغن موتور بار جوش و مقاومت تنشی را افزایش می دهد. فولرن ها در مقایسه با پودرهای معمولی گرافیت و WS2پراکندگی با ثبات تری در روغن موتور دارند. به غیر از بهبود ثبات پراکندگی،IF-WS2نسبت به WS2مزیت دیگری در بهبود خواص روغن موتور نشان نمی دهد.IF-WS2به عنوان ماده افزودنی EP/AW برای روغن موتور، روغن دنده و گریس به بازار عرضه شده است، اما کاربرد آن هنوز محدود است. از جمله عوامل اصلی محدود کننده آن مطمئن نبودن راجع به ایمنی بهداشت و محیط زیست فولرن ها می باشد، و مشکل دیگر آن خوردگی مس و پایداری اکسیداسیون ضعیف آن می باشد.در نتیجه روغن موتورهایی که در آنها از IF-WS2استفاده شده است استانداردهای مورد تصویب کمیته های بین المللی روغن موتور را پاس نمی کنند. استفاده از IF-WS2موجب بهبود نسبی حفاظت سایشی در روغن موتور شده و بازده سوخت را افزایش می دهد اما موجب کاهش خواص اساسی مانند حفاظت در برابر خوردگی، به خصوص خوردگی بلبرینگ، مقاومت اکسیداسیون و دوام سیستم انتشار می شود. روغن موتورهای دارای IF-WS2می توانند به موتورهای دارای سیلندر Nikasil آسیب بزنند.
۲- نانو الماس ها در روغن موتور
نانو الماسها در روغن موتوراین اصطلاح معمولا برای الماس های فوق پراکنده ای به کار می رود که در اثر انفجار هگزاژن و یا تی ان تی در یک سیلندر بسته تولید شده اند. اندازه متوسط این ذرات ۴ تا ۶ نانومتر می باشد. به عنوان یک افزودنی روغن موتور ادعا می شود که نانو الماس ها در بین سطوح کشویی نفوذ کرده و آنها را نسبت به سایش مقاوم تر می کنند، یا به عبارت دیگر با فعال کردن نورد روغنکاری اصطکاک و سایش بین سطوح را کاهش می دهند. مطالعات و تجارب فرمولاسیون ما نتیجه گیری متفاوتی را نسبت به عملکرد EP/AW نانو الماس ها نشان می دهد: این حقیقت کهوقتی نانو الماس به روغن موتور افزوده شد کاهش اصطکاک مشاهده گردید با خواص میکرو پولیشینگ آنهاسازگار است که از سرعت نفوذ آنها در زمان اولیه کارکرد موتور و پر کردن خلل زبری و ایجاد سطوح صاف به هم چسبیده نتیجه می شود. خاصیت میکرو پولیشینگ نانو الماس ها در روغن موتورهایی که مدتی کارکرده اند کم اهمیت می شود، جاییکه نرخ سایش و زبری سطوح به همراه عواملی مانند آلودگی روغن موتور وجود دارند،از آنجایی که سایندگی نانو الماس ها با دوره اولیه کارکرد موتور از بین نمی رود خطر ابتلا به سایش بیش از حد در یک دوره زمانی طولانی تر وجود دارد. آنالیز روغن موتور خودروهایی که با روغن موتور حاوی نانو الماس کارکرده اند سطوح بالای غیر منتظره ای از فلزات سایشی مانند آلومینیوم، مس و کروم را آشکار می کند که نشان دهنده افزایش شتاب سایش رینگ پیستون و یاتاقان می باشد.نانو الماس ممکن است موجب تغییر روانکاری انگشتی راهنما شده و خطر از کار ایستادن ناگهانی آن که به چوب شدن غلتک معروف است را افزایش دهد، به هر حال مطالعات بیشتری برای درنظر گرفتن عواقب ناخواسته کاربرد نانوالماس در روغن موتور لازم می باشد.
۳- بوریک اسید در روغن موتور
در گذشته نه چندان دور بوریک اسید یه عنوان ماده افزودنی در فرمولاسیون مایع فلزکاری ( MWF ) به کار می رفت، و این به لطف خواص EP/AW بسیار عالی و عملکرد ضد باکتریایی آن بود، امروزه ولی به دلیل مسائل بهداشتی و زیست محیطی مصرف آن در مایع فلزکاری بسیار کم شده است. با این حال برخی از مطالعات اخیر که می گویند استفاده از ادتیوهای نانوذرات با پایه بور در روغن موتور می توانند به طور چشمگیری اصطکاک و سایش را در طیف وسیعی از کاربردهای حمل و نقل و صنعتی کاهش دهند، از تجدید علاقه به استفاده از اسید بوریک خبر می دهند. با جایگزینی سولفور و فسفر، ادتیوهای بور ما را به حذف منابع اصلی ضایعات و گازهای سمی منتشرشونده در محیط زیست امیدوار می کنند! متاسفانه چند مانع فنی در برابر این خوشبینی وجود دارد. اول از همه اینکه بوریک اسید هیچگونه خواص آنتی اکسیدانی ندارد، بنابراین نمی تواند جایگزین دی تیو فسفات روی ( ZDDP ) شود. دوم اینکه اسید بوریک با بعضی از ادتیوهای اصلی روغن موتور مانند TBN بوستر سازگاری ندارد، و مشکلاتی مانند خوردگی و تولید لجن ایجاد می کند،به عنوان مثال روغن موتورهای حاوی اسید بوریک نمی توانند تست های ASTM D 6557و ASTM D6593 را پاس کنند.
۴- پلی تترا فلورو اتیلن در روغن موتور
پلی تترا فلورواتیلن در صنعت روانکاری دارای جایگاه مشخصی می باشد که عملکرد چشمگیری در گریس ها، روغن های زنجیره ای، روانکارهای لایه خشک وغیره دارد. PTFE به عنوان کاهش دهنده اصطکاک و سایش شناخته شده است که منجر به استفاده از جمله PTFE به عنوان روانکار لایه خشک و بهبود دهنده اصطکاک قبل از شعار نانو در محصولاتی که روزانه مصرف می شوند گردیده است. روغن ها و گریس های حاوی PTFE به عنوان روغن هایی که بار جوش بالاتر و شاخص بار ساییش بالاتر دارند شناخته می شوند. اگرچه PTFE در برخی از پس فرآورده های واکنش موتور استفاده می شوند اما استفاده از PTFE در روغن موتور محدودیت دارد، کهبه دلیل ناپایداری ذاتی PTFE در روغن موتور، خطر گرفتگی فیلتر روغن، و همچنین مشکلات بازیافت آنمی باشد. در واقع کاربرد PTFE در روغن موتور به وسیله بزرگترین تولید کننده PTFE یعنی شرکت DuPont نیز توصیه نمی شود.
نتیجه گیری:
تا  پاییز ۲۰۱۳، مشخص شده نانو ذرات دارای پتانسیل افزایش خواص روغن موتور می باشند اما هنوز راه طولانی برای کاربرد و فرمولاسیون متعادل نانو ذرات در روغن موتور وجود دارد.