Prestazioni tribologiche di IL/(GO

Mar 19, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14368 (2022) Citare questo articolo

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In questo articolo, abbiamo studiato l’effetto dell’irradiazione spaziale sulle proprietà lubrificanti dei rivestimenti lubrificanti solido-liquido IL/(GO-MWCNT). I rivestimenti lubrificanti solido-liquido sono costituiti da liquidi ionici (IL), ossido di grafene (GO) e nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT). Gli esperimenti di irradiazione sono stati condotti utilizzando apparecchiature di simulazione del terreno. L'irradiazione di ossigeno atomico (AO), ultravioletto (UV), protoni (Pr) ed elettroni (El) altera la composizione, la struttura, la morfologia e le proprietà tribologiche dei rivestimenti lubrificanti solido-liquido. I risultati sperimentali mostrano i cambiamenti di composizione indotti dall'irradiazione, inclusa la decomposizione dei lubrificanti ILs. Il danno al materiale lubrificante è stato il più grave per l'irradiazione Pr e il minimo per l'irradiazione UV.

Grazie all’ampia gamma di potenziali vantaggi, l’uso di sistemi di lubrificazione compositi solido-liquido1,2,3,4 nei settori automobilistico e aerospaziale è stato promosso con entusiasmo negli ultimi due decenni. Il sistema di lubrificazione composito solido-liquido è costituito da fluidi base e nanoadditivi. I fluidi di base vengono utilizzati principalmente per ridurre l'attrito tra le superfici delle parti mobili, mentre le apparecchiature della macchina con raffreddamento, sigillatura, corrosione, ruggine, isolamento, trasmissione di potenza, impurità di pulizia, ecc.5. I nanoadditivi hanno il potenziale di ridurre l'attrito e l'usura delle parti mobili e di aumentare la durata della macchina6,7,8,9.

Numerosi studi hanno esaminato l’effetto dell’aggiunta di varie nanoparticelle ai nanolubrificanti a base di olio. Niraj Kumar et al. sono stato; hanno riferito che le proprietà antiusura dell’olio di palma sono migliorate grazie all’aggiunta di nanotubi α e β-MnO2 con diametri di circa 10–40 nm10. Secondo Jatti et al.11, l'utilizzo di CuO come additivo migliora le proprietà di attrito e usura dell'olio motore multigrado a base minerale. Riferiscono che il nano additivo CuO converte l’attrito radente in attrito volvente, riducendo così il coefficiente di attrito effettivo tra le superfici di sfregamento. Vlad Bogdan Nist et al.12,13 hanno riferito che le nanoparticelle WS2 hanno reagito con il substrato di acciaio ad alta temperatura e pressione per formare un tribo-film protettivo, riducendo così la penetrazione di H nei cuscinetti volventi e prevenendo così l'infragilimento da H. È stato inoltre riportato che gli additivi compositi hanno prestazioni migliori dei singoli additivi14. Arvind Kumar et al.15 hanno esplorato nanocompositi a base di grafene funzionalizzati con polimeri come additivi lubrificanti, che possono sostituire i tradizionali materiali sfusi grazie alle loro dimensioni su scala nanometrica e alle buone proprietà meccaniche e termiche. Ramón-Raygoza et al.16 hanno riportato un comportamento tribologico migliorato del grafene multistrato impregnato con rame (MLG-Cu). Luo et al.17 hanno studiato le proprietà lubrificanti degli additivi al grafene con diversi gradi di esfoliazione, fornendo nuove informazioni sulla relazione tra l'evoluzione della nanostruttura indotta dall'attrito e le proprietà lubrificanti del grafene come additivo lubrificante. Questo risultato ha un eccellente potenziale per la progettazione strutturale del grafene come additivo lubrificante.

Recentemente, la lubrificazione sinergica solido-liquido basata su rivestimenti in carbonio simile al diamante (DLC) è diventata un sistema di lubrificazione interessante grazie al suo attrito estremamente basso e alla buona resistenza all'usura in tutti i regimi di lubrificazione18,19. Nanoparticelle di nichel (diametro medio 7 nm) ricoperte con oleylammina e acido oleico sono state aggiunte al sistema di lubrificazione sinergico solido-liquido DLC/DIOS20. In tutti gli schemi di lubrificazione, le prestazioni di lubrificazione del sistema sono state significativamente migliorate con l’aggiunta di nanoparticelle di Ni. Il coefficiente di attrito è ridotto del 10,3–19,1% e il tasso di usura del DLC può essere ridotto del 50% nello stato di lubrificazione limite. Abbiamo precedentemente preparato rivestimenti DLC/IL/(GO-MWCNT), che mostravano proprietà di riduzione dell'attrito in condizioni di alto vuoto. I nanofluidi hanno anche mostrato una migliore resistenza all’usura trasferendo grafene e nanotubi di carbonio a parete multipla come separatori. Il loro effetto sinergico ha migliorato significativamente i compositi IL-GO/MWCNT. Tuttavia, per l'ambiente spaziale, l'alto vuoto è solo una delle condizioni, come le condizioni spaziali, comprese l'alta e la bassa temperatura (HT/LT), l'ossigeno atomico, l'irradiazione UV, l'irradiazione di fasci di protoni ed elettroni e l'assenza di un'attrazione gravitazionale. campo21,22. Nell'ambiente a bassa pressione, l'AO è una delle specie neutre più dannose e dominanti (circa l'80%) nell'atmosfera superiore da 200 a 700 km. È noto che l'ossigeno atomico è strettamente correlato al deterioramento dei lubrificanti liquidi a causa della grave degradazione ed evaporazione sotto irradiazione con AO23. È essenziale studiare l’effetto di altre condizioni spaziali sui rivestimenti lubrificanti solido-liquido a base DLC.