intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nano TiC trong dầu bôi trơn đến khả năng phục hồi mòn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

21
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết sử dụng thiết bị ma sát 4 bi MRS-10A để thí nghiệm hàm lượng phụ gia nano TiC trong dầu bôi trơn ảnh hưởng đến ma sát học. Dùng máy đo đường kính mài mòn của bi, kính hiển vi đồng tiêu (LCSM) và máy phổ tán sắc năng lượng (EDX) phân tích thành phần hóa học bề mặt bị mòn của bi nhằm đánh giá khả năng tự hồi phục mài mòn của phụ gia nano TiC.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nano TiC trong dầu bôi trơn đến khả năng phục hồi mòn

  1. LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nano TiC trong dầu bôi trơn đến khả năng phục hồi mòn Research affecting of TiC nano content in lubricant oil to self-repairing possibility Nguyễn Đình Cương Email: nguyencuong1111980@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 22/11/2019 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 31/12/2019 Ngày chấp nhận đăng: 31/12/2019 Tóm tắt Sử dụng thiết bị ma sát 4 bi MRS-10A để thí nghiệm hàm lượng phụ gia nano TiC trong dầu bôi trơn ảnh hưởng đến ma sát học. Dùng máy đo đường kính mài mòn của bi, kính hiển vi đồng tiêu (LCSM) và máy phổ tán sắc năng lượng (EDX) phân tích thành phần hóa học bề mặt bị mòn của bi nhằm đánh giá khả năng tự hồi phục mài mòn của phụ gia nano TiC. Kết quả thí nghiệm thấy rằng, khi bổ sung hàm lượng phụ gia 0,5% nano TiC vào dầu bôi thì phụ gia không những giảm ma sát, mòn mà còn có khả năng tự hồi phục bề mặt chi tiết mòn. Từ khóa: Vật liệu nano; tự hồi phục; mài mòn; chất phụ gia nano TiC. Abstract Using MRS-10A 4-ball friction device to test TiC nano additive content in lubricating oil affecting friction. Using the abrasive diameter gauge of the ball, the confocal microscope (LCSM) and the energy dispersion spectrometer (EDX) to analyze the chemical composition of the abrasive surface of the ball to evaluate the self-repairing ability of TiC nano additive. Experimental results indicate that when adding the content of 0.5% TiC nano additive in the lubricant, the additive not only reduces friction, abrasion, but also has better self-repair and surface polishing effect. Keywords: Nano materials; self-repairing; abrasion; TiC nano additive. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ chống mài mòn mà còn tự hồi phục mài mòn của Mài mòn là sự phá hoại dần dần bề mặt ma sát, cặp chi tiết tiếp xúc. Nghiên cứu của nhóm tác sẽ thay đổi kích thước theo thời gian. Trong quá giả Hernández Battez A [3] với chất phụ gia nano trình mài mòn không xảy ra sự phá hoại kim loại CuO, ZrO2 và ZnO3 trong dầu bôi trơn, thông qua gốc mà chỉ xảy ra sự phá hoại trên lớp bề mặt chi thí nghiệm thấy rằng, phụ gia nano CuO có khả tiết. Trong các máy móc bị hỏng, phần lớn không năng hồi phục bề mặt bị mài mòn tốt nhất. Nhóm phải do bị gãy mà do mòn và do hư hỏng bề mặt tác giả của Trung Quốc đã nghiên cứu, phụ gia ma sát trong các mối liên kết động [1]. Các báo nano AgS2, nano Mg2B2O5, Mg6[Si4O10](OH)8 với cáo và thống kê đã kết luận được rằng, khi ứng hàm lượng nhất định trong dầu bôi trơn cũng có dụng những nghiên cứu chống ma sát mài mòn sẽ khả năng nâng cao tính chất của dầu bôi trơn dẫn làm giảm thiệt hại GNP từ 1,0% đến 5,6% [2]. Tác đến giảm được hệ số ma sát và tự hồi phục mài dụng của chất bôi trơn sẽ làm giảm hệ số ma sát, mòn của chi tiết ma sát [4÷6]. mòn, làm mát, bao kín, bảo vệ và làm sạch bề mặt. TiC có màu xám, mạng tinh thể dạng khối lập Hiện nay, có nhiều nghiên cứu về phụ gia nano phương, ổn định hóa học, không phản ứng với trong dầu bôi trơn không những giảm ma sát, một số axit và kiềm. Điều chế TiC từ TiO2 trong điều kiện nhiệt độ cao. TiC nhẹ, độ nóng chảy cao, Người phản biện: 1. GS.TS. Trần Văn Địch độ cứng cao, chống mòn tốt [7]. Từ những tính 2. TS. Vũ Hoa Kỳ chất đặc biệt của TiC, do vậy bài viết này nghiên Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4 (67).2019 39
  2. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC cứu, thí nghiệm với năm hàm lượng chất phụ gia phía dưới. Khi có chuyển động ma sát, 3 viên bi nano TiC trong dầu bôi trơn động cơ diesel (CF-4 phía dưới có vết mòn hình dạng là hình tròn. Về trị 15W/40, từ đó đưa ra được hàm lượng phụ gia lực tác dụng và trị số như hình 1b, dưới tác dụng của TiC hợp lý để hệ số ma sát và mài mòn là nhỏ ngoại lực P tác dụng lên viên bi đỉnh (1), mỗi viên nhất và khả năng tự hồi phục hao mòn chi tiết là bi phía dưới sẽ nhận lực tương hỗ P1. tốt nhất. AB = DB = BC = DC = AD = AC = P1; 2. PHA CHẾ PHỤ GIA VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM BM = BC∙sin60o = 0,866P1; 2.1. Pha chế phụ gia P Cho chất phụ gia vào cốc thủy tinh có dầu bôi P1 = 0.8165 = 0.408P 3 trơn CF-4 15W/40. Trong đó, phụ gia là nano TiC có độ hạt trung bình là 25 nm và chất phân tán 2.3. Thông số và phương pháp phân tích (polyethylene glycol) trọng lượng phân tử PEG- Dựa theo tiêu chuẩn SH-T0762-2005 (Tiêu chuẩn 200 với tỷ lệ nhất định (tỷ lệ khối lượng 1:2). Trước tiên dùng đũa thủy tinh khuấy đều, sau đó đặt cốc 4 bi - Trung Quốc), thí nghiệm với hàm lượng chất dầu hỗn hợp đã pha chế vào máy phát sóng siêu phụ gia nano TiC (%) thay đổi, thông số liệt kê theo âm trong thời gian 30 phút, chất phụ gia phân tán bảng 1. Dùng máy đo mài mòn của 3 viên bi cố ổn định trong dầu bôi trơn. định phía dưới, sau đó tính trung bình đường kính vết mài mòn để đánh giá độ mòn trong quá trình 2.2. Thiết bị thí nghiệm ma sát. Đồng thời sử dụng thiết bị kính hiển vi Dùng máy thí nghiệm ma sát 4 bi MRS-10A, viên đồng tiêu (LCSM) và máy phổ tán sắc năng lượng bi thí nghiệm có trị số đường kính là 12,7 mm, độ (EDX) phân tích thành phần hóa học trên vết mài cứng HRC: 64-66. Nguyên lý làm việc của máy bốn bi theo hình 1. Viên bi phía trên được kẹp chặt mòn của viên bi. Kết quả phân tích thành phần bởi kẹp bi (4), và có chuyển động quay. Ba viên bi hóa học của bề mặt viên bi bị mài mòn sẽ đánh ở dưới được cố định bởi mối ghép (3). Khi viên bi giá được khả năng tự hồi phục hao mòn của phụ (1) quay sẽ tiếp xúc ma sát với ba viên bi cố định gia nano TiC. a, Kết cấu mối ghép 4 bi b, Sơ đồ lực tác dụng 4 bi Hình 1. Nguyên lý và cấu tạo của ma sát 4 viên bi 1, Viên bi đỉnh; 2, Ba viên bi phía dưới; 3, Mối ghép kẹp 3 viên bi; 4, Kẹp bi. Bảng 1. Thông số thí nghiệm với hàm lượng chất phụ gia nano TiC (%) thay đổi Lần thí Hàm lượng chất phụ Chất phân tán Tải trọng Tốc độ quay Nhiệt độ Thời gian thí nghiệm gia nano TiC (%) PEG-200 (%) (N) (vg/ph) (oC) nghiệm (phút) 1 0,0 0,0 392 600 75 60 2 0,25 0,50 392 600 75 60 3 0,50 1,0 392 600 75 60 4 0,75 1,5 392 600 75 60 5 1,0 2,0 392 600 75 60 40 Tạp chí Nghiên cứu khoa học,Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4 (67).2019
  3. LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 3. THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ hàm lượng chất phụ gia là 0,5%. So sánh với dầu bôi trơn nguyên chất, khi dùng chất phụ gia nano 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng đến giảm ma TiC hàm lượng 0,5%, hệ số ma sát giảm 6,9% và sát mài mòn đường kính vết mòn nhỏ hơn 10,4%. Với các hàm lượng từ 0,25%÷1,0% của phụ gia Phân tích hệ số ma sát thay đổi theo thời gian nano TiC (hình 2) thấy rằng: chất phụ gia đã cải được thể hiện qua hình 3. Từ hình 3 quan sát thấy, thiện chất lượng dầu bôi trơn dẫn đến giảm ma hệ số ma sát của dầu bôi trơn nguyên chất biến đổi sát mài mòn so với dầu bôi trơn nguyên chất (hàm đều trong suốt quá trình thí nghiệm. Nhưng có phụ lượng 0,0%). gia nano 0,25% và 0,5% trong dầu bôi trơn, hệ số ma sát trong giai đoạn đầu tăng đến một giá trị giới hạn sau đó có xu hướng giảm dần và ổn định. Tiếp tục với hàm lượng phụ gia nano 0,75% thì hệ số ma sát không ổn định, không theo quy luật. Chất phụ gia nano trong dầu bôi trơn phản tác dụng khi hàm lượng 1,0%, hệ số ma sát lớn nhất. Hình 3, có thể quan sát dễ dàng, hàm lượng phụ gia nano TiC là 0,5%, trị số ma sát nhỏ và ổn định, tác dụng của chất phụ gia giảm ma sát là tốt nhất. Hình 2. Ảnh hưởng của hàm lượng nano TiC đến hệ số ma sát và đường kính vết mòn Từ hình 2 thấy rằng, hệ số ma sát giảm thì mòn cũng giảm theo và ngược lại. Khi dùng dầu bôi trơn nguyên chất, hệ số ma sát là: 0,0832; đường kính vết mòn là: 0,402 mm. Nhưng thêm một lượng nhỏ hàm lượng 0,25% phụ gia nano TiC, trị số hệ số ma sát và vết mòn giảm rõ rệt (hệ số ma sát là: 0,0811; đường kính vết mòn là: 0,378 mm). Thông qua thí nghiệm cho thấy, khi bổ sung hàm lượng nhỏ chất phụ gia nano TiC đã cải thiện tính chất Hình 3. Hệ số ma sát của các hàm lượng phụ gia của dầu bôi trơn. Do điều kiện của tải trọng và các nano TiC thay đổi theo thời gian điều kiện nhiệt khác, chất phụ gia nano phản ứng phân giải dầu bôi trơn tạo ra chất dính, môi trường 3.2. Tự hồi phục bôi trơn có chất dính này làm tăng tính năng dầu Đánh giá khả năng tự hồi phục mài mòn của chất bôi trơn. Mặt khác, trên bề mặt chi tiết ma sát hình phụ gia nano TiC. Thông qua kính hiển vi đồng tiêu thành các siêu bi, tâm các siêu bi là các nano và (LCSM) và máy phổ tán sắc năng lượng (EDX) “mạt sắt” tế vi, bao bên ngoài là chất dính (PEG- phân tích thành phần hóa học trên bề mặt mài 200 và thành phần dầu bôi trơn). Trong quá trình mòn của viên bi khi dùng hàm lượng 0,5% phụ gia ma sát, một phần các siêu bi này sẽ chuyển động nano TiC và so sánh vết mài mòn khi dùng dầu bôi và khuếch tán, bảo vệ bề mặt chi tiết, phần còn lại trơn nguyên chất. nằm giữa khe hở cặp ma sát dẫn đến chuyển đổi dạng ma sát trượt sang dạng ma sát lăn, chính 3.2.1. Khi sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất vì vậy, hệ số ma sát và mòn giảm [8]. Nhưng tiếp tục bổ sung hàm lượng tăng lên 0,75%, hệ số ma Từ hình 4 có thể quan sát thấy, khi sử dụng dầu bôi sát và vết mòn lại có xu hướng tăng. Đặc biệt với trơn nguyên chất, đường kính vết mòn có nhiều hàm lượng phụ gia 1,00%, ma sát và mòn không nhấp nhô cao, độ sâu cày xước rất rõ nét trên bề những không giảm mà còn diễn ra mãnh liệt. Trong mặt ma sát, toàn bề mặt tương đối xù xì. Vết cào trường hợp này có thể giải thích rằng, khi phụ gia xước rõ nét và trên toàn bộ bề mặt vết mài mòn nano với hàm lượng nhiều thì phụ gia lại như tạp (hình 4a, 4b). Độ lệch trung bình của profin hình chất trong đầu bôi trơn, có thể do quá trình phân học bề mặt Ra = 1887 nm (hình 4c). Dùng máy tán không tốt, sẽ phát sinh hiện tượng nano tự liên phổ tán sắc năng lượng (EDX) phân tích thành kết cục bộ thành hạt nano lớn từ đó làm cản trở sự phần hóa học trên bề mặt ma sát (hình 4d), thấy chuyển động tương đối của chi tiết ma sát [9]. Với tồn tại chủ yếu các thành phần các nguyên tố hóa trị số của hệ số ma sát và vết mòn nhỏ nhất khi học của viên bi là Fe, Cr, S. Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4 (67).2019 41
  4. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC a, Toàn bộ đường kính vết mòn b, Vết mòn tại trung tâm c, Trung tâm vết mòn (hình 3D) d, EDX phân tích thành phần hóa học Hình 4. Dùng thiết bị LCSM và EDX quan sát và phân tích vết mòn khi dùng dầu bôi trơn nguyên chất 3.2.2. Sử dụng phụ gia nano TiC hàm lượng 0,5% 5b). Độ lệch trung bình của profin hình học bề mặt Ra = 1467 nm (5c). Hình 5d dùng EDX phân tích Với hàm lượng 0,5% của chất phụ gia nano TiC thành phần hóa học trên bề mặt vết mòn có tồn trong dầu bôi trơn, quan sát bề mặt vết mòn tại các nguyên tố hóa học Fe, Ti, Cr và Si. Trong (LCSM) và phân tích thành phần hóa học (EDX) đó, nguyên tố Fe, Cr và Si là thành phần hóa học trên vết mòn được thể hiện trên hình 5. Từ hình vẽ của chi tiết ma sát (viên bi), nguyên tố Ti là từ chất có thể quan sát thấy, bề mặt vết mòn khi dùng hàm phụ gia nano TiC trong dầu bôi trơn. Nguyên tố Ti lượng 0,5% của chất phụ gia nano TiC trong dầu tồn tại trên bề mặt vết mòn có trị số là 0,56%. Do bôi trơn so với dùng dầu bôi trơn nguyên chất có vậy có thể kết luận rằng, chất phụ gia nano TiC rất ít nhấp nhô, bề mặt tương đối bằng phẳng, vết trong dầu bôi trơn đã bổ sung, khuếch tán vào vết cày xước không sâu, không rõ nét. Vết xước chỉ mòn nên bề mặt ma sát giảm độ mấp mô bề mặt tập trung chủ yếu ở vùng biên vết mòn (hình 5a; chi tiết. a, Toàn bộ đường kính vết mòn b, Vết mòn tại trung tâm c, Trung tâm vết mòn (hình 3D) d, EDX phân tích thành phần hóa học Hình 5. Dùng LCSM và EDX quan sát, phân tích vết mòn khi dùng hàm lượng 0,5% phụ gia nano TiC 42 Tạp chí Nghiên cứu khoa học,Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4 (67).2019
  5. LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 5. KẾT LUẬN - Kết quả thí nghiệm thấy rằng, hàm lượng phụ gia nano TiC là 0,5% giảm ma sát, mòn và phục hồi bề - Nghiên cứu thực nghiệm về phụ gia nano TiC mặt chi tiết bị mòn. Đồng thời thí nghiệm cũng cho trong dầu bôi trơn có ảnh hưởng đến ma sát, mòn thấy, nếu hàm lượng phụ gia nano TiC tăng lên và tự hồi phục chi tiết. 0,75%, ma sát và đường kính vết mòn giảm không - Dùng thiết bị ma sát 4 bi MRS-10A để đánh giá đáng kể so với dầu nguyên chất. được hệ số ma sát, đồng thời với kính hiển vi - Với hàm lượng phụ gia 1,00% trong dầu bôi trơn, đồng tiêu (LCSM) và máy phổ tán sắc năng lượng ma sát và mòn không những không giảm mà còn (EDX) có khả năng phân tích thành phần hóa học diễn ra mãnh liệt hơn. trên vết mài mòn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] VS. GS.TSKH. Nguyễn Anh Tuấn, PGS.TS. Phạm [6] Xiao Zhou, Su Xunjia, Hou Genliang (2012), et al. Văn Hùng (2007), Ma sát học, NXB Khoa học và Synthesis and tribological properties of serpentine Kỹ thuật, tr. 3-11. powders by hydrothermal method[J]. Lubrication [2] Jost H P. Tribology Micro & Macro Economics: A engineering, Vols. 37 No.10: 45-49. Road to Economic Savings (2005), Tribology and [7] Weijie Lu, Di Zhang, Xiaonong Zhang (2011), Lubrication Technology, Vo.ls 61 No. 10: 18-23. Microstructural characterization of TiB in situ [3] Hernández Battez A , González R, Viesca J L, et synthesized titanium matrix composites prepared al (2008), CuO, ZrO2 and ZnO nanoparticles as by common casgtintechnique, Journal of Alloys antiwear additive in oil lubricants. Wear, Vo.ls 26 and Compounds, Vols. 327: 240-247. No.5: 422-428. [8] Zhao Yanbao, Zhang Zhijun, Dang Hongxin [4] Bahadur S, Zhao Q (1998), A study of the (2004), Fabrication and tribolobical properties modification of the friction and wear behavior of of Pb nanoparticles. Journal of Nanoparticle polyphenylene sulfide by particulate Ag2S and Research, Vols, No.6: 47-51. PbTe fillers, Wear, Vo.ls 217 No.1: 62-72. [9] Effects of Polyethylene G lycol on Stability of Nano [5] Hu Z S, Lai R, Lou F, et al (2012). Preparation and Silica in Aqueous Suspension (2007), Journal of tribological properties of nanometer magnesium Academy of Armored Force Engineering, Jun, borate as lubricating oil additive. Wear, Vols. 252: Vo.ls 21 No. 3: 74-77. 370-374. THÔNG TIN TÁC GIẢ Nguyễn Đình Cương - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Năm 2004: Tốt nghiệp Đại học, chuyên ngành Ô tô - máy kéo, Trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội + Năm 2009: Tốt nghiệp Thạc sĩ, chuyên ngành Cơ khí chế tạo, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội + Năm 2015: Tốt nghiệp Tiến sĩ, chuyên ngành Kỹ thuật xe, Trường Đại học Giao thông Tây Nam, Tứ Xuyên, Trung Quốc - Tóm tắt công việc hiện tại: Phó Trưởng khoa, Giảng viên, Khoa Ô tô, Trường Đại học Sao Đỏ - Lĩnh vực quan tâm: Kết cấu ô tô, nhiên liệu, chẩn đoán ô tô, ma sát học, cơ khí ô tô - Email: nguyencuong1111980@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4 (67).2019 43
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD


intNumView=21

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2