Résumé:

Les nanoplatelets de graphène (PNB) ont montré le potentiel comme un lubrifiant solide pour réduire les frottements et l’usure. Cette étude a étudié l’application du PNB en tant que lubrifiant à haute température pour les processus de roulement à chaud. Les résultats ont montré que le PNB peut réduire efficacement la frottement dans des conditions lubrifiées entre 600 et 700 ° C, avec une réduction allant jusqu’à 50% de plus de 3 minutes. La réduction de la friction était stable à des températures plus élevées de 800 ° C et 900 ° C, indiquant que le PNB peut fournir une lubrification efficace pour les processus de formation des métaux chauds. Les expériences de roulement à chaud ont démontré que le PNB peut réduire la force de roulement de 11%, 7.4% et 6.9% à des températures de 795 ° C, 890 ° C et 960 ° C, respectivement. Les réductions de frottement ont été attribuées au GNP facilement cisaillé entre les interfaces de frottement.

1. Comment les nanoplatelets de graphène (GNP) peuvent-ils être utilisés comme lubrifiant pour les processus de roulement à chaud?

Le PNB peut réduire la friction et l’usure dans les processus de roulement à chaud en fonctionnant comme un lubrifiant solide. Il peut réduire la friction jusqu’à 50% à des températures entre 600 et 700 ° C et fournir une lubrification efficace pour les processus de formation des métaux chauds.

2. Quelle est la stabilité de la réduction de la friction avec le PNB à des températures plus élevées?

La réduction de la friction avec le PNB reste stable à des températures de 800 ° C et 900 ° C pendant 70 et 40 secondes, respectivement. Cela indique que le PNB peut fournir une lubrification efficace même à des températures plus élevées.

3. Quel est l’impact du PNB sur la force de roulement dans les expériences de roulement à chaud?

Le PNB peut réduire la force de roulement de 11%, 7.4% et 6.9% à des températures de 795 ° C, 890 ° C et 960 ° C, respectivement. Cette réduction de la force de roulement démontre l’efficacité du PNB en tant que lubrifiant dans les processus roulants à chaud.

4. Quel est le mécanisme derrière la réduction de la friction obtenue avec le PNB?

La réduction de la friction avec le PNB est attribuée aux particules de GNP facilement cisaillées entre les interfaces de frottement. La présence de GNP permet le glissement plus lisse et réduit la résistance entre les homologues coulissants, entraînant une réduction de la friction.

5. Quoi qu’il arrive au graphène à des températures supérieures à 600 ° C?

À des températures supérieures à 600 ° C, le graphène résiduel sur la surface de la bande peut subir une gazéification. Ce processus de gazéification est censé réduire la contamination noire généralement associée aux lubrifiants de graphite traditionnels.

6. Quelles sont les applications potentielles du PNB en tant que lubrifiant?

Le PNB peut potentiellement être utilisé comme lubrifiant dans divers processus à haute température, tels que le roulement chaud et la formation de métaux chauds. Ses excellentes propriétés de réduction de la friction en font un candidat prometteur pour réduire l’usure et améliorer l’efficacité de ces processus.

7. Quels sont les avantages de l’utilisation du PNB comme lubrifiant?

L’utilisation du PNB comme lubrifiant offre plusieurs avantages. Il peut réduire efficacement les frictions et l’usure, entraînant une amélioration de l’efficacité et une durée de vie prolongée de l’équipement. Le PNB a également l’avantage de réduire la contamination des Noirs, ce qui est un problème courant avec les lubrifiants graphites traditionnels.

8. Comment l’efficacité du PNB en tant que lubrifiant a-t-elle été évaluée?

L’efficacité du PNB en tant que lubrifiant a été évaluée par des tests de frottement à l’aide d’un tribo-mètre Ball-on-Disc et des expériences de roulement à chaud sur les bandes en acier. La réduction de la friction et l’impact sur la force de roulement ont été mesurés et analysés pour évaluer les performances du PNB en tant que lubrifiant.

9. Quelles sont les limites de l’utilisation du PNB comme lubrifiant?

Une limitation potentielle de l’utilisation du PNB comme lubrifiant est sa limitation de température. Il est rapporté qu’il fonctionne efficacement jusqu’à des températures de 600 ° C. De plus, la gazéification du graphène résiduel à des températures plus élevées peut potentiellement limiter ses propriétés de lubrification.

dix. Comment les résultats de cette étude peuvent-ils avoir un impact sur les processus industriels?

Les résultats de cette étude peuvent avoir des implications significatives pour les processus industriels, en particulier ceux impliquant des opérations à haute température. L’utilisation du PNB comme lubrifiant peut entraîner une réduction des frottements, des forces de roulement inférieures et une efficacité améliorée dans des processus tels que le roulement à chaud. Il peut également contribuer à une réduction de la contamination des Noirs, entraînant des opérations plus propres.

Titre: Propriétés de frottement à l’échelle nanométrique du graphène et de l’oxyde de graphène

L’équipe a récemment publié ses résultats dans deux articles consécutifs dans le High Impact Journal Carbone.

Application potentielle de nanoplatelets de graphène comme lubrifiant à haute température pour le roulement chaud

Le graphène s’est avéré être un lubrifiant solide prometteur pour réduire les frottements et l’usure des homologues coulissants, et il ne fera actuellement ses fonctions qu’à 600 ° C. Dans cette étude, son potentiel en tant que lubrifiant supérieur à 600 ° C a été étudié à l’aide d’un tribo-mètre Ball-on-Disc et d’une rouleau. Les résultats de la friction suggèrent qu’une réduction allant jusqu’à 50% peut être obtenue avec des nanoplatelets de graphène (PNB) dans des conditions lubrifiées entre 600 et 700 ° C par rapport aux tests secs. Et cette réduction de la friction peut durer plus de 3 minutes. À 800 et 900 ° C, la réduction de la friction est stable pour 70 et 40 s, respectivement, ce qui indique que le PNB peut potentiellement fournir une lubrification efficace pour les processus de formation de métaux chauds. Les expériences de roulement à chaud sur les bandes d’acier indiquent que le PNB réduit la force de roulement de 11%, 7.4% et 6.9% à 795, 890 et 960 ° C, respectivement. Ces réductions de frottement sont attribuées au GNP facilement cisaillé entre les interfaces de frottement. Une température supérieure à 600 ° C entraînera la gazéification du graphène résiduel sur la surface de la bande, ce qui réduira la contamination noire du lubrifiant de graphite traditionnel.

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Remerciements

Ce travail a été soutenu par le Australian Research Council Discovery Project (non. DP190103455) et le projet de liaison (non. LP160101871). Les auteurs reconnaissent heureusement l’assistance de M. Maosheng Chai à l’Université Tsinghua pour mener l’analyse de cartographie Raman.

Informations sur l’auteur

Auteurs et affiliations

1. Laboratoire clés de l’État du traitement de la solidification, centre de lubrification avancée et de matériaux de phoque, Northwestern Polytechnical University, xi’AN, 710021, Chine Long Wang
2. École de mécanique, de matériaux, de génie mécatronique et biomédical, Faculté d’ingénierie et de sciences de l’information, Université de Wollongong, Northfields Avenue, Wollongong, NSW, 2522, Australie Long Wang, Anh Kiet TieU, Jiaqing Li & Hongtao Zhu
3. State Key Laboratory of Tribology, Département de génie mécanique, Université de Tsinghua, Pékin, 100084, Chine Ming MA
4. École des sciences et de l’ingénierie des matériaux, Université Shaanxi des sciences et de la technologie, xi’AN, 710021, Chine Guojuan Hai

1. Long wang

Titre: Propriétés de frottement à l’échelle nanométrique du graphène et de l’oxyde de graphène

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Abstrait

La réalisation de la frottement et de l’usure de superlow aux micro / nano-échelles à travers les utilisations de lubrifiants solides et liquides peut permettre des performances supérieures et des opérations durables dans une gamme de systèmes micromécaniques, y compris les systèmes de micro-électro mécanique (MEMS). Des études antérieures ont indiqué que les lubrifiants solides conventionnels tels que le graphite pyrolitique hautement ordonné (HOPG) ne peuvent se permettre que de faibles frictions dans des environnements humides à des échelles micro / macro; Mais, Hopg ne convient pas aux applications de micro-échelle pratiques. Ici, nous avons exploré les propriétés de friction nano-échelle des films de graphène multicouches comme un lubrifiant solide potentiel pour de telles applications. Les mesures de microscopie à la force atomique (AFM) ont révélé que pour le graphène multicouche de haute pureté (7–9 couches), la force de frottement est nettement inférieure à ce qui peut être réalisé par l’utilisation de HOPG, quel que soit le matériau de pointe AFM homologue. Nous avons démontré que la qualité et la pureté du graphène multicouche jouent un rôle important dans la réduction des forces latérales, tandis que l’oxydation du graphène entraîne une augmentation considérablement des valeurs de friction. De plus, pour la première fois, nous avons démontré la possibilité d’atteindre un frottement ultra-doué pour le graphène à couche unique CVD sur le dioxyde de silicium. Cela confirme que le processus de dépôt assure une adhésion plus forte au substrat et permet donc des performances tribologiques supérieures que l’exfoliation mécanique précédemment signalée » processus. « moins

1. Laboratoire national d’argonne. (ANL), Argonne, IL (États-Unis). Centre de matériaux à l’échelle nanométrique
2. Laboratoire national d’argonne. (ANL), Argonne, IL (États-Unis). Division des systèmes énergétiques
3. Laboratoire national d’argonne. (ANL), Argonne, IL (États-Unis). Division des sciences des matériaux

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• https: // doi.org / 10.1126 / science.1184167

Œuvres faisant référence / citant ce dossier:

Effet du dispersant sur le nano-PTFFE: trouver l’équilibre entre la stabilité et la Tribo-performance
Journal, juillet 2018

• Dubey, Mukesh Kumar; Bijwe, Jayashree; Ramakumar, s. S. V.
• Science de lubrification, Vol. 30, numéro 7
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“Glissement ionique” Sur Graphène: un nouveau concept pour stimuler les performances des supercondensateurs
Journal, janvier 2019

• Bellani, Sebastiano; Martín-García, Beatriz; Oropesa-nuñez, Reinier
• Horizons à l’échelle nanométrique, Vol. 4, numéro 5
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Études de caractéristiques d’usure sur le composite basé sur le graphène AA7050
Journal, février 2019

• Venkatesan, s.; Xavior, m. Anthony
• Material Research Express, Vol. 6, numéro 5
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Taille des grains et tribologie dépendante de l’hydroxyle du graphène polycristallin
Journal, juillet 2019

• Chen, Yong; Wang, Shiwei; Xie, Lu
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Superlub de microscope robuste sous pression de contact élevée activée par la microsphère recouverte de graphène
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• Liu, shu-wei; Wang, Hua-Ping; Xu, Qiang
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Analyse numérique et expérimentale à plusieurs échelles de la performance tribologique du revêtement GO sur des substrats en acier
Journal, décembre 2019

• Hildyard, Robin; Mohammadpour, Mahdi; Saremi-Yarahmadi, Sina
• Matériaux, vol. 13, numéro 1
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Comportement d’usure et de corrosion des composites de matrice de cuivre renforcés du graphène-nanoplate préparés par l’auto-assemblage électrostatique
Journal, février 2019

• Zhang, Ke; Shao, guosé; Li, Wei
• Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 28, numéro 3
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Additation des huiles végétales pour améliorer les caractéristiques tribologiques
Journal, juin 2019

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• https: // doi.org / 10.1088 / 1757-899X / 514 / 1/012012

Graphène poreux 3D par soudage plasmatique à basse température pour les implants osseux
Journal, août 2016

• Chakravarty, Dibyendu; Tiwary, Chandra Sekhar; Woellner, Cristano F.
• Matériaux avancés, Vol. 28, numéro 40
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L’influence des vibrations verticales sur le frottement nanométrique: une étude de simulation de dynamique moléculaire
Journal, mars 2018

• Cheng, Yang; Zhu, Pengzhe; Li, Rui
• Cristaux, vol. 8, numéro 3
• https: // doi.org / 10.3390 / Cryst8030129

Application des dérivés de graphène et de leurs nanocomposites en tribologie et lubrification: une revue
Journal, janvier 2019

• Soleil, Jianlin; Du, Shaonan
• RSC Avances, Vol. 9, numéro 69
• https: // doi.org / 10.1039 / C9ra05679c

La réalité de la friction de Casimir
Journal, avril 2016

• Milton, Kimball; Høye, Johan; Brevik, iver
• Symétrie, vol. 8, numéro 5
• https: // doi.org / 10.3390 / SYM8050029

La réalité de la friction de Casimir
Texte, janvier 2015

• Milton, K. UN.; Høye, J. S.; Brevik, je.
• arxiv
• https: // doi.org / 10.48550 / arxiv.1508.00626

Records similaires dans OSTI.Collections Gov:

Frottement à l’échelle nanométrique de MOS à couches monoches CVD₂ avec formation de défauts contrôlés

Article de revue Choi, min; Belianinov, Alex; Pawlicki, Alison; . – Surfaces et interfaces

Des nanomatériaux bidimensionnels (2D) tels que le graphène, le disulfure de molybdène (MOS₂), ou le disulfure de tungstène offrent une solution prometteuse dans les zones de lubrification à l’état solide, en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques ainsi que de faibles frictions. Cependant, les défauts peuvent influencer leur frottement et réduire leurs propriétés tribologiques supérieures. Ainsi, il est crucial de comprendre les effets des défauts sur le comportement de glissement dans les nanomatériaux 2D, pour favoriser une stratégie fonctionnelle pour utiliser des nanomatériaux 2D comme films tribologiques à l’état solide. Dans cette étude, les effets de frottement des défauts, des joints de grains et des défauts structurels à l’échelle atomique ont été explorés sur le dépôt chimique de vapeur (CVD) cultivé en une seule couche MOS₂. STATCOUPSE SÉCURITÉ » de défauts en MOS₂ a été accompli par irradiation contrôlée des ions d’hélium avec des doses d’ions variables. Le frottement de MOS₂ a été caractérisé par la microscopie à force de frottement (FFM) et a été constaté que la frottement dépend de la formation de défauts contrôlée par l’irradiation à ions d’hélium. Cette approche offre une corrélation entre la topographie de surface, les défauts et la friction. Comprendre le frottement relatif de MOS₂ En présence de différents niveaux de défauts est fondamental pour étudier les propriétés tribologiques d’une seule couche MOS₂ aux deux nanoscales et aux macroscales. « moins

• https: // doi.org / 10.1016 / J.surfin.2021.101437
• Texte complet disponible

Déchange de la loi sur la friction de Coulomb dans TIC / A-C: H revêtements nanocomposites

Article de revue Pei, y; Huizenga, P; Galvan, D – Journal of Applied Physics

TIC / A-C AVANCÉ: Les revêtements de nanocomposites H ont été produits par dépôt réactif dans un système de pulvérisation de magnétron déséquilibré à champ fermé (Hauzer HTC-1000 ou HTC 1200). Dans cet article, nous rapportons le comportement tribologique des revêtements de nanocomposites TIC / A-C: H dans lesquels une frottement ultrawow est adaptée à une résistance à l’usure supérieure, deux propriétés souvent difficiles à réaliser simultanément. Tribotests ont été effectués à température ambiante avec une configuration à bille sur le disque. La surveillance in situ de la profondeur d’usure du disque enduit ainsi que la hauteur d’usure du homologue de la balle à l’échelle nanométrique révèle que les effets d’auto-lubrification sont induits par la formation de films de transfert sur » la surface de la contrepartie à la balle. Une conclusion remarquable est une ventilation de la loi sur la friction de Coulomb dans les revêtements de nanocomposites Tic / A-C: H. De plus, le coefficient de frottement des revêtements de nanocomposites TIC / A-C: H diminue avec une diminution de l’humidité relative. Une résistance à l’usure supérieure du disque enduit à un niveau de 10 m / n m (par tour) a été obtenue sous la condition de frottement Superlow et de ténacité élevée, qui nécessitent tous deux de belles nanoparticules de tic (E.g., 2 nm) et une large séparation matricielle qui doit être comparable aux dimensions des nanoparticules. « moins

Observation atomistique sur la friction médiée par la diffusion entre les contacts à aspérité unique

Article de revue Lui, Yang; Elle, Dingshun; Liu, Zhenyu; . – Matériaux de la nature

La super-lubricité, un régime coulissant dans lequel la friction disparaît presque, a été bien documentée avec l’avènement de la microscopie à force atomique (AFM) et de la simulation de dynamique moléculaire (MD) en raison de ses énormes implications pour la fabrication de systèmes micro- / nano-électromécaniques (MEMS / NEMS). Néanmoins, les mécanismes atomistiques des comportements super lubrifiants sont encore insaisissables, principalement en raison d’un manque d’observation directe de l’interface à la résolution atomique pendant le processus de friction. Ici, en utilisant la microscopie électronique à transmission à haute résolution in situ (HRTEM) couplée à l’AFM, nous rapportons une formation médiée par la diffusion d’une couche interfaciale lâchée entre deux aspérités métalliques à des forces normales infinitessimales, qui est responsable du régime coulissant, la super-lubrifiée présentant plus de plus de plus en plus de plus de plus en plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus en plus de plus de plus de plus en plus de plus de plus de plus en plus de plus de plus de plus de plus en plus de plus de plus de plus de plus en plus de plus à plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus en plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus en plus de plus à plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus de plus d’une plus » Forces de friction ultra-bas et glissement continu. En revanche, la couche interfaciale faiblement emballée disparaît avec la super-lubricité, conduisant à un frottement typique de glissement de bâton. De plus, l’observation in situ et les simulations MD révèlent le rôle crucial que la diffusion des atomes joue en frottement atomique et fournit de nouvelles informations sur les mécanismes fondamentaux de la super-lubricité. « moins

• https: // doi.org / 10.1038 / S41563-021-01091-3
• Texte complet disponible

Capteur de déformation basé sur des revêtements multi-couches en graphène discontinus soutenus par le polymère

Article de revue Carotenuto, g. ; Schiavo, L. ; Roméo, V. ; . – Actes de conférence AIP

Le graphène peut être pratiquement utilisé dans la modification des surfaces en polymère. Les macromolécules de graphène sont parfaitement transparentes à la lumière visible et électriquement conductrice, par conséquent, ces deux propriétés peuvent être fournies simultanément aux substrats polymères par revêtement de surface avec des couches de graphène mince. De plus, un tel processus de revêtement fournit les substrats de: la répétition de l’eau, la dureté de surface plus élevée, la faible friction, l’auto-lubrification, les propriétés de barrière de gaz et de nombreuses autres fonctionnalités. Les polyoléfines ont une nature non polaire et donc le graphène colle fortement à leur surface. Le graphite nano-cristallin peut être utilisé comme précurseur de graphène dans certains processus chimiques (e.g., Synthèse de l’oxyde de graphite par la méthode Hummer), en plus il peut bemore » directement appliqué à la surface d’un substrat de polyoléfine (e.g., polyéthylène) pour le couvrir par une mince graphène multicouche. En particulier, le graphite nano-cristallin exfolie parfaitement sous l’application d’une combinaison de forces de cisaillement et de frottement et la seule couche de graphène produite parfaitement se propage et adhèrent sur la surface du substrat de polyéthylène. Ces matériaux polymères peuvent être utilisés comme substitut ITO (oxyde d’indium-tin) et dans la fabrication de différents dispositifs électroniques. Ici, la fabrication de capteurs de déformation résistive transparente basés sur des films de polyéthylène à basse densité recouverts de graphène multicouche est décrit. Ces appareils sont très sensibles et montrent un comportement réversible et reproductible élevé. « moins

Résistance à l’usure supérieure des revêtements de diamant et de DLC

Article de revue Erdemir, Ali; Martin, Jean – Opinion actuelle en sciences solides et sciences des matériaux

En tant que matériau le plus connu, Diamond et ses revêtements continuent de générer une attention significative pour des applications strictes impliquant des conditions tribologiques extrêmes. De même, le carbone en diamant (DLC, en particulier les revêtements de carbone amorphe tétragonal, TA-C), ont également maintenu un intérêt de haut niveau pour de nombreuses applications industrielles où l’efficacité, la performance et la fiabilité sont d’une grande importance. De plus, la forte liaison covalente ou SP 3 -hybridizaiton dans les revêtements de diamant et de TA-C assure une dureté, une rigidité, une rigidité, une stabilité chimique et thermique élevée élevées qui les rendent bien adaptés à des conditions tribologiques sévères impliquant des vitesse, des charges et des températures à haute vitesse et des températures. En particulier, la nature chimique et mécanique unique des surfaces diamant et Ta-C joue Anmore » rôle important dans leurs comportements inhabituels de frottement et d’usure. Comme pour tous les autres tribomatériaux, les revêtements de diamant et de TA-C interagissent fortement avec les espèces chimiques dans leur environnement pendant le glissement et produisent donc une couche de surface supérieure chimiquement passive qui détermine finalement l’étendue de la friction et de l’usure. Les films de diamant micro-cristallins épais sont les plus préférés pour les applications d’outillage, tandis que les films de diamant nano / ultranano-crysallins plus minces sont bien adaptés à des appareils mécaniques allant des nano- (tels que les NEM) aux micro-sceaux micro (Mems et AFM) ainsi que pour les appareils macro-échelles comprenant des sceaux de pompe mécanique. Les revêtements TA-C sont récemment devenus indispensables pour une variété d’applications automobiles et sont utilisés en très grands volumes dans les poussoirs, les épingles de piston, les anneaux et une variété de vitesses et de roulements, en particulier sur le marché asiatique. Cet article est destiné à fournir un aperçu complet des développements récents de la tribologie des films de diamant et de DLC (TA-C) super durables avec un accent particulier sur leurs mécanismes de friction et d’usure qui sont essentiels à leur performance tribologique extraordinaire dans des conditions tribologiques difficiles. Enfin, sur la base des résultats des études récentes, le document tentera également de souligner ce qui nous attend pour ces films en tribologie et autres applications industrielles exigeantes. « moins

Cité par 57

• https: // doi.org / 10.1016 / J.COSSMS.2018.11.003
• Texte complet disponible

Le lubrifiant solide à base de graphène réduit les frictions et l’usure

West Lafayette, Ind. – Les chercheurs ont créé un nouveau type de lubrifiant non liquide qui s’est avéré réduire les frictions et s’user considérablement dans les conditions extrêmes trouvées dans diverses applications, des compresseurs d’air aux systèmes de missiles.

Le nouveau composite sans liquide est fabriqué à partir d’une suspension d’un matériau appelé graphène, d’oxyde de zinc et du polymère polyvinylidène difluorure. Le graphène est une couche de carbone extrêmement mince qui a de nombreuses applications technologiques potentielles, y compris la lubrification.

“Il a une conductivité thermique supérieure, une résistance élevée et fournit une frottement ultralo,” dit Vilas Pol, professeur agrégé de génie chimique à l’Université Purdue.

Les particules de zinc-oxyde de nanosize que l’équipe développées permettent au lubrifiant de s’en tenir à la surface métallique, et le polymère lie tout le mélange ensemble, a déclaré Arthur Dysart, étudiant diplômé en génie chimique, Arthur Dysart.

Des lubrifiants solides sont nécessaires pour des applications telles que les compresseurs d’air, l’équipement utilisé dans l’industrie alimentaire, les véhicules spatiaux, les mécanismes d’équipement et de chaîne, les attaches trouvées dans des environnements à haute température, des systèmes de missiles, des imprimantes à grande vitesse, des moteurs hydrauliques dans les treuils, les grues et.

“Les causes fondamentales de la défaillance mécanique sont la friction et l’usure, donc la réduction de ces facteurs améliore les performances et la durée de vie de nombreux systèmes mécaniques,” Dit Farshid Sadeghi, Purdue’S Cummins Distinguished Professor of Mechanical Engineering. “Malgré les avancées récentes, les lubrifiants liquides ne peuvent pas être utilisés dans des situations de température élevée ou de basse pression, comme un environnement sous vide, de sorte que les lubrifiants à l’état solide sec sont une alternative viable à leurs homologues liquides dans des environnements d’exploitation extrêmes.”

Cette image, prise à l’aide d’un microscope électronique à balayage et d’une spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie, montre des particules de zinc dans un nouveau type de lubrifiant non liquide développé par des chercheurs de l’Université Purdue. (Purdue University Image / Arthur Dysart) Télécharger l’image

Les chercheurs ont testé des surfaces en acier inoxydable recouvertes du nouveau lubrifiant.

“Nous l’avons testé dans les pires scénarios,” dit l’étudiant diplômé en génie mécanique Abdullah. Alazemi.

Les résultats ont été détaillés dans un article de recherche publié le 11 juillet dans la revue Carbon.

“La durabilité et la résilience de ce revêtement adhésif suggèrent un potentiel exceptionnel en tant que lubrifiant sec pour les applications à haute charge,” Pol dit.

Les chercheurs ont découvert que le lubrifiant composite met en place un film qui améliore considérablement la réduction des frictions et de l’usure. L’analyse spectroscopique Raman des cicatrices d’usure a révélé ce film de protection persistant sur les surfaces de contact.

Une liste complète du papier’Les co-auteurs sont disponibles dans l’abstrait.

La recherche est en cours et les travaux futurs sont prévus avec des partenaires industriels. Les chercheurs ont demandé un brevet par le biais de la Purdue Research Foundation’S Bureau de commercialisation de la technologie.

Farshid Sadeghi, 765-494-5719, [Protégé par e-mail]

ABSTRAIT

Un nouveau lubrifiant massif sec tertiaire sur les surfaces en acier réduit les frottements et l’usure significatifs dans des conditions de charge élevée

Abdullah a. Alazemi A, 1, Arthur D. Dysart B, 1, Steven J. Shaffer C, Vilas G. Pol B, *, Lars-Erik Stacke D, Farshid Sadeghi A, **

Une école de génie mécanique, Université Purdue, West Lafayette, Indiana 47907, États-Unis, B Davidson School of Chemical Engineering, Purdue University, C Bruker Nano Surfaces Division, San Jose, Californie., D Technologie des affaires numériques SKF, Göteborg, Suède

Un nouveau film composite d’oxyde de graphène-zinc est créé et étudié comme un lubrifiant à l’état solide pour la frottement et la réduction de l’usure dans des conditions de charge extrême. Le composite sans liquide est fabriqué à partir d’une suspension de graphène, d’oxyde de zinc et de difluorure de polyvinylidène enduit de spin sur un substrat en acier inoxydable. Les performances tribologiques améliorées ont été mesurées dans des conditions ambiantes à l’aide d’un tribomètre à billes sur disque avec des pressions de contact jusqu’à 1.02 GPA et distances coulissantes jusqu’à 450 m. Le lubrifiant riche en graphène démontre une réduction substantielle de friction et d’usure (CA. 90%) par rapport au glissement non lubrifié. Le film composite est capable de maintenir ses effets de lubrification dans des conditions de fonctionnement extrêmes, y compris une charge normale de 15 n et une distance de glissement de 450 m. Après des tests tribologiques, une analyse optique et spectroscopique des cicatrices d’usure formées révèle un film de protection persistant sur les surfaces de balle et de disque. L’excellente performance tribologique de ce composite riche en graphène est attribuée à l’effet d’adhésion à partir de l’oxyde de zinc: le zinc adhère au graphène à l’interface de contact, en conservant des performances tribologiques améliorées sous une pression de contact élevée. La durabilité et la résilience de ce revêtement adhésif suggèrent un potentiel exceptionnel en tant que lubrifiant sec pour les applications à haute charge.

Matériel fourni par l’Université Purdue

Les couches de graphène réduisent considérablement l’usure et la friction sur les surfaces en acier coulissantes

(Phys.org) – parfois, tout ce qu’il faut, c’est une quantité extrêmement petite de matériel pour faire une grande différence. Les scientifiques de l’Argonne National Laboratory ont récemment découvert qu’ils pouvaient remplacer les couches de graphène à un atome à des lubrifiants à base d’huile sur les surfaces coulissantes en acier, permettant une réduction spectaculaire de la quantité d’usure et de friction.

De nouvelles études menées par des scientifiques des matériaux Argonne Anirudha Sumant et Ali Erdemir ont montré que le graphène est capable de réduire considérablement le taux d’usure et le coefficient de frottement (COF) d’acier. Les réductions marquées de la frottement et de l’usure sont attribuées au cisaillement faible et à la nature hautement protectrice du graphène, qui a également empêché l’oxydation des surfaces en acier lorsqu’elles sont présentes aux interfaces de contact coulissantes.

Les roulements à billes en acier inoxydable forment une partie intégrante de nombreuses machines mécaniques mobiles, allant des ventilateurs de table aux éoliennes géantes.

“La réduction des pertes d’énergie et de matériaux dans ces systèmes mécaniques en mouvement due à la friction et à l’usure reste l’un des plus grands défis d’ingénierie de notre temps”, a déclaré Sumant.

Les lubrifiants actuels réduisent les frottements et portent soit par l’utilisation d’additifs peu amicaux, ou dans certains cas, des lubrifiants solides tels que le disulfure de molybdène ou l’acide borique. Les lubrifiants à base d’huile doivent être réaffectés de manière cohérente, produisant des déchets supplémentaires. Le coût de l’application de revêtements lubrifiants solides est plutôt élevé et en raison de l’épaisseur finie, ils ne durent pas très longtemps et doivent également être réappliqués à l’extensification.

D’un autre côté, les revêtements en flocons de graphène ne sont pas nocifs pour l’environnement et peuvent durer une durée considérable en raison de la capacité des flocons à se réorienter pendant les cycles d’usure initiaux, offrant une faible COF pendant le glissement de glissement.

Sumant et Erdemir ont estimé que la réduction de la perte d’énergie à la friction offerte par de nouveaux matériaux produirait une économie d’énergie potentielle de 2.46 milliards de kilowattheures par an, équivalent à 420 000 barils de pétrole.

“L’application ou la réapplication du revêtement de graphène ne nécessite aucune étape de traitement supplémentaire autre que de simplement saupoudrer une petite quantité de solution sur la surface d’intérêt, ce qui rend ce processus simple, rentable et respectueux de l’environnement”, a déclaré Diana Berman, chercheuse postdoctorale à Argonne’s Center for Nanoscale Materials (CNM).

“Il est intéressant de voir comment un matériau à un atome épais affecte les propriétés à plus grande échelle”, a déclaré Sumant. «Je crois que le graphène a un potentiel en tant que lubrifiant solide dans l’industrie automobile et, une fois pleinement développé, cela pourrait avoir des effets positifs sur de nombreuses applications mécaniques qui pourraient entraîner une énorme économie d’énergie.”

Sumant est associé au CNM d’Argonne, tandis qu’Erdemir travaille pour la division des systèmes énergétiques d’Argonne. Le financement est venu du Bureau de recherche et de développement dirigé par le laboratoire d’Argonne.

L’équipe a récemment publié ses résultats dans deux articles consécutifs dans le High Impact Journal Carbone.

Plus d’information: D. Berman, un. Erdemir, un.V. Sumant: peu de graphène de couche pour réduire l’usure et le frottement sur les surfaces en acier coulissantes. Carbone, 54, 454-459 (2013)

D. Berman, un. Erdemir, un.V. Sumant: Usure réduite et frottement activé par les couches de graphène sur des surfaces en acier coulissantes dans de l’azote sec, Carbone, dans la presse. www.ScienceDirect.com / science /… ii / s0008622313002108

Informations sur le journal: Carbone

Citation: Les couches de graphène réduisent considérablement l’usure et le frottement sur les surfaces coulissantes en acier (2013, 26 avril) récupéré le 18 mai 2023 de https: // Phys.org / news / 2013-04-graphène-couchers-friction-sleel-turfaces.html

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