کاربرد فناوری نانو در روانکارها
اصطکاك یکی از عوامل مهم اتلاف انرژي در قطعات مکانیکی می‌باشد. عدم روانکاري صحیح و منظم ماشینآلات علاوه بر کاهش راندمان، موجب فرسایش بیش از حد و از کار افتادگی زودرس می‌گردد. همچنین انتخاب روانکار مناسب تأثیر ویژه‌اي بر عملکرد ماشین‌ها دارد. روانکارها با ایجاد یک لایه نازك مناسب روي سطوح داراي اصطکاك، آنها را از یکدیگر جدا، گرما و ذرات سایشی ایجاد شده را برطرف می‌نمایند.
اخیراً تحقیقات بسیار زیادي روي روش‌هاي گوناگون، به منظور بهبود خواص روانکاري روغن پایه اختصاص یافته است. یکی از روش‌هاي بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی روانکارهاي پایه، بهره‌گیري از مواد افزودنی مختلف با خواص منحصر به فرد می‌باشد. در این راستا به منظور افزایش و بهبود عملکرد روان کننده‌ها از فناوري نانو نیز بهره برده شده است.
نانو افزودنی‌هاي مورد استفاده در روانکارها
نانو افزودنی 2WS
نانو افزودنی 2IF-WS را به عنوان روانکننده جامد نه تنها در شرایط متعارف بلکه تحت شرایط دشوار، مانند دما و فشار بالا، بار زیاد، خلأ زیاد، تابش و محیط خورنده می‌توان به کار برد. این نانو افزودنی داراي ساختار لایه‌اي بسته شش ضلعی است. هر اتم تنگستن به دو اتم سولفور متصل است. اتم تنگستن و سولفور با پیوندهاي قوي شیمیایی به یکدیگر متصل شده‌اند در حالی که اتم‌هاي سولفور با پیوند ضعیف مولکولی به یکدیگر اتصال دارند. نانو افزودنی 2WS یک ترکیب شیمیایی بی‌اثر می‌باشد که به سختی در محیط‌هایی مثل آب، روغن، الکل و اسید حل می‌گردد ولی به گاز فلوئور، سولفوریک اسید داغ و فلوئوریدریک اسید حساس می‌باشد. این ترکیب غیر سمی بوده و موجب زنگ‌زدگی و خوردگی فلزات نمی‌شود. همچنین داراي مقاومت حرارتی بالایی بوده و نسبت به اکسید شدن مقاوم می‌باشد.
نانو ذرات فولرن
فولرن‌ها، خانواده‌اي از کربن‌هاي چند شکل با شبکه سه بعدي از این اتم‌ها هستند. فولرن انواع گوناگون و متعددي دارد و می‌تواند به صورت کره، بیضی‌گون، یا استوانه باشد. مولکول‌هاي فولرن معمولاً به صورت قفسه‌هایی متشکل از 60 اتم می‌باشند که به صورت شش ضلعی و پنج ضلعی به یکدیگر متصل شده‌اند. فولرن یا 60C می‌تواند به عنوان افزودنی در روغن‌هاي روانکننده به کار برده شود. مولکول‌هاي فولرن سبب جدا کردن سطوح در حال تماس از یکدیگر می‌شوند. این دسته از ترکیبات به دلیل مقاومت و پایداري بالا، در شرایط بارگذاري زیاد نیز خصوصیات چرخش بلبرینگ مانند خود را حفظ می‌نمایند.
نانو الماس‌ها
نانو الماس‌ها معمولاً با انفجار ناگهانی ترينیتروتولوئن در یک محفظه بسته به‌دست می‌آیند. متوسط اندازه این نانو ذرات 4-6nm بوده و داراي سطح ویژه الماس 350-400m2/g می‌باشند. هدف از به کار بردن نانو الماس‌ها به عنوان افزودنی روانکننده‌ها، اندودکاري سطوح لغزشی می‌باشد. این اندودکاري موجب افزایش مقاومت در مقابل سایش، توانمند سازي روانکاري لغزشی میان سطوح و کاهش اصطکاك می‌شود. نانو الماس‌ها با پوشش سطح تماس موجب کاهش قابل توجه ضریب اصطکاك می‌گردند. پوشش نانو الماس موجب کاهش سطح تماس شده و لذا نیروي کششی میان فصل مشترك دو سطح نیز کم می‌شود. نانو الماس به عنوان یک ماده افزودنی به روغن موتور، موجب کاهش مصرف بنزین و افزایش عمر موتور می‌گردد.
نانو ذرات فلزي
براساس نتایج اکثر محققین، دسته دیگر از نانو افزودنی‌هاي مورد استفاده در روانکارها، نانو ذرات فلزي گروه B 1 (طلا، نقره و مس) می‌باشد. نانو ذرات فلزي ناپایدار بوده و به راحتی به شکل توده در می‌آیند. به عبارت دیگر نانو ذرات در اثر تماس با یکدیگر، به هم چسبیده و رشد کرده و ساختار نانومتري و خواص منحصر به فرد خود را از دست می‌دهند. هنگامی که این نانو ذرات به روغن افزوده می‌گردند، رسوب می‌کنند. پایداري، قابلیت انحلال و توزیع ضعیف این سه نانو ذره در روغن‌هاي روانکننده، کاربرد مضاعف آنها را به عنوان ماده افزودنی در فرمولاسیون روانکننده‌ها محدود کرده است.
نانو ذرات جامد کلوئیدي
مکانیسم کاهش اصطکاك و خواص ضد سایشی نانو ذرات در روانکننده‌ها به صورت تأثیر کلوئیدي، تأثیر غلتشی، لایه محافظ و جسم سوم گزارش شده است. چیناس- کاستیلو و اسپایکس مکانیسم عمل نانو ذرات جامد کلوئیدي را در روغن‌هاي روانکار بررسی کردند. مطالعات آنها نشان داد که در فیلم نازك، نانو ذرات کلوئیدي به صورت تماس‌هاي هیدرودینامیک کشسانی از طریق مکانیسم به تله افتادن مکانیکی نفوذ می‌کنند. آنها همچنین دریافتند که کلوئیدها در سرعت‌هاي پایین تماس‌هاي غلتکی، لایه مرزي به ضخامت حداقل یک یا دو برابر اندازه ذره تشکیل می‌دهند.
نانو افزودنی اسید بوریک
ساختار لایه‌اي- بلوري اسید بوریک موجب خاصیت خود روانکنندگی آن می‌شود. اردمیر آزمونهاي اصطکاك و سایش را با قرصهاي اسید بوریک توسط دستگاه میله روي صفحه انجام داد. پاشش پودرهاي اسید بوریک به سطوح لغزشی به‌طور چشمگیري موجب کاهش ضریب اصطکاك گردیده است.
به‌کارگیري افزودنی‌هاي نانو در روانکارها باعث کاهش اصطکاك و سایش، کاهش مصرف سوخت و انرژي، کاهش هزینه‌هاي تولید و بهبود عملکرد روانکارها می‌گردد که علت آن را می‌توان در ساختار خاص و منحصر به فرد این دسته از مواد افزودنی دانست.
