Триботронный контроль ионного пограничного слоя в операндо расширяет возможности смазки

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 20479 (2022) Цитировать эту статью

767 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Изучено влияние электрического потенциала на смазку негалогенированной ионной жидкости ортобората фосфония, используемой в качестве присадки в биоразлагаемое масло. Собственная триботронная система была построена на основе прибора, предназначенного для измерения толщины смазочной пленки между катящимся стальным шариком и вращающимся стеклянным диском с кварцевым покрытием. Приложение электрического поля между стальным шариком и набором индивидуальных противоэлектродов явно вызывало изменения толщины смазочной пленки: заметное уменьшение при отрицательных потенциалах и увеличение при положительных потенциалах. Дополнительные исследования отражательной способности нейтронов продемонстрировали внутреннюю электрочувствительность адсорбата: это было выполнено на кремниевом блоке с золотым покрытием и стало возможным в той же смазочной системе за счет дейтерирования масла. Результаты показывают, что анионы, выступающие в качестве якорей адсорбированной пленки на поверхности стали, способствуют образованию толстых и прочных смазывающих ионных граничных пленок. Применение высокого положительного потенциала за пределами электрохимического окна привело к огромному увеличению толщины пленки, что привело к образованию ионных многослойных слоев и продемонстрировало возможность дистанционного управления выходящими из строя контактами в недоступных механизмах, таких как морской ветер и волны. силовые установки.

Энергия, потребляемая для преодоления трения и устранения неисправностей оборудования, связанных с износом, вносит значительный вклад в глобальное потребление энергии (по оценкам, в 2017 году оно составило 23%)1. Согласно прогнозам, трибологические исследования, направленные на разработку новых поверхностей, материалов и технологий смазки, направленные на снижение трения и износа механических компонентов, обладают огромным потенциалом для снижения энергопотребления и выбросов1,2. С точки зрения устойчивой смазки, большая часть исследований направлена ​​на разработку экологически приемлемых смазочных материалов, которые помогают повысить эффективность и надежность машин3. Поскольку современные машины становятся все более компактными (для увеличения удельной мощности) и электрифицированными, функциональные требования к системам смазки возрастают. Это ведет к появлению новых альтернативных концепций смазки, таких как триботроника.

Триботроника представляет собой сочетание трибологии и электроники, направленное на повышение эффективности и долговечности машин за счет контроля на месте потерь, таких как трение и износ4. Триботронная система включает в себя трибологический контакт, датчики (контролирующие трение, вибрацию, температуру и др.), исполнительные механизмы и блок управления4. Ионные жидкости (ИЖ), определяемые как органические соли с температурой плавления ниже определенной номинальной температуры (обычно 100\(^\circ\)C)5, стали жизнеспособными кандидатами для триботронных исполнительных систем из-за их ионной природы. ИЖ также проявляют способность претерпевать изменения в динамике своих ионов под воздействием внешних факторов, таких как температура, давление и электрическое поле6.

Хорошие смазочные свойства были продемонстрированы IL в виде чистых смазочных материалов7,8,9,10,11,12,13, в некоторых случаях превосходящих по своим характеристикам полностью разработанные смазочные масла10,11,14. Также были предприняты исследовательские усилия по синтезу и трибологической оценке маслорастворимых ИЖ для применения в качестве присадок к смазочным материалам15,16,17,18,19,20,21,22,23,24. Некоторые из этих IL продемонстрировали противоизносные свойства, сравнимые с ZDDP17, а также синергетические характеристики при совместном использовании25. Поверхностная активность ИЖ по отношению к заряженным поверхностям, приводящая к образованию упорядоченных граничных пленок, была продемонстрирована6,26,27,28,29,30. Было показано, что эти неразрушающие пленки способствуют снижению трения и поддержанию разделения контактов31,32. Поскольку наиболее широко доступные ИЖ предназначались для химического применения, в их структуру входят галогены, которые имеют тенденцию образовывать токсичные и коррозийные галогениды при гидролизе33,34,35,36. Чтобы решить эту проблему, для исследований в области смазочных материалов были разработаны негалогенированные ИЖ на основе бора и фосфора37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47.