Исследователи из Технологического института Джорджии разработали новый процесс обработки металлических поверхностей, который может повысить эффективность поршневых двигателей и целого ряда другого оборудования.
Метод улучшает сцепление металлических поверхностей с маслом, значительно снижая трение без специальных масляных добавок.
«Около 50 процентов механических потерь энергии в двигателе внутреннего сгорания происходит из-за трения поршня в сборе. Поэтому, если мы сможем уменьшить трение, мы сможем сэкономить энергию и снизить расход топлива и масла», - сказал Майкл Варенберг, доцент Технологического института Джорджии Джорджа У. Школа машиностроения Вудраффа.
В исследовании, которое было опубликовано 5 октября в журнале Tribology Letters, исследователи из Технологического института Джорджии и Техниона - Израильского технологического института протестировали обработку поверхности чугунных блоков путем пескоструйной обработки смесью сульфида меди и оксид алюминия. Дробеструйная обработка химически изменила поверхность, что изменило способ сцепления молекул масла с металлом и привело к превосходной смазывающей способности поверхности.
«Мы хотим, чтобы молекулы масла были прочно связаны с поверхностью. Традиционно это соединение создается путем добавления в масло присадок», - сказал Варенберг. «В этом конкретном случае мы подвергли поверхность дробеструйной обработке смесью частиц оксида алюминия и сульфида меди. Повышение химической активности поверхности путем ее деформации позволяет провести реакцию замещения с образованием сульфида железа поверх железа. А сульфиды железа известны тем, что очень прочные связи с молекулами масла."
Масло является основным средством, используемым для уменьшения трения, возникающего при скольжении двух поверхностей при контакте. Исследователи сообщили, что новая обработка поверхности приводит к сверхнизкому коэффициенту трения около 0,01 в среде базового масла, что примерно в 10 раз меньше, чем коэффициент трения, полученный на эталонной необработанной поверхности.
«Сообщаемый результат превосходит характеристики лучших современных коммерческих масел и аналогичен характеристикам смазочных материалов, в состав которых входят наночастицы на основе дисульфида вольфрама, но, что особенно важно, в нашем процессе не используются какие-либо дорогие наноструктурированные среды», - сказал Варенберг..
Метод снижения поверхностного трения является гибким, и аналогичные результаты могут быть достигнуты с использованием различных процессов, отличных от дробеструйной обработки, таких как притирка, хонингование, полирование, лазерная ударная обработка, предполагают исследователи. Это сделало бы процесс еще проще для адаптации к целому ряду применений и отраслей. Исследователи планируют продолжить изучение фундаментальных функциональных принципов и физико-химических механизмов, благодаря которым лечение оказалось столь успешным.
«Этот простой, масштабируемый путь к сверхнизкому трению открывает новые горизонты для обработки поверхности и может значительно снизить потери энергии в промышленных масштабах», - сказал Варенберг. «Более того, наше открытие может привести к смене парадигмы в искусстве смазывания и положить начало совершенно новому направлению в науке и технике о поверхностях благодаря общности идеи и широкому спектру потенциальных применений».