Studi tribologici, di ossidazione e di conduttività termica di nanoparticelle di bisolfuro di molibdeno (MoS2) sintetizzate a microonde come nano

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14108 (2022) Citare questo articolo

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La lubrificazione è diventata essenziale per migliorare l’efficienza dei motori nell’era della rapida globalizzazione. Le proprietà tribologiche, di ossidazione e di conduttività termica di un olio motore svolgono un ruolo fondamentale nel migliorare la qualità della vita del motore di un veicolo. In questa ricerca, la nanoparticella di bisolfuro di molibdeno (MoS2) è stata sintetizzata tramite un reattore idrotermale a microonde. Successivamente, le nanoparticelle sono state disperse nell'olio per motori diesel SAE 20W50 per formulare il nanolubrificante. I risultati mostrano che il nanolubrificante con una concentrazione di MoS2 dello 0,01% in peso ha mostrato che il coefficiente di attrito e il diametro medio della cicatrice da usura sono diminuiti rispettivamente del 19,24% e del 19,52% rispetto all'olio base. Inoltre, il nanolubrificante con una concentrazione dello 0,01% in peso di nanoparticelle di MoS2 ha mostrato un miglioramento del 61,15% nel tempo di induzione dell'ossidazione rispetto all'olio base. Inoltre, l'aggiunta di MoS2 all'interno dell'olio base dimostra un miglioramento di circa il 10% nella conduttività termica rispetto all'olio base.

L’industria automobilistica è molto concentrata sull’enfasi sulle proprietà ecocompatibili, di qualità, di durabilità e di efficienza energetica. Ad esempio, in un veicolo passeggeri convenzionale1, ad esempio, il 79% del carburante viene dissipato a causa della perdita di energia. La perdita di energia e i guasti meccanici sono causati principalmente dall'attrito e dall'usura. L'attrito e l'usura consumano circa 1/3 dell'energia globale predominante e oltre la metà dell'energia è dovuta all'attrito dei mezzi di trasporto2. Inoltre, le parti usurate rappresentano quasi i 4/5 dei guasti meccanici3. L'attrito contribuisce anche a problemi significativi come la corrosione superficiale e l'inquinamento dell'ambiente. Di conseguenza, la riduzione dell’attrito e dell’usura è fondamentale per prolungare la durata di servizio delle apparecchiature meccaniche, migliorare l’efficienza del carburante e ridurre le emissioni.

La lubrificazione è uno dei modi più affidabili per ridurre l'usura da attrito, il risparmio energetico, la protezione dell'ambiente e la riduzione del carbonio4. Sono state utilizzate molte soluzioni per ridurre l’attrito e l’usura e raggiungere gli obiettivi di risparmio energetico. Il miglioramento del profilo della struttura della scanalatura in condizioni di lubrificazione idrodinamica può aumentare la capacità di carico del film d'olio5. D'altra parte, le loro proprietà tribologiche sono comunemente causate da condizioni di attrito e sono soggette a guasti per usura dopo un lungo periodo di servizio. Poiché possono creare uno strato lubrificante idrodinamico o elastoidrodinamico sulla superficie di contatto durante lo scorrimento per attrito, i lubrificanti liquidi vengono spesso utilizzati nell'industria automobilistica6. Oltre agli oli lubrificanti, occasionalmente possono essere utilizzati liquidi ionici come lubrificanti liquidi7. Durante le fasi di avvio e arresto delle parti meccaniche, o quando si verifica un ambiente ad elevato attrito, i lubrificanti liquidi non possono stabilire uno strato lubrificante continuo al centro delle superfici di attrito. In questo contesto si verificano fasi di lubrificazione limite e di lubrificazione mista, con conseguente aumento dell'attrito e dell'usura. L'applicazione di additivi lubrificanti è il metodo principale per ridurre l'attrito e l'usura mediante lubrificazione limite8. Fosfati organici, solfuri organici e composti metallici organici sono additivi lubrificanti tradizionali con forte stabilità della dispersione e qualità tribologiche. In termini di tossicologia, la produzione di ceneri solfatate, fosforo e zolfo (SAPS), che può produrre contaminazione dell’aria come piogge acide e clima nebbioso9 ed erosione chimica, sono i problemi che l’ambiente deve affrontare a vari livelli. Sebbene altri additivi, compresi i liquidi ionici, abbiano buone proprietà tribologiche, il loro utilizzo nell'industria è limitato dal loro costo elevato e dalla mancanza di rispetto dell'ambiente10,11. I nanolubrificanti utilizzano nanoparticelle come additivi lubrificanti nel lubrificante di base, dove il diametro delle particelle è solitamente compreso tra 1 e 100 nm12. Esperimenti in situ mostrano che l'incorporazione di nanolubrificanti negli oli base o nei rivestimenti riduce significativamente l'attrito e l'usura, mostrando allo stesso tempo interessanti proprietà tribologiche. Questo studio mira a migliorare le qualità tribologiche dell'olio per motori a base diesel utilizzando nanoadditivi. Questo è il primo tentativo di sintetizzare nanoparticelle di MoS2 utilizzando la via di sintesi delle microonde per applicazioni tribologiche. La sintesi di nanoparticelle utilizzando un metodo avanzato di sintesi a microonde consente di risparmiare tempo, energia e produce migliori proprietà tribologiche, di ossidazione e conduttività termica rispetto al tradizionale metodo idrotermale13. Sono stati quindi determinati i parametri fisico-chimici delle nanoparticelle di MoS2 e le nanoparticelle sono state disperse in olio motore a base diesel per sviluppare un nuovo nanolubrificante. Successivamente sono state studiate le caratteristiche tribologiche, di ossidazione e termiche. L'obiettivo principale di questo studio è creare nanoparticelle di MoS2 utilizzando la tecnologia a microonde, che ha migliorato le proprietà tribologiche, ossidative e termiche quando dispersa nell'olio per motori diesel. Questa ricerca aprirà la strada allo sviluppo di nuovi nano additivi MoS2 sintetizzati a microonde per l’olio per motori diesel.