مقدمه
روانكاري يا Lubrication علم تسهيل حركت نسبي سطوح در تماس با يكديگر تعريف شده است. عدم روانكاري صحيح ماشين‌آلات علاوه بر آنكه باعث تقليل راندمان مكانيكي و پايين آمدن بازده زماني ماشين مي‌شود، منتج به فرسايش بيش از حد، فرسودگي و از كارافتادگي زودرس آنها نيز مي‌گردد. در ابتدا براي روانكاري از روغن‌هاي پايه استفاده مي‌شد. ولي امروزه با به وجودآمدن موتورهاي سبك و تندرو، استفاده از روغن موتورهاي پايه جوابگوي نياز نمي‌باشد. بدين منظور براي ساخت يك روغن كه بتواند مشخصات لازم را بر حسب عملكرد مورد نظر، داشته باشد دو جز اصلي به نام روغن پايه و مواد افزودني با يكديگر مخلوط مي‌شود تا بتوان شرايط لازم براي كار موتور و همچنين محافظت از موتور را به وجود آورد. افزودني‌ها بر حسب كاركردشان انواع مختلفي دارند كه برخي از آنها عبارتند از: افزودني ضد اصطكاك، ضد سايش، ضد اكسيدكنندگي، پاك‌كننده، پراكنده‌كننده و غيره. در زير به بررسي روان‌كننده WS2 كه هم به صورت مستقيم به عنوان روان‌كننده استفاده مي‌شود و هم به صورت افزودني به ساير روان‌كننده‌ها به منظور جلوگيري از سايش قطعات درگير موتور و همچنين كاهش اصطكاك به كار مي‌رود، پرداخته مي‌شود.
مشكلات ناشي از استفاده از روان‌كننده‌هاي رايج WS2
روان‌کننده‌هاي رايج WS2 داراي ساختاري شبيه به گرافيت بوده و با لغزيدن لايه‌ها روي همديگر سبب کاهش اصطکاک مي‌گردند. لبه‌هاي اين لايه‌ها فعال بوده و سبب مي‌شود كه اين مواد به آرامي تجزيه شده يا در اثر حرارت و فشار بالا از هم بپاشند و با سطح فلز ترکيب و واكنش دهند. همچنين به خاطر بزرگ‌بودن اين لايه‌ها، آنها نمي‌توانند در ترک‌ها و منافذ موجود در روي سطح وارد شوند و بنابراين بر روي هم انباشته شده و به سطح مي‌چسبند و لذا بعد از مدتي از روان‌کنندگي مناسب جلوگيري مي‌کنند.
اين عوامل سبب مي‌شوند که روان‌کننده‌ها توانايي خود را از دست داده و اصطکاک ما بين دو سطح فلز افزايش يابد، بنابراين نياز به ذرات کوچکتر و مقاومتر وجود دارد.
استفاده از نانوذرات WS2 جهت روانكاري قطعات درگير براي كاهش اصطكاك و ساييدگي
نانوذرات WS2 به صورت جامدات کروي شكل مي باش ن د. از اين نانوذرات در توليد محصول ي به اسم Nanolub استفاده مي‌شود و بسيار ب هتر از روان‌کننده‌هاي معمولي سبب کاهش اصطکاک و سايش، به خصوص در مواقع بارگيري زياد شده و علاوه بر آن سبب افزايش طول عمر دستگاه و کاهش هزينه‌هاي نگهداري و تعميرات مي‌شوند. اين روان‌کننده قابل استفاده در ماشين‌ها و دستگاه‌ها ي صنعتي و هواپيما مي‌باشد.
در شكل زير نانوذرات موليبدنيوم سولفايد نشان داده شده است.
نانوذرات كروي شكل موجود در Nanolub بسيار ريز هستند و مي‌توان گفت كه هنگام قرارگرفتن بين دو سطح به صورت بلبرينگ‌هاي بسيار کوچک عمل مي‌کنند. آزمايش‌هاي بسياري نشان مي‌دهند که اين روان‌کننده تا حد بسيار زيادي سبب کاهش اصطکاک، ساييدگي و دما شده و بسيار بهتر از ساير روان‌کننده‌ها ي جامد عمل مي‌کنند به خصوص در مواقعي که بار زيادي روي سيستم وجود دارد. اين روان‌کننده همچنين از سوختن و به‌هم‌چسبيدن و پوسته پوسته‌شدن سطح فلز جلوگيري مي کند.
روان‌کننده Nanolub به صورت افزودني به روان‌کننده‌هاي مايع ، گ ريس‌ها، به صورت پودر جامد، پوشش نازک کامپوزيتي روي فلز و به صورت لايه پليمري کامپوزيتي مي‌تواند مورد استفاده قرار گيرد. روان‌کننده داراي نانوذرات WS2 در روي سطوح زبر به خوبي عمل مي‌نمايد. ا ي ن امر بدين معني است که سطوحي را که روي هم مي‌لغزند ديگر لازم نيست به صورت کاملاً يکنواخت صاف و جلا داد. چنانچه در روشهاي رايج براي کاهش اصطکاک نياز به جلادادن و صاف‌نمودن سطح تا حد بسيار زياد لازم است که اين امر نياز به صرف هزينه و وقت و دقت بالايي دا رد . با استفاده از روان‌کننده Nanolub در روي سطوح زبر اين سطوح بعد از مدتي خودشان به صورت خودكار سبب روان‌شدن سطح مي گردند چرا که روان‌کننده در منافذ بين سطح به دام مي‌افتد و به تدريج با ساييده‌شدن زبري‌هاي بزرگ سطح آزاد شده و عمل روان‌کنندگي را انجام مي‌دهد و از ايجاد اصطکاک در بين سطوح تا حد زيادي جلوگيري مي‌کند.
در نمودار زير اثر بار گذاري بر روي خاصيت روان‌کنندگي بررسي شده است.
نمودار تاثير بارگذاري بر روي ضريب اصطكاك را نشان مي دهد.
چنانچه در نمودار ديده مي‌شود در روان‌كننده‌هاي معمولي با افزايش بارگذاري ضريب اصطكاك بعد از مدتي به طور ناگهاني افزايش مي‌يابد در حالي كه اين افزايش در هنگام استفاده از نانوذرات WS2 در بارگذاري‌هاي بسيار بالا ديده مي‌شود و ميزان افزايش ضريب اصطكاك نيز بسيار كم مي‌باشد.
روشهاي استفاده از نانوذرات WS2
• به صورت افزودني به روغن
• افزودني به گريس
• جزء لايه‌هاي کامپوزيتي پليمر
• در پوشش‌هاي کامپوزيت‌هاي فلزي
برخي از خصوصيات و مزيت هاي Nanolub
• کاهش اصطکاک و ساييدگي به صورت بسيار بهتر از ساير روان‌کننده‌هاي رايج به خصوص در بارگذاري بالا
• طولاني‌بودن طول عمر روان‌كننده
• توانايي تحمل بارگذاري بسيار زياد
• پايداري شيميايي و فيزيکي بالا ي نانوذرات
• صرفه‌جويي در مصرف انرژي و کاهش آلودگي
• سازگار با محيط زيست
• حفظ دقت بالاي اجزاء مختلف دستگاه بعد از کارکرد طولاني
• کاهش هزينه تهيه و ساخت اجزاء ماشين‌ها و دستگاه‌ها به خاطر کارکرد مناسب در روي سطوح زبر
خصوصيات برجسته Nanolub ناشي از اندازه نانو
• قابليت نفوذ در منافذ ريز
• جلوگيري از Build up سطوح
• امكان ايجاد سطوح خودروان‌کننده
مزاياي ناشي از کروي شكل‌بودن نانوذرات WS2
• کاهش اصطکاک تا حد بسيار بيشتري از لايه‌هاي رايج روان‌کننده به خاطر قابليت چرخيدن کره‌ها
• پايداري شيميايي به خاطر عدم وجود لبه‌ها
• عمر کاري طولاني‌تر
• پايداري فيزيکي بالا
• عدم چسبيدگي به سطح
بازار هاي مورد هدف Nanolub
• عدم نياز به نگهداري هميشگي دستگاه‌ها - هواپيمايي، شاتل‌ها و توربين‌ها
• کارخانه‌هاي نيازمند به محيط تميز - نيمه‌رساناها
• تحمل بارگذاري زياد - ماشين‌ها و دستگاه‌هاي سنگين
• محيط‌هاي غيرعادي- خلاهاي بالا، تشعشع و فضاي بيرون جو
• کاربردهاي نظامي- موتورهاي بدون صدا
• لايه‌هاي کامپوزيتي- پوشش‌هاي ضد خوردگي
منبع :سايت نانو
نانوذرات، روان كننده، كاهش اصطكاك