Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia nano tin trong dầu bôi trơn đến khả năng hồi phục bề mặt chi tiết bị mòn

sau phản biện: 23/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2018 Tóm tắt Với sự phát triển của công nghệ nano, vật liệu nano đã được sử dụng rộng rãi trong dầu bôi trơn. Bổ sung hàm lượng 0,5% phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn, sử dụng thiết bị bốn bi MRS-10A, thí nghiệm với điều kiện vận tốc khác nhau. Thông qua máy đo đường kính vết mòn, kính hiển vi đồng tiêu (LCSM) và máy phổ tán sắc năng lượng (EDX) phân tích khả năng giảm ma sát mài mòn và tự hồi phục bề mặt chi tiết. Dựa trên cơ sở kết quả thí nghiệm, tiếp tục khảo sát hàm lượng chất phụ gia nano TiN trên động cơ diesel trong thời gian 30 phút với các tốc độ khác nhau để đánh giá mức độ giảm công ma sát dẫn đến giảm nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ, công suất động cơ tăng, chi phí nhiên liệu giảm, tiết kiệm tài nguyên và kéo dài tuổi thọ của động cơ. Từ khóa: Vật liệu nano; tự hồi phục; chất phụ gia nano TiN; động cơ diesel. Abstract With the development of nanotechnology, nano lubricating materials have been widely used as lubricating additive in lubricant. Experimental results indicate that the amount of 0.5% TiN in lubricants. The tribological behavior of TiN nanoparticle as lubricating additives was studied in MRS-10A four- ball frictional apparatus. Experiments were established with different velocity conditions. The frictional wear behavior and self-repair characteristic was analyzed by using Grinding Spot measurement system, Laser Scanning Confocal Microscope (LCSM) and EDX measurement instruments. The derived results are used to survey the content of TiN nano additives in diesel engine for 30 minutes with different speeds to evaluate the frictional reduction lower lubricant temperature, incrising power of the engine, reducing specific fuel costs thereby able to enhance life cycle of engine and more energy-saving compared to normal lubricants. Keywords: Nano materials; self-repairing; TiN nano additive; diesel engine. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong quá trình chuyển động, ma sát mài mòn là một hiện tượng luôn tồn tại trong các thiết bị máy móc. Ở các quốc gia như Mỹ, Anh, Đức và các nước phát triển khác, hằng năm ma sát hao mòn gây thiệt hại cho tổng sản phẩm quốc dân (GNP) chiếm 2÷7% [1]. Các điều tra đã phân tích và kết luận, khi ứng dụng những nghiên cứu chống ma sát mài mòn sẽ làm giảm thiệt hại GNP từ 1,0% đến 5,6% [2]. 1.1. Phân bố công suất trong ô tô Theo Priest M [3], phân bố công suất cho các hệ thống, các cặp ma sát của xe ô tô hạng trung: Tổng năng lượng sản sinh là 32 kW sẽ chi phí cho bánh xe là 3,8 kW; ma sát do hệ thống cơ khí 4,9 kW, còn lại là chủ yếu do thất thoát nhiệt. Taylor C M [4] đã nghiên cứu và chứng minh ma sát trong động cơ được phân bố như sau: ma sát hao mòn của các van cơ khí chiếm 12%; các ổ trục và ổ lăn chiếm 32%; đặc biệt cụm piston-xecmăng và xilanh hao mòn chiếm 56%. Học giả người Anh Người phản biện: 1. PGS.TS. Nguyễn Doãn Ý 2. TS. Vũ Hoa Kỳ 57 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 Andersson BS [5] nghiên cứu xe khách loại nhỏ và trung bình về phân bổ năng lượng sản sinh ra từ khi đốt cháy nhiên liệu: 12% chi phí để xe chuyển động; 15% hao tổn để khắc phục ma sát. Dựa vào số liệu của học giả Anh phân tích, nếu giảm ma sát 20% thì sẽ tiết kiệm lượng tiêu hao nhiên liệu là 3%. Học giả Nhật Bản Nakasa [6] nghiên cứu về phân bố tổn thất ma sát các cặp ma sát trong động cơ hạng trung (dưới 1200cc). Tỷ lệ được phân như sau: cơ cấu truyền động là 11,5%; ổ lăn: 5,0%; các loại van 6,0%; ổ trục: 11,5%; xecmăng 19,0%; phần váy piston: 47,0%. 1.2. Các nghiên cứu phụ gia nano trong dầu bôi trơn Một số quốc gia: Nhật Bản, Mỹ, Nga, Trung Quốc đặc biệt coi trọng nghiên cứu chất phụ gia nano tự hồi phục. Chất phụ gia tự hồi phục này được áp dụng ở lĩnh vực quân sự như: trên máy bay, chiến hạm, trên ô tô làm giảm ma sát, mòn, tiết kiệm nhiên liệu, tăng tuổi thọ, ngoài ra còn giảm được tiếng ồn [7]. Đặc biệt được ứng dụng nhiều cho các cặp ma sát của thiết bị máy trong nhà máy hạt nhân, các hầm mỏ có chất phóng xạ, trạm NaSa [8]. Nhật Bản rất quan tâm nghiên cứu ứng dụng chất phụ gia nano tự hồi phục trên ô tô, tập trung ứng dụng vào động cơ ô tô và bộ phận chuyển động của ô tô [9]. Ở Mỹ, Christopher DellaCorte [10] nghiên cứu hỗn hợp phụ gia nano Ag/BaF2-CaF2 tự hồi phục hao mòn bề mặt ma sát. Nghiên cứu phát hiện chất phụ gia nano này không những đã tự hồi phục mài mòn của cặp chi tiết ma sát mà còn hình thành lớp kim loại bảo vệ bề mặt ma sát chống mài mòn. Re’KinVe và các tác giả khác [11] ứng dụng chất phụ gia nano đá kim cương trên động cơ ô tô. Kết quả nghiên cứu là hệ số ma sát giảm 20%, chất phụ gia nano làm cải thiện tính chất dầu bôi trơn, đồng thời làm giảm tiếng ồn, giảm chất phát thải. Nhóm tác giả G.V. Vinogradov [12] nghiên cứu chất phụ gia nano lưu huỳnh trong dầu bôi trơn, thí nghiệm trên máy bốn bi. Kết quả thí nghiệm thấy rõ, dầu bôi trơn có phụ gia nano, vết mòn trên bề mặt của bi nhỏ, độ nhám trên bề mặt giảm đáng kể. A.Neville [13] nghiên cứu cho rằng bề mặt ma sát và chất phụ gia tương thích trong dầu bôi trơn làm giảm ma sát mài mòn. Hernández Battez [14] nghiên cứu ba chất phụ gia nano CuO，ZrO2 và ZnO và so sánh khả năng giảm ma sát và mài mòn. Rashmi [15] nghiên cứu chất phụ gia nano MoS2 về khả năng giảm ma sát mài mòn. Nghiên cứu thấy rằng, chất phụ gia này có khả năng giảm ma sát và mài mòn rất tốt. Rapoport [16] nghiên cứu chất phụ gia WS2 trong dầu bôi trơn nguyên chất, kết quả cũng thấy rằng, có phụ gia sẽ chống được mài mòn và giảm ma sát. Nano TiN là hợp chất có các tính chất: dẫn nhiệt tốt, ít chịu tác dụng hóa học, dễ khuếch tán vào bề mặt kim loại làm cho bề mặt bóng, chịu mài mòn, độ cứng lớn nhưng vẫn giữ độ dẻo tốt, ít nứt gãy. Từ những tính chất đặc biệt của TiN, do vậy bài viết nghiên cứu chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn động cơ diesel (CF4-15W/40), thí nghiệm trên máy bốn bi. Để đánh giá tính năng ma sát, chống mài mòn và khả năng phục hồi mài mòn bề mặt chi tiết. Qua thí nghiệm trên máy bốn bi, lựa chọn được hàm lượng tốt nhất chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn để tiếp tục khảo nghiệm trên động cơ diesel để đánh giá giảm công ma sát của động cơ. 1.3. Quy trình thí nghiệm Bảng 1. Sơ đồ quy trình thực nghiệm 58 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 2. THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY 4 BI 2.1. Pha chế phụ gia Phụ gia trong dầu bôi trơn bao gồm: hàm lượng nano TiN (độ hạt là 20 nm) và hàm lượng chất phân tán - Polyethylene glycol (trọng lượng phân tử PEG-200) với tỷ lệ 1:2 và cùng bổ sung vào bôi trơn của động cơ diesel (CF-4 15W/40). Sau đó đặt cốc dầu hỗn hợp đã pha chế vào máy phát sóng siêu âm trong thời gian 30 phút, chất phụ gia sẽ phân tán trong dầu bôi trơn như hình 1. Hình 1. Phân tán chất phụ gia nano trong dầu bôi trơn 2.2. Thiết bị thí nghiệm a) Nguyên lý bốn viên bi b) Kẹp bi c) Cố định ba viên bi Hình 2. Nguyên lý và cấu tạo của ma sát bốn bi 1-Viên bi đỉnh; 2-Ba viên bi phía dưới; 3-Mối ghép kẹp ba viên bi; 4-Kẹp bi; 5-Đai ốc ren ngoài. Dùng máy thí nghiệm ma sát bốn bi MRS-10A, đường kính viên bi thí nghiệm là 12,7 mm, độ cứng HRC: 64-66. Nguyên lý làm việc của máy bốn bi theo hình 2. Viên bi phía trên được kẹp chặt bởi kẹp bi (4) và có chuyển động quay. Ba viên bi ở dưới được cố định bởi mối ghép đai ốc ren ngoài (5). Khi viên bi (1) quay sẽ tiếp xúc ma sát với ba viên bi cố định phía dưới. Khi có chuyển động ma sát, ba viên bi phía dưới bị mài mòn biên dạng (vết mòn) là hình tròn. 2.3. Thông số và phương pháp phân tích Theo tiêu chuẩn SH-T0762-2005 với điều kiện thí nghiệm: tải trọng 392 N, tốc độ 600 vg/ph và nhiệt độ dầu bôi trơn là 75oC, thí nghiệm với phụ gia nano trong dầu bôi trơn đã pha như mục 2.1, với thời gian là 60 phút. Dùng máy đo biên dạng mài mòn của ba viên bi cố định phía dưới, sau đó tính trung bình đường kính vết mài mòn để đánh giá độ mòn trong quá trình ma sát. Đồng thời, sử dụng thiết bị kính hiển vi đồng tiêu LCSM và máy phổ tán sắc năng lượng EDX phân tích thành phần hóa học trên vết mài mòn của viên bi. Kết quả phân tích thành phần hóa học của bề mặt viên bi bị mài mòn sẽ đánh giá được khả năng tự hồi phục hao mòn của phụ gia nano TiN. 2.4. Kết quả thí nghiệm với máy bốn bi 2.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng đến ma sát và mài mòn 2.4.1.1. Hệ số ma sát và vết mòn Hình 3. Ảnh hưởng của hàm lượng TiN đến ma sát và mòn Hàm lượng của chất phụ gia nano ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất của dầu bôi trơn. Nếu hàm lượng chất phụ gia quá giới hạn trong dầu bôi trơn thì nano dễ dàng liên kết với nhau thành những hạt lớn hơn tạo thành các tạp chất trong dầu bôi trơn. Nhưng nếu hàm lượng quá ít thì chất phụ gia không đủ làm cải thiện tính chất của dầu bôi trơn. Do vậy, nhất thiết phải có một hàm lượng tốt nhất chất phụ gia trong dầu bôi trơn mới cải thiện tính 59 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 chất dầu bôi trơn, sẽ làm giảm ma sát, mài mòn cặp chi tiết. Với điều kiện thí nghiệm theo tiêu chuẩn, thí nghiệm với hàm lượng nano TiN trong dầu bôi trơn từ 0.0% đến 1,0%, kết quả thí nghiệm thấy rằng, phụ gia nano đã cải thiện tính chất của dầu bôi trơn (hình 3). Với hàm lượng nhỏ 0,25% nano TiN trong dầu bôi trơn cũng đã làm giảm hệ số ma sát và đường kính vết mòn của viên bi (bảng 2). Khi bổ sung hàm lượng chất phụ gia nano TiN là 0,5%, hệ số ma sát và đường kính vết mòn đạt giá trị nhỏ nhất. Hệ số ma sát là 0,0667, so với hệ số ma sát của dầu bôi trơn nguyên chất giảm 19,8%. Đường kính vết mòn là 0,345 mm, giảm 14,2% so với dầu bôi trơn gốc. Khi hàm lượng chất phụ gia nano trong dầu bôi trơn là 0,75%, hệ số ma sát và đường kính vết mòn tăng dần. Nguyên nhân có thể do hàm lượng quá 0,5%, những hạt nano TiN trong dầu bôi trơn liên kết cục bộ với nhau trở thành hạt lớn hơn, một phần sẽ lắng đọng. Do vậy, khả năng chống ma sát và mài mòn của chất phụ gia nano ít hiệu quả. Bảng 2. Hàm lượng phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn ảnh hưởng đến ma sát, mòn Hàm lượng chất phụ gia (%) 0,0 0,25 0,5 0,75 1,0 Hệ số ma sát 0,0832 0,0805 0,0667 0,0780 0,0800 Đường kính vết mòn (mm) 0,402 0,348 0,345 0,383 0,397 2.4.1.2. Tự hồi phục mài mòn của chất phụ gia a. Dầu bôi trơn CF4-15W/40 Với điều tiêu chuẩn, từ hình 4 có thể quan sát thấy, khi sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, vết mòn có nhiều nhấp nhô cao, độ sâu xước rất rõ nét trên bề mặt ma sát, toàn bề mặt tương đối xù xì. Vết cào xước rõ nét và hầu hết trên toàn bộ bề mặt vết mài mòn (hình 4a, 4b). Độ lệch trung bình của profin hình học bề mặt Ra = 1887 nm (hình 4c). Dùng máy phổ tán sắc năng lượng (EDX) phân tích thành phần hóa học trên bề mặt ma sát (hình 4d), thấy tồn tại chủ yếu các thành phần các nguyên tố hóa học của viên bi là Fe, Cr và S. b. Hàm lượng 0,5% chất phụ gia nano TiN Với điều kiện tiêu chuẩn, khi thí nghiệm hàm lượng 0,5% của chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn, quan sát bề mặt vết mòn (LCSM) và phân tích thành phần hóa học (EDX) trên vết mòn được thể hiện trên hình 5. Từ hình vẽ có thể quan sát thấy, bề mặt vết mòn khi dùng chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn so với dùng dầu bôi trơn nguyên chất có rất ít nhấp nhô, bề mặt tương đối bằng phẳng, vết cầy xước không sâu, không rõ nét. Vết xước chỉ tập trung chủ yếu ở phần trung tâm vết mòn (hình 5a; 5b). Độ lệch trung bình của profin hình học bề mặt Ra = 957 nm (hình 5c). Dùng EDX phân tích thành phần hóa học trên bề mặt vết mòn có tồn tại các nguyên tố hóa học Fe, Ti và Cr. Trong đó, nguyên tố Fe, Cr thành phần hóa học của chi tiết ma sát (viên bi), nguyên tố Ti là từ chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn. Nguyên tố Ti tồn tại trên bề mặt vết mòn có trị số là 1,12%. Do vậy có thể kết luận rằng, chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn đã bổ sung, khuếch tán vào vết mòn nên bề mặt ma sát giảm độ nhấp nhô bề mặt chi tiết. 2.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ đến ma sát và mài mòn Hàm lượng 0,5% nano TiN trong dầu bôi trơn có khả năng giảm ma sát và chống mài mòn tốt nhất tại điều kiện tiêu chuẩn. Nhưng trên thực tế, các cặp ma sát luôn làm việc trong điều kiện vận tốc khác nhau. Do vậy, để chứng minh hàm lượng 0,5% nano TiN trong dầu bôi trơn có khả năng giảm ma sát mài mòn trong điều kiện vận tốc thay đổi. Nhóm nghiên cứu tiếp tục thí nghiệm với điều kiện vận tốc trong khoảng 400 vg/ph đến 1600 vg/ph, còn các điều kiện khác giữ nguyên điều kiện tiêu chuẩn. Từ bảng 3, cho thấy bất luận tại điều kiện vận tốc thấp hay cao, chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn đều giảm ma sát và mài mòn so với dầu bôi trơn gốc. Với vận tốc từ 400 vg/ph đến 1400 vg/ph, khi sử dụng chất nano phụ gia nano TiN, hệ số ma sát giảm 12,1%, đường kính vết mòn giảm 11,0% so với sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất. Đặc biệt khi ở điều kiện vận tốc 1600 vg/ph, khi sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, cặp ma sát phát ra tiếng “rít, két” kim loại nghe rất chói tai (kẹt bi), sau đó máy bốn bi tự động dừng hoạt động. Nhưng khi sử dụng chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn, cặp ma sát không phát ra tiếng kêu, máy bốn bi hoạt động bình thường. Như vậy có thể khẳng định, khi có phụ gia nano TiN với hàm lượng 0,5% trong dầu bôi trơn đã cải thiện tính năng của dầu bôi trơn gốc. 60 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 a) Toàn bộ đường kính vết mòn b) Vết mòn tại trung tâm c) Trung tâm vết mòn (hình 3D) d) EDX phân tích thành phần hóa học Hình 4. Dùng thiết bị LCSM và EDX quan sát và phân tích vết mòn khi dùng dầu bôi trơn gốc a) Toàn bộ đường kính vết mòn b) Vết mòn tại trung tâm c) Trung tâm vết mòn (hình 3D) d) EDX phân tích thành phần hóa học Hình 5. Dùng thiết bị LCSM và EDX quan sát và phân tích vết mòn khi dùng hàm lượng 0,5% phụ gia nano TiN 61 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 Bảng 3. Ảnh hưởng của vận tốc đến khả năng giảm ma sát, mòn (Thí nghiệm với điều kiện: Hàm lượng nanoTiN = 0,5%; t = 60 ph; PB = 392 N; nhiệt độ: 75˚C) Vận tốc (vg/ph) Đường kính vết mòn (D/mm) Hệ số ma sát (μ) Chất phụ gia nano TiN Dầu bôi trơn gốc CF4-15W/40 Chất phụ gia nano TiN Dầu bôi trơn gốc CF4-15W/40 400 0,318 0,342 0,0616 0,0651 600 0,345 0,402 0,0667 0,0832 800 0,380 0,417 0,0765 0,0867 1000 0,413 0,432 0,0824 0,0890 1200 0,419 0,463 0,0736 0,0829 1400 0,422 0,516 0,0702 0,0826 1600 0,431 kẹt bi 0,0693 kẹt bi 3. THÍ NGHIỆM HÀM LƯỢNG CHẤT PHỤ GIA NANO TiN ĐẾN ĐỘNG CƠ 3.1. Lịch sử nghiên cứu Wang Dongai cùng các tác giả khác [17] thí nghiệm với chất phụ gia nano đá kim cương có kích thước 3÷6 nm. Kết quả thí nghiệm cho thấy: với hàm lượng 0,01% trong dầu bôi trơn đã cải thiện chất lượng dầu bôi trơn, tự hồi phục hao mòn các cặp ma sát dẫn đến áp suất xilanh động cơ tăng lên 28,9% làm tăng công suất động cơ là 4,2% và giảm lượng khí thải độc hại như HC là 60%, NOx là 20,5%. Shi Pei-jing [18] đã thí nghiệm trên động cơ với chất phụ gia nano đồng kết hợp với nano đất hiếm pha vào trong dầu bôi trơn động cơ và dầu bôi trơn. Kết quả thí nghiệm thấy rằng, sử dụng chất phụ gia nano trong dầu bôi trơn đã giảm công ma sát dẫn đến tăng công suất động cơ và mômen xoắn là 3,0% và 4,3%, chi phí nhiên liệu giảm 3,5%. Khi thí nghiệm với thời gian 300 h, dùng phương pháp phân tích hàm lượng kim loại trong dầu bôi trơn. Kết quả thí nghiệm: Khi động cơ dùng dầu bôi trơn có chất phụ gia nano thì lượng kim loại Fe, Cr, Mn, Al ít hơn rất nhiều so với động cơ dùng dầu nguyên chất. 3.2. Thiết bị và thông số thí nghiệm 3.2.1. Thiết bị thí nghiệm Thí nghiệm với hai động cơ diesel (4JB1), động cơ có bốn xilanh (4.3l). Trạng thái kỹ thuật tương đương nhau và cả hai động cơ đã hoạt động được 5000 giờ. Dùng hệ thống thí nghiệm là ET2000. 3.2.2. Thông số thí nghiệm Khảo sát với dải tốc độ động cơ: 1200 vg/ph, 1500 vg/ph, 1800 vg/ph, 2100 vg/ph, 2300 vg/ph, 2500 vg/ph, 2700 vg/ph. Thời gian mỗi lần thí nghiệm 60 phút. Thông qua phần mềm chuyên dụng: cứ 2 s các thông số sẽ được lưu lại bộ nhớ máy tính. Thí nghiệm với hai động cơ: Một động cơ sử dụng dầu bôi trơn pha chế phụ gia nano TiN, hàm lượng 0,5%. Động cơ khác sử dụng dầu bôi trơn gốc CF4-15W/40. Các thông số thí nghiệm: công suất động cơ, mômen xoắn, chi phí nhiên liệu riêng. Sau đó đánh giá mức độ tăng công suất động cơ, mômen xoắn và giảm chi phí nhiên liệu riêng khi sử dụng dầu bôi trơn có chất phụ gia nano TiN. 3.3. Kết quả thí nghiệm 3.3.1. Công suất động cơ, mômen xoắn và chi phí nhiên liệu Từ hình 6, có thể qua sát thấy: Động cơ khi sử dụng dầu bôi trơn có thêm chất phụ gia nano TiN, công suất và mômen xoắn tăng lên rất rõ rệt (hình 6a, b). Đồng thời chi phí nhiên liệu riêng giảm đáng kể (hình 6c). Với tốc độ 1200 vg/ph, khi động cơ sử dụng dầu bôi trơn có chất phụ gia nano TiN so với động cơ dùng dầu bôi trơn nguyên chất, công suất động cơ và mômen xoắn tăng nhiều nhất lần lượt tăng là: 27,40% và 27,32%, còn chi phí nhiên liệu riêng giảm là 21,24%. Nhưng ở tốc độ 2100 vg/ph, công suất động cơ và mômen xoắn tăng ít nhất nhất lần lượt tăng là: 12,33% và 12,34%, chi phí nhiên liệu riêng giảm 10,65%. Với dải tốc độ khảo sát, khi sử dụng dầu bôi trơn có phụ gia nano TiN, công suất và mômen xắn tăng trung bình lần lượt là 18,21%và 18,22%. Chi phí nhiên liệu riêng giảm 14,11%. Có thể quan sát thấy (hình 6c), khi động cơ sử dụng dầu bôi trơn có phụ gia nano ở điều kiện tốc độ thấp, chi phí nhiên liệu riêng giảm nhiều nhất so với động cơ sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất. 62 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 n/r.min-1 Dầu nguyên chất Phụ gia nano TiN a) Đồ thị công suất thay đổi theo tốc độ n/r.min-1 Dầu nguyên chất Phụ gia nano TiN b) Đồ thị mômen xoắn thay đổi theo tốc độ n/r.min-1 Dầu nguyên chất Phụ gia nano TiN c) Đồ thị chi phí nhiên liệu riêng thay đổi theo tốc độ Hình 6. Ảnh hưởng của tốc độ đến công suất động cơ, mômen xoắn và chi phí nhiên liệu riêng 3.3.2. Phân tích nguyên nhân tăng công suất và giảm chi phí nhiên liệu Như đã phân tích ở trên, có thể đánh giá rằng: chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn đã làm tăng tính chất dầu bôi trơn dẫn đến giảm ma sát của các chi tiết tiếp xúc và phục hồi bề mặt bị mòn. Xét nhóm piston - xylanh động cơ (hình 7) thấy rằng, khi động cơ mới sử dụng, bề mặt xylanh tương đối nhẵn bóng (hình 7a), nhưng động cơ sử dụng được 5000 giờ, quan sát thấy bề mặt xylanh và xecmăng bị mòn (hình 7b). Khi khảo nghiệm, động cơ sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, kết quả công suất giảm và chi phí nhiên liệu riêng tăng. Nhưng với động cơ sử dụng dầu bôi trơn có phụ gia nano TiN, chất phụ gia nano TiN đã phục hồi bề mặt bị mòn của xylanh, xecmăng, do vậy buồng đốt động cơ kín khít hơn, ít bị lọt khí xuống cacte (hình 7c) đồng thời, lớp hồi phục này cũng làm giảm ma sát đáng kể. Do vậy, đây là một trong những nguyên nhân để tăng công suất động cơ và chi phí nhiên liệu riêng giảm. Hình 7. Hình thành lớp hồi phục nhóm piston - xylanh động cơ 4. KẾT LUẬN Thí nghiệm trên máy bốn bi, với hàm lượng phụ gia nano TiN 0,25÷1,00% trong dầu bôi trơn thấy rằng: Chất phụ gia nano cải thiện tính chất của dầu bôi trơn. Do vậy, hệ số ma sát của cặp ma sát giảm và hao mòn cũng giảm. Đặc biệt hàm lượng phụ gia là 0,5%, ma sát và mòn giảm nhiều nhất và bề mặt mòn được hồi phục bằng phụ gia nano TiN. Thí nghiệm trên động cơ diesel, khi động cơ sử dụng dầu bôi trơn, hàm lượng phụ gia nano TiN là 0,5%, công ma sát của động cơ giảm, do vậy công suất động cơ tăng và giảm chi phí nhiên liệu riêng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Dašic P, Franek F, Assenova E, et al. International standardization and organizations in the field of tribology [J]. Industrial Lubrication and Tribology, 2003, 55(6): 287-291. [2]. Jost H P. Tribology Micro & Macro Eco- nomics: A Road to Economic Savings [J]. Tribology and Lubrication Technology, 2005, 61(10): 18. 63 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 [3]. Priest M, Taylor C M. Automobile engine tribology- approaching the surface [J]. Wear, 2000, 241: 193-203. [4]. Taylor C M. Automobile engine tribology-design considerations for efficiency and durability[J]. Wear, 1998, 221: 1-8. [5]. Andersson BS. Company perspectives in vehicle tribology-Volvo, 17th Leeds-Lyon Symposium on Tribology-Vehicqle Tribology[C]. Tribology series-18. Oxford-UK- Elsevier Ltd, 1991: 503-506. [6]. Nakasa M. Engine friction overview. Proceedings of International Tribology Conference Japan[C]: Yokohama, 1995. [7]. Ni jiDing. Yi geEr. Mechanical parts of friction surface and the contact surface wear protectionlayer generates compensating method [J]. 1998,2002, (12):162. [8]. NASA turns to universities for research in space age materials [DB/OL]. News from Princeton Julsep,2002. q3/0920-nasa.htm [9]. SatoshiM, Eiichi Y, Haruhisa K, et al. Self- repairing mechanical system[A]. Part of the SPLE Conference on Sensor Fusion and Decentralized Control in Robotic Systems II[C]. Bellingham, Washington, USA: Society of Photo-optical Instrumentation Engineers, 1999: 202-213. [10]. Christopher DellaCorte. The effect of counterface on the tribological erformance of a high temperature solid lubricant composite from 25 to 650℃[J]. Surface and Coatings Technology, 1996,(2): 486~492. [11]. Re’Kin Ve. Lubricants with ultra-disperse diamond-graphitepowder. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 2004, 40(3): 164-170. [12]. G.V. Vinogradov, O.E. Morozova. A study of the wear of steel under heavy loads with lubricants containing sulphur-based additives[J]. Wear, 1960(3): 297-308. [13]. A. Neville, A. Morina, T. Haque, etc. CoMPatibility between tribological urfaces and lubricant additives-How friction and wear reduction can be controlled by surface/lube synergies[J]. Tribology International, 2007, (40): 1680-1695. [14]. Hernández Battez A., González R., Viesca J. L., et al. CuO, ZrO2 and ZnO nanoparticles as antiwear additive in oil lubricants[J]. Wear, 2008, 265: 422-428. [15]. Rashmi R. Sahoo, Sanjay K. Biswas. Deformation and friction of MoS2 particles in liquid suspensions used to lubricate sliding contact[J]. Thin Solid Films, 2010, 518: 5995-6005. [16]. L. Rapoport, V. Leshchinsky, I. Lapsker, et al. Tribological properties of WS2 nanoparticles under mixed lubrication[J]. Wear, 2003, 255: 785-793. [17]. Wang Dongai, Liu Meihua, Zhang Shuda, JiDegang. Research on Wear Mechanism for Modified Nano-diamond Powder as Additives in Lubricating Oils[J]. Lubrication Engineering, 2009, 34(7) : 58-61. [18]. Shi Pei-jing，Xu Yi. Preparation of Nanoparticles Self-Repairing Additive and its Application in Engines[J]. Chinese surface engineering in 2004 second (total sixty-fifth): 37-40.