マイクロ波合成二硫化モリブデン (MoS2) ナノ粒子のトライボロジー、酸化、熱伝導率の研究

Scientific Reports volume 12、記事番号: 14108 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

急速なグローバル化の時代において、エンジンの効率を高めるためには潤滑が不可欠となっています。 エンジン オイルの摩擦特性、酸化特性、熱伝導特性は、車両のエンジン寿命の質を向上させる上で重要な役割を果たします。 この研究では、マイクロ波水熱反応器を介して二硫化モリブデン (MoS2) ナノ粒子を合成しました。 その後、ナノ粒子を SAE 20W50 ディーゼル エンジン オイルに分散させてナノ潤滑剤を配合しました。 結果は、MoS2 濃度が 0.01 wt% のナノ潤滑剤は、基油と比較して、摩擦係数、平均摩耗痕径がそれぞれ 19.24% および 19.52% 減少したことを示しています。 さらに、0.01 wt% 濃度の MoS2 ナノ粒子を含むナノ潤滑剤は、基油と比較して酸化誘導時間において 61.15% の向上を示しました。 さらに、基油に MoS2 を添加すると、基油と比較して熱伝導率が約 10% 向上します。

自動車業界は、環境に優しく、品質、耐久性、エネルギー効率の特性を重視することに重点を置いています。 たとえば、従来の乗用車では、燃料の 79% がエネルギー損失により消費されます1。 エネルギー損失と機械的故障は、主に摩擦と摩耗によって引き起こされます。 摩擦と摩耗は世界の主なエネルギーの約 1/3 を消費し、電力の半分以上が輸送機器の摩擦に占められています2。 さらに、機械的故障のほぼ 4/5 は部品の磨耗によるものです3。 摩擦は、表面腐食や環境汚染などの重大な問題の原因にもなります。 その結果、機械装置の耐用年数を延ばし、燃料効率を改善し、排出ガスを削減するには、摩擦と摩耗を低減することが重要です。

潤滑は、摩擦摩耗を軽減し、エネルギーを節約し、環境を保護し、炭素を削減するための最も信頼できる方法の 1 つです4。 エネルギー節約の目標を達成するために、摩擦と摩耗を軽減するために多くのソリューションが使用されてきました。 流体潤滑条件下で溝のテクスチャ プロファイルを改善すると、油膜の耐荷重能力が向上します5。 一方、そのトライボロジー特性は一般的に摩擦条件によって引き起こされ、長期間使用すると摩耗故障が発生しやすくなります。 液体潤滑剤は、摩擦滑り中に接触面に流体力学的または弾性流体力学的潤滑層を確立する可能性があるため、自動車産業で頻繁に使用されます6。 潤滑油に加えて、イオン液体が液体潤滑剤として使用されることもあります7。 機械部品の開始段階と停止段階、または高摩擦環境が発生した場合、液体潤滑剤は摩擦面の中央に連続した潤滑層を確立できません。 これに関連して、境界潤滑段階と混合潤滑段階が発生し、摩擦と摩耗が増加します。 潤滑添加剤の適用は、境界潤滑による摩擦と摩耗を軽減するための有力な方法です8。 有機リン酸塩、有機硫化物、および有機金属化合物は、強力な分散安定性と摩擦特性を備えた伝統的な潤滑剤添加剤です。 毒物の観点から見ると、酸性雨や霞んだ気候9、化学浸食などの大気汚染を引き起こす可能性のある硫酸灰・リン・硫黄（SAPS）の生成は、環境がさまざまな程度で直面する問題です。 イオン液体を含む他の添加剤は良好なトライボロジー特性を持っていますが、コストが高く、環境に優しくないため、業界での使用には制約があります 10,11。 ナノ潤滑剤は、ベース潤滑剤中の潤滑剤添加剤としてナノ粒子を使用し、その粒子直径は通常 1 ～ 100 nm です12。 現場実験では、基油またはコーティングにナノ潤滑剤を組み込むと、摩擦と摩耗が大幅に減少すると同時に、興味深いトライボロジー特性も示されることが示されています。 この研究は、ナノ添加剤を使用してディーゼルベースのエンジンオイルのトライボロジー品質を改善することを目的としています。 これは、トライボロジー応用のためにマイクロ波合成ルートを使用して MoS2 ナノ粒子を合成する最初の試みです。 高度なマイクロ波合成法を使用したナノ粒子の合成は、時間とエネルギーを節約し、従来の水熱法よりも優れた摩擦特性、酸化特性、熱伝導特性を生み出します13。 次に、MoS2 ナノ粒子の物理化学的パラメーターが決定され、ナノ粒子がディーゼルベースのエンジン オイルに分散されて、新しいナノ潤滑剤が開発されました。 その後、摩擦特性、酸化特性、熱特性を調査しました。 この研究の主な目的は、マイクロ波技術を使用して MoS2 ナノ粒子を作成することです。このナノ粒子は、ディーゼル エンジン オイルに分散させたときに摩擦特性、酸化特性、熱特性が向上します。 この研究は、ディーゼルエンジンオイル用の新しいマイクロ波合成MoS2ナノ添加剤の開発への道を開くことになる。