Proprietà tribologiche di alto

Jun 06, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13180 (2023) Citare questo articolo

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Una lubrificazione inadeguata delle due superfici a contatto durante l'attrito può portare a una grave usura, soprattutto nel taglio dei metalli. Pertanto, è stata proposta una superficie con effetto antiattrito sinergico di struttura e lubrificante solido per migliorare la lubrificazione. Sulla superficie dell'acciaio super rapido (HSS) è stata preparata mediante laser una trama a rete con eccellente bagnabilità, quindi le fibre di nylon sono state impiantate verticalmente nelle scanalature della trama utilizzando la tecnologia di floccaggio elettrostatico. L'attrito e lo stato di usura di diverse superfici (lisce, strutturate, floccate) lubrificate a secco/ad olio sono stati studiati mediante un tester di usura alternativo lineare. Il coefficiente di attrito (COF) in diverse condizioni di lavoro è stato utilizzato per analizzare le proprietà antiattrito e il tasso di usura è stato utilizzato per valutare la resistenza all'usura della superficie. I risultati hanno mostrato che le proprietà tribologiche delle superfici floccate erano migliori di quelle delle altre due superfici. Questo perché l'aggiunta di fibre di nylon facilita il taglio ai bordi della trama. Le fibre rotte formano una pellicola lubrificante solida sulla superficie del campione, che impedisce che la superficie venga graffiata dai detriti. Inoltre, si è riscontrato che il COF diminuisce con l'aumentare del carico. Infine, la rapida bagnabilità delle gocce d'olio sulla superficie floccata mostra il grande potenziale della superficie per la lubrificazione e l'antiattrito.

L'usura causata dall'attrito è uno dei motivi principali del guasto di apparecchiature e componenti1. Pertanto, la ricerca sulla riduzione dell’attrito ha attirato l’attenzione di molti studiosi, concentrandosi principalmente su nuovi materiali, struttura superficiale, rivestimenti, lubrificanti e altri aspetti. Nel campo della lavorazione del taglio dei metalli, il materiale viene strofinato violentemente con la superficie dell'utensile, creando così un'area ad alta temperatura e alta pressione sulla punta dell'utensile, che impedisce al lubrificante di entrare e compromette seriamente la durata dell'utensile. attrezzo.

C'è stata molta attenzione alle superfici strutturate a causa delle loro buone proprietà tribologiche, ma lo stato dell'arte presentato è piuttosto breve e incompleto. Secondo Grutzmacher et al.2, le texture hanno la funzione di immagazzinare detriti e lubrificanti, ridurre l'effettiva area di contatto e contribuire ad aumentare la pressione idrodinamica. Cheng et al.3 hanno studiato l'attrito e l'usura di diverse superfici strutturate e hanno esplorato gli effetti della profondità, della ruvidità e del carico sull'attrito interfacciale utilizzando un modello di lubrificazione elastomerica ibrida. Wei et al.4 hanno preparato quattro tipi di superfici strutturate con diverse densità di area e hanno effettuato test di usura del disco sferico. I risultati hanno dimostrato che le texture hanno migliorato significativamente la resistenza all’usura del materiale del substrato e l’effetto di lubrificazione idrodinamica causato dalla texture è la ragione principale della riduzione dell’attrito. Wan et al.5 hanno scoperto che le superfici con texture hanno il COF più piccolo e la curva del COF è più stabile di quella della superficie senza texture. Costa et al.6 hanno analizzato l'antiattrito della superficie testurizzata in diverse applicazioni e hanno sottolineato i grandi vantaggi della lavorazione laser nella preparazione delle texture. Tuttavia, Marian et al.7 hanno sottolineato che le strutture per controllare l'attrito e l'usura nei tribo-contatti lubrificati sono ancora in una fase di tentativi ed errori.

Un’ulteriore ottimizzazione della lubrificazione delle superfici strutturate può ridurre l’attrito e l’usura, migliorando così l’efficienza energetica e la sostenibilità. Il riempimento della struttura con lubrificanti solidi ha attirato molta attenzione grazie alla sua comoda preparazione e alle proprietà autolubrificanti. Li et al.8 hanno depositato metallo morbido (argento) nella struttura e hanno verificato che la superficie non ha effetti evidenti sulla riduzione dell'attrito a temperatura ambiente, mentre l'antiattrito è migliore a 200 °C, 400 °C e 300 °C . Inoltre, l'accumulo di lubrificante nella struttura ha un effetto più significativo sulla riduzione dell'attrito a temperature superiori a 400 °C. Mi et al.9 hanno studiato le prestazioni di usura della superficie strutturata riempita con lubrificante solido WC/Cu. I detriti di usura formavano un film lubrificante sulla superficie della fase Cu, e la fase Cu formava un film autolubrificante sulle isole dure del WC. Pertanto, la formazione del film lubrificante sulla superficie soggetta ad usura ha ridotto il COF e migliorato la resistenza all’usura. Huang et al.10 hanno utilizzato un metodo di placcatura chimica per depositare il lubrificante solido Ag/MoS2 negli alveoli ed eseguito test di usura, i risultati hanno mostrato che il COF e l'usura erano notevolmente ridotti perché il lubrificante solido forma una pellicola lubrificante sulla superficie. Inoltre, Yin et al.11 hanno spruzzato un lubrificante solido non metallico (particelle di grafite) su una superficie strutturata e hanno concluso che la grafite ha migliorato significativamente le proprietà tribologiche della superficie attraverso test di usura. Meng et al.12 hanno studiato l'antiattrito di diversi tipi di lubrificanti solidi (CaF2, WS2 e grafite) nelle texture. Hanno concluso che le strutture riempite con lubrificanti solidi WS2 o grafite mostravano un COF relativamente basso e che la presenza di un film lubrificante nella regione di attrito proteggeva i campioni da ulteriori danni da usura. Wang et al.13 hanno riempito la struttura del lubrificante solido composito mantenendo il processo di deposizione a pressione. I test di attrito hanno dimostrato che la struttura agisce come un serbatoio di lubrificante, rilasciando gradualmente il lubrificante nella regione di contatto di scorrimento durante lo scorrimento, e le nanofibre di carbonio nel lubrificante solido composito contribuiscono maggiormente alla riduzione del coefficiente di attrito. Hua et al.14 hanno studiato le proprietà di attrito della struttura riempita con poliimmide come lubrificante solido nell'intervallo dalla temperatura ambiente a 400 °C. I risultati hanno dimostrato che il COF della superficie strutturata riempita con il lubrificante flessibile era significativamente più basso e più stabile. Rosenkranz et al.15 hanno sottolineato in una revisione che la combinazione di struttura e lubrificanti solidi è un approccio promettente per ottenere superfici con attrito regolabile o comportamento all'usura. Tuttavia, ci sono ancora molte opportunità per un ulteriore miglioramento e ottimizzazione della tecnologia per massimizzare le sinergie tra texture e lubrificanti solidi.