An Analysis of the Influence of Carbon Nanoparticles Additive on Selected Properties of Lubricating Oils

• Autorzy: Frycz Marcin , Labuda Mateusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.5859

Warianty tytułu

PL

Analiza wpływu dodatku nanocząstek węgla na wybrane właściwości olejów smarowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of an analysis of the influence of the addition of various types of carbon nanoparticles on selected essential physical and operational properties of lubricating oils. Two selected oils, i.e. the mineral base oil without additives and the typical marine lubricating circulating oil Marinol RG 1240, were modified with the addition of shungite nanoparticles, graphite nanotubes, and C60 fullerenes. The mass fraction of modifiers was 0.2% wt for each of the additives. As part of the experimental tests, measurements were made of the impact of the above-mentioned modifiers on the change in the value of the ignition temperature of oils, the effect on the changes in the value of the dynamic viscosity coefficient in the aspect of changes of temperature and shear rate, as well as the impact on the changes in the friction coefficient and the size of the wear size scar. These tests were carried out on an EraFlash automatic apparatus for determining ignition temperature using the closed cup method, with a Haake Mars III research rheometer, and a T-02U tribometer with a four-ball head.

PL

W niniejszej pracy zaprezentowane zostały wyniki analizy wpływu dodatku różnego rodzaju nanocząstek węgla na wybrane istotne właściwości fizyczne i eksploatacyjne olejów smarowych. Dwa wybrane oleje, tj. mineralny olej bazowy nie zawierający dodatków uszlachetniających oraz typowy morski smarowy olej obiegowy Marinol RG 1240, zostały zmodyfikowane dodatkiem nanocząsteczek szungitu, nanorurek grafitu oraz fullerenów C60. Udział masowy modyfikatorów wynosił 0,2% wt w przypadku każdego z dodatków. W ramach badań eksperymentalnych dokonano pomiarów wpływu wymienionych modyfikatorów na zmianę wartości temperatury zapłonu olejów, wpływu na zmiany wartości dynamicznego współczynnika lepkości w aspekcie zmian temperaturowych, jak również szybkości ścinania, a także wpływu na zmiany współczynnika tarcia i wielkości śladu zużycia. Badania te zostały przeprowadzone odpowiednio na automatycznym aparacie do wyznaczania temperatury zapłonu EraFlash metodą tygla zamkniętego, reometrze badawczym Haake Mars III oraz tribometrze z głowicą czterokulową T-02U. Uzyskane w badaniach eksperymentalnych wyniki zostały poddane analizie, zostały również poczynione obserwacje oraz wyciągnięte wnioski dotyczące wpływu nanomodyfikatorów węgla na wybrane właściwości olejów w szczególności w kontekście ich potencjalnego zastosowania w olejach smarujących.

Słowa kluczowe

EN

properties of the lubricating oils; carbon nanoparticles; friction coefficient

PL

właściwości olejów smarowych; nanocząstki węgla; współczynnik tarcia

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2021
• Tom: nr 2
• Strony: 7--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Frycz Marcin

• Gdynia Maritime University, Faculty of Management and Quality Science, 81-87 Morska Street, 81-225 Gdynia, Poland.

• https://orcid.org/0000-0001-8603-0523

autor

Labuda Mateusz

• Gdynia Maritime University, Faculty of Management and Quality Science, 81-87 Morska Street, 81-225 Gdynia, Poland.

Bibliografia

• 1. Sulzer: Instrukcja techniczno-ruchowa silników Sulzer typu RND, 2020.
• 2. Ginzburg B.M., Shibaev L.A., Kireenko O.F., Shepelevskii M.V., Baidakov M.V., Sitniakova A.A.: Antiwear effect of fullerene C60 additives to lubricant oils, “Russian Journal of Applied Chemistry” 2002, Vol. 75, No. 8, pp. 1330–1335.
• 3. Huang H.D., Tu J.P., Gan L.P., Li C.Z.: An investigation on tribological properties of graphite nanosheets as oil additive, “Wear” 2006, Vol. 261, pp. 140–144.
• 4. Kwangho L., Yujin H., Seongir Ch., Youngmin Ch., Laeun K., Soo-Hyung K.: Understanding the Role of Nanoparticles in Nano-oil Lubrication, “Tribology Letters” 2009, Vol. 35, pp. 127–131.
• 5. Rapoport L., Leshchinsky V., Lvovsky M., Volovik Y., Tenne R.: Mechanism of friction of fullerenes, “Ind. Lubr Tribology”, Vol. 54, 2002, pp. 171–176.
• 6. Wu Y.Y., Tsui W.C., Liu T.C.: Experimental analysis of tribological properties of lubricating oils with nanoparticle additives, “Wear” 2007, Vol. 262, pp. 819–825.
• 7. Yujin H., Changgun L., Seongir Ch., Doohyun K., Kwangho L., Jaekeun L., Soo H.K.: Effect of the size and morphology of particles dispersed in nano-oil on friction performance between rotating discs, “Journal of Mechanical Science and Technology” 2011, Vol. 25 (11), pp. 2853–2857.
• 8. Kogovsek J., Kalin M.: Various MoS2-, WS2- and C-Based Micro- and Nanoparticles in Boundary Lubrication, “Tribology Letters” 2014, Vol. 53, pp. 585–597.
• 9. Voronin S.V., Suranov A.V., Suranov A.A.: The Effect of Carbon Nanoadditives on the Tribological Properties of Industrial Oils, “Journal of Friction and Wear” 2017, Vol. 38, No. 5, pp. 359–363.
• 10. Jaekeun L., Sangwon Ch., Yujin H.: Enhancement of Lubrication Properties of Nano-oil by Controlling the Amount of Fullerene Nanoparticle Additives, “Tribology Letters” 2007, Vol. 28, pp. 203–208.
• 11. Tochilnikova D.G., Kupchin A.N., Lyashkov A.I., Ponyaev S.A., Shepelevskii A.A., Ginzburg B.M.: Effect of Fullerene Black Additives on Boundary Sliding Friction of Steel Counterbodies Lubricated with Mineral Oil, “Journal of Friction and Wear” 2012, Vol. 33, No. 2, pp. 94–100.
• 12. Lomanyevaa S., Ulyanova A., Eremina M.A., Tarasov V.V., Lys V.F.: Interaction mechanisms between Schungite and friction surfaces under High-energy Ball Milling, “Journal of Friction and Wear” 2018, Vol. 39, No. 4, pp. 319–325.
• 13. Tupotilov N., Ostrikov V.V., Kornev A.Yu.: Finely disperse minerals as antiwear additives for lube oils, “Chemistry and Technology of Fuels and Oils” 2008, Vol. 44, No. 1, pp. 29–33.
• 14. Ахматов А.С.: Молекулярная физика граничного трения, ФИЗМАТГИЗ, 1963, c. 472.
• 15. Chinas-Castillo F., Spikes H.A.: Mechanism of action of colloidal solid dispersions, “Journal of Tribology” 2003, Vol. 125, pp. 152–158.
• 16. Hu Z.S., Lai R., Lou F., Wang L.G., Chen Z.L., Chen G.X., Dong J.X.: Preparation and tribological properties of nanometer magnesium borate as lubricating oil additive, “Wear” 2002, Vol. 252, pp. 370–374.
• 17. Zhou J., Yang J., Zhang Z., Liu W., Xue Q.: Study on the structure and tribological properties of surface-modified Cu nanoparticles, “Materials Research Bulletin” 1999 , Vol. 34 (9), pp.1361–1367.
• 18. Liu G., Li X., Qin B., Xing D., Guo Y., Fan R.: Investigation of the mending effect and mechanism of copper nano-particles on a tribologically stressed surface, “Tribology Letters” 2004, Vol. 17 (4), pp. 961–966.
• 19. Tao X., Jiazheng Z., Kang X.: The ball-bearing effect of diamond nanoparticles as an oil additive, “Journal of Physics D: Applied Physsics” 1996, Vol. 29 (11), pp. 2932–2937.
• 20. Greenberg R., Halperin G., Etsion I., Tenne R.: The effect of WS2 nanoparticles on friction reduction in various lubrication regimes, “Tribology Letters” 2004, Vol. 17 (2), pp. 179–186.
• 21. Rabaso P., Ville F., Dassenoy F., Diaby M., Afanasiev P., Cavoret J., Vacher B., Le Mogne T.: Boundary lubrication: Influence of the size and structure of inorganic fullerene-like MoS2nanoparticles on friction and wear reduction, “Wear” 2014, Vol. 320, pp. 161–178.
• 22. Huang H.D.,Tu J., Zou T.Z., Zhang, L.L.: Friction and wear properties of IF-MoS2 as additive in paraffin oil, “Tribology Letters” 2005, Vol. 20 (3), pp. 247–250.
• 23. Ehsanoo-Ilah E., Rashidi A., Ahmadi H., Mahnaz P.: Thermal and rheological properties of oil-based nanofluids from different carbon nanostructures, “International Comunications in Heat and Mass Transfer” 2013, Vol. 48, pp. 178–182.
• 24. Bon-Cheol H., Young-Chul H., Jung-Eun L., Sang-Ho P.: Tribological effects of fullerene (C60) nanoparticles added in mineral lubricants according to its viscosity, “International Journal of Precision Engineering and Manufacturing” 2010, Vol. 10, pp. 607–611.
• 25. Moshkovith A., Perfiliev V., Verdyan A., Lapsker I., Popovitz-Biro R., Tenne R., Rapoport L.: Sedimentation of IF-WS2 aggregates and a reproducibility of the tribological data, “Tribology International” 2007, Vol. 40, pp. 117–124.
• 26. Chen Y., Renner P., Liang H.: Dispersion of Nanoparticles in Lubricating Oil: A Critical Review, “Lubricants” 2019, Vol. 1, pp. 1–21.
• 27. http://lotosoil.pl/resource/show/17660.pdf.
• 28. https://www.lotos.pl/321/p,367,c,83/dla_biznesu/oleje/oleje_bazowe/olej_bazowy_sae_10/95

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).