مطالعه تفاوت های کلیدی را در سرامیک های Si3n4 و Sic روانکاری شده با آب نشان می دهد

در کاربردهایی مانند موتورهای بخار با دمای بالا، روان کننده های معمولی اغلب در شرایط شدید شکست می خورند.جستجو برای جایگزین هایی که می توانند روغن موثر در دمای بالا و فشارهای بالا را فراهم کنند منجر به توسعه تریبولوژی سرامیکی روغن آب شده شده استاین رویکرد نوآورانه از واکنش های تریبوکمیکی بین آب و مواد سرامیکی برای تشکیل فیلم های محافظ بر روی سطوح اصطکاک استفاده می کند، که هم ضریب اصطکاک و هم میزان فرسایش را کاهش می دهد.

نیترید سیلیکون و کربید سیلیکون به عنوان مواد امیدوار کننده ای برای این کاربرد ظاهر شده اند، به لطف مقاومت استثنایی آنها در دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی،و قدرت مکانیکیدر شرایط عملیاتی خاص water reacts with these ceramics through tribochemical processes to generate lubricious substances—a phenomenon known as "water lubrication" that offers a revolutionary solution to high-temperature lubrication challenges.

در حالی که هر دو نیترید سیلیکون و کربید سیلیکون در زیر روانکاری آب اصطکاک و فرسایش کم را به دست می آورند، تفاوت های چشمگیری در زمان مورد نیاز برای ورود به این حالت مطلوب نشان می دهند.تحقیقات نشان می دهد که کربید سیلیکون به طور معمول نیاز به پنج تا شش برابر بیشتر از نیترید سیلیکون برای ایجاد روان کننده آب موثربا این حال، یک بار به دست آمده، کربید سیلیکون اغلب در مقایسه با همتای خود، دامنه عملیاتی گسترده تری را برای روانکاری آب حفظ می کند.

این تفاوت در زمان های تحرک به تعاملات پیچیده بین واکنش های تریبوکمیکی، خواص سطح مواد و تأثیر ذرات فرسایش اشاره دارد.درک این عوامل برای بهینه سازی مواد سرامیکی در کاربردهای روان کننده آب بسیار مهم است.

• مواد شیمیایی سطح:تفاوت در خواص شیمیایی سطح ممکن است بر سرعت واکنش با آب تأثیر بگذارد. سطوح نیترید سیلیکون ممکن است مولکول های آب را به راحتی جذب کنند و واکنش های تریبوشیمی را تسریع کنند.ماهیت لایه های اکسید بر روی سطح هر ماده می تواند بر فعالیت واکنش تأثیر بگذارد.
• مکانیسم های واکنش:مسیرهای تریبوشیمی بین آب و هر سرامیک ممکن است به طور قابل توجهی متفاوت باشد. نیترید سیلیکون ممکن است ترکیبات هیدرات سیلیکون روان را به راحتی تشکیل دهد،در حالی که کربید سیلیکون ممکن است به دنباله های واکنش پیچیده تر برای توسعه فیلم های روان کننده موثر نیاز داشته باشد که به طور مستقیم بر الزامات زمان تحرک تاثیر می گذارد..
• اثر ذرات لباس:ذرات فرسایش تجمع یافته ممکن است به فرآیندهای تریبوشیمی مداخله کنند. تجمع ذرات در سطوح اصطکاک می تواند مانع تماس آب و سرامیک شود و زمان تحرک را طولانی کند.ترکیب شیمیایی و مورفولوژی این ذرات نیز ممکن است بر عملکرد روانکاری تأثیر بگذارد..
• خشکی سطح:بافت سطح به طور قابل توجهی بر شروع واکنش و تشکیل فیلم روان کننده تأثیر می گذارد.سطوح خشن باعث ایجاد غلظت استرس می شوند که باعث فرسایش سریع می شوند در حالی که توزیع یکنواخت فیلم را مانع می شود، در حالی که سطوح صاف تر فرآیندهای تریبوشیمی را تسهیل می کنند.

برای بررسی این فرضیه ها، محققان مجموعه ای از آزمایشات اصطکاک توپ بر روی سه صفحه را در محیط های آب انجام دادند و روش های قبل از اجرا را برای کنترل خشکی سطح اجرا کردند.با اندازه گيري دقيق زمانهاي تحريك، این آزمایشات بینش های مهمی در مورد رفتار تریبولوژیکی هر دو سرامیک تحت روانکاری آب فراهم کردند.

نتایج نشان داد که اثرات اجسام سوم از ذرات لباس نقش محوری در جلوگیری از سرامیک از دستیابی به روانکاری آب دارند.این مطالعه نشان می دهد که فیلم های واکنش تریبوکمیکی به ویژه در برابر تداخل بدن سوم آسیب پذیر هستند.سطح های خشن باعث ایجاد ذرات خیس می شوند که باعث اختلال در توسعه فیلم های روان کننده می شوند.افزایش دوره های تحرک یا حتی جلوگیری از روان کردن آب به طور کامل.

تفاوت زمان تحرک بین نیترید سیلیکون و کربید سیلیکون در شرایط روان کننده آب شامل تعاملات پیچیده بین خواص مواد، واکنش های تریبوشیمی،و ديناميك ذراتتحقیقات فعلی نشان می دهد که اثرات جسم سوم از ذرات لباس به ویژه تأثیرگذار است. بهینه سازی عملکرد روانکاری آب نیاز به کنترل دقیق خشکی سطح دارد.به حداقل رساندن تولید ذرات، و بهبود شرایط واکنش.

اولویت های تحقیقاتی آینده عبارتند از:

• بررسی دقیق مکانیسم های واکنش تریبوکمیکی بین آب و هر دو سرامیک برای توصیف فرآیندهای تشکیل فیلم روان کننده و ترکیب
• توسعه مواد سرامیکی جدید با مقاومت بیشتر در برابر فرسایش و عملکرد برتر روانکاری در آب
• بررسی روش های موثر کنترل ذرات فرسایش از طریق تکنیک های اصلاح سطح یا افزودنی های تخصصی
• تجزیه و تحلیل چگونگی تأثیر پارامترهای عملیاتی (دما، فشار، سرعت) بر زمان های تحرک و عملکرد روانکاری

ادامه تحقیقات در این زمینه وعده می دهد تا تمام پتانسیل تریبولوژی سرامیکی روانکاری را باز کند.ارائه راه حل های نوآورانه برای چالش های روانکاری در موتورهای بخار با دمای بالا و سایر کاربردهای سخت.