納米滾珠機油的神奇功能
1959年,著名物理學家、諾貝爾獎金獲得者查德•費曼(Richard Feynman)提出:“如果人類能夠在原子分子尺寸上來加工材料和制造裝置,我們將有許多激動人心的新發現。”這是人類第一次明確提出探索納米世界的大膽設想。富勒稀C60,是由12個五邊形和20個六邊形組成的32面體,直徑僅0.71nm,它的成功,打開了合成納米材料的通道。
納米科技是20世紀80年代末逐步發展起來的前沿、交叉性新學科。多年來,納米科學與納米技術開始迅猛發展起來,納米成果如雨后春筍層出不窮,其產業化轉化速度超出人們的預料。我國納米科技起步時間和速度,與歐美國家基本上能保持同步,但在橫向領域上十分有限,僅在納米粉、納米碳管等有所建樹。
隨著納米技術的發展與興起,納米技術也在潤滑油添加劑領域進行了很多有益嘗試。一些具有遠見卓識的科學家,紛紛投入研究,陶瓷金屬、金屬抗磨劑、調理劑等納米產品也先后出現。如利用納米級的石墨粉,石墨粉雖有減摩抗磨作用,它在潤滑油中的狀態不穩定,在一定的時間及溫度條件下會發生析出現象。另外一些納米金屬粒子還出現了“團簇”有害現象。這說明潤滑油添加劑領域的納米材料獲得突破性成功還不多。但它們代表了開拓了納米材料在潤滑油領域的發展趨勢、新的理念。
一、 納米膜的強度遠高于傳統潤滑膜
在納米潤滑機油里,由于其中的粒子小到納米尺度,粒子表面積急劇增加。如傳統油的粒子,最小的也有1μm,如果將其細化十分之一,即100nm,其數量可以增至1000個粒子,其表面積增加40倍;如細化到10nm,其粒子數就增加到1000000個,其表面積增加100倍。表面積急劇增加,處于表面界面空鍵缺位不穩態分子的數量和比例也急速增加,這一方面就為形成納米球創造了條件;另一方面,如此大量的粒子滲浮在潤滑油里,就能深入到納米級的縫隙里,為磨擦表面提供更為有效的、全面的、可靠的保護,使磨擦表面不能直接接觸,這是大粒子辦不到的。我們用宏觀形象來比喻,磨擦面經放大三萬倍以后,猶如山巒起伏,傳統潤滑油為長鏈分子結構,其最小分子為1微米的分子,只能停留在山巒的頂峰,形成油膜,深入不到山巒的溝壑中,見附圖的第一排;當粒子小到百納米級以后,很多納米粒子就能滲透到溝壑中去,見附圖的第二排(附圖的第三排為第二排放大三倍的圖樣)。納米粒子與溝壑表面接觸以后,一方面生成納米吸附膜;另一方面,在極壓狀態下,納米粒子與一些溝壑金屬作用生成納米反應膜,這些膜的強度遠遠高于傳統潤滑油的化學吸附膜、化學反應膜,其神奇的功能,超出了我們傳統的想象。當換上這種潤滑油以后,它的功率提高6%左右;行車有力,加速快捷,一般都能提高速度10%以上,猶如飛奔一樣;這些膜的厚度,屬于納米級的,顯然要比傳統膜微米級的薄得多,從而解決了發動機活塞在上下止點時、曲軸與連桿上下止點時的空間距離幾乎為零的邊界潤滑難題。這是傳統潤滑解決不了的,因而再也不會出現燒機油現象;更為不可想象的是,當放盡機油后,僅依附殘留在各磨擦副上的納米吸附膜和納米反應膜(當然也有納米滾珠),就能繼續行駛數百公里或更多,發動機不會出現燒軸抱瓦的現象;傳統機油,無機油運行十公里,發動機就會燒軸抱瓦了。
二、 納米滾珠大大降低了磨擦阻力及損耗
在發動機正常工況下,納米滾珠潤滑機油能生產附著力極強、納米級的滾珠,粘附在磨擦付表面上,形成滾珠潤滑、可靠、持久;具有極高的自潤滑、養護作用,把通常的滑動潤滑改變為滾珠潤滑,出現了早效、多效、長效、快效的非凡功效。
納米滾珠機油在磨擦學技術上開拓了嶄新的一頁,它的創新就是為生產活力滾珠,在技術上選用了特種材料,創造了其所需要的特定環境。當特定的環境形成時,就能生成活力滾珠,由于其抗壓性能特別強,在各種強大的壓力下,只能改變活力滾珠的大小,不能改變滾珠的特性;這樣帶負電荷的活力滾珠就能和金屬表面正電荷的相互吸引,牢固地附著于金屬表面上,曲軸與連桿上下止點時,幾乎為零的空間距離,它也能承受強大壓力生存下來,粘附于磨擦表面上,使兩金屬表面無法接觸,機械磨擦類型由滑動磨擦變為滾動磨擦,其結果就是磨擦損耗、磨擦能耗都大大減少。出現了“超小的磨擦阻力,超低摩擦系數,超小磨損量,超低的磨擦損耗”的奇特現象。理論上,滾珠潤滑的磨擦系數為零,但在工程實踐中,只能認為超低磨擦系數,比傳統的降低幾十倍。從而使磨擦副的壽命成倍以至數倍的延長,發動機的壽命也相應地得到延長,大修理期也相應地延長;從而大大地減少和節約維修和大修理的費用。這是滾珠潤滑帶給人類最大的經濟效益;它的這種優異功能與傳統的潤滑油是截然不同的。
目前,國內外的納米潤滑添加劑主要的有:石墨類、陶瓷類、有機化合物類、高分子類和金屬等類型納米添加劑。納米金屬添加劑,具有修復功能,同時也有自身的弱點,納米金屬粒子之間,也容易發生吸附作用,形成“團簇”,發展為更大的晶粒,從而失去納米粒子的特有效應了,此時不但不能抗磨減磨反而加劇磨損,甚至出現燒機油現象。
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