استفاده از نانو ذرات جهت روانكاری بیشتر در فرایندهای مكانیكی

توضیحات

استفاده از نانو ذرات جهت روانكاری بیشتر در فرایندهای مكانیكی فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت) تعداد صفحه:72 پايان نامه مقطع كارشناسي رشته مهندسي شيمي فهرست مطالب : فصل اول – کلیات 2 1-1 مقدمه3 1-2 تاریخچه روانکاری 3 1-3 روغن های روانساز 4 1-3-1 وظایف 4 1-3-2 ویژگی 5 1-4 ساختارترکیبات شیمیایی روغن های روانساز6 1-5 مهمترین افزودنی های روغن های پایه7 1-6 نانوتکنولوژی وبه کارگیری آن درراندمان روغن های روانساز 9 12Ceo2 ,CaCO3 2-1 ترکیبات نانوذرات 2-1-1 تعریف 12 2-1-2 آزمایش13 16 IF – Mos2 نانوذرات 2-2 2-2-1 تعریف16 2-2-2 آزمایش 18 20Cu 2-3 نانوذرات -3-1 تعريف 20 2-3-2 آزمايش 22 2-4 نانو ذرات ZnO، ZrO2 ، CuO23 2-4-1 تعريف 23 2-4-2 آزمايش 24 2-5 نانو ذرات TiO2 26 2-5-1 تعريف 26 2-5-2 آزمايش 27 فصل سوم- نمودارها و نتايج آزمايش 29 3-1 نتايج نانوذرات تركيبي CeO2 ، CaCO3 30 3-2 نتايج نانو ذرات IF- MoS236 3-3 نتايج نانو ذرات Cu 44 3-4 نتايج نانوذرات ZnO، ZrO2 ، CuO 51 3-5 نتايج نانوذرات TiO2 60 فصل چهارم- مقايسه و نتيجه نهايي67 منابع 71 چکیده : دراین پایان نامه خواص روان کنندگی و ضداصطکاکی روغن هاي حاوي نانوذرات و ، نانوذرات ، ، و نانوذرات مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. ضریب اصطکاک برای روغن خالص و روغن حاوی نانوذرات بااستفاده ازدستگاه های اصطکاک سنج دیسکی-دیسکی، سوزنی-دیسکی و حلقه-بلوکه اندازه گيري و مقايسه شد. برای تهیه نانوروغن حاوي نانوذارت، با استفاده ازسیستم التراسونیک به مدت چند دقیقه در درون روغن خالص پخش و منتشر شدند. سطوح اصطکاکی (سطح نانوذرات وسطوح درتماس باآنها) با استفاده از روش های دستگاهی نظیر TEM,AFM,XPS,EDS,SEM مورد تجزیه و تحلیل واقع شدند. تمامی سوسپانسیون های نانوذره ای کاهش هایی را در ضریب اصطکاک در مقایسه با روغن خالص فاقد نانوذرات از خود نشان دادند (چرخش نانوذرات کروی در ناحیه تماس , کاهش تماس و برخوردهای خشن با استفاده از پر کردن گودی های عمیق سطوح در حال تماس ,خرد شدن نانوذرات به دام افتاده در فصل مشترک بین دو سطح بدون تشکیل و ایجاد یک لایه متصل شده چند مکانیزمی است که به وسیله آنهانانوذرات انتشار یافته درمواد روان کننده کاهش در اصطکاک و سائیدگی را باعث می شوند). پس از ارزیابی و مقایسه نانوذرات، نانوذره بیشترین کاهش در ضریب اصطکاک رابا65% کاهش نشان داداین نتایج زمینه کاربرد رادرشاخه های مختلف مهندسی وصنعتی ایجاد می کند. مقدمه : روانکاری یا "Tribology" به عنوان علم تسهیل کننده حرکت نسبی سطوح در تماس با یکدیگر، تعریف شده است. در هر کجا که سطوح هم جوار و در تماس با یکدیگر، دارای حرکتی نسبی هستند، روانکاوی نقش مهمی در انجام حرکت به نحو صحیح، مداوم واقتصادی ایفامی کند. عدم روانکاری صحیح ماشین آلات علاوه برآنکه باعث کاهش راندمان مکانیکی و پایین آمدن بازده زمانی ماشین می شود، منتج به فرسایش بیش از حد، فرسودگی وازکارافتادگی زودرس نیز می گردد. هر زمان که سطوح اجسام درجوار و درتماس با یکدیگر حرکت نسبی داشته باشند، دو پدیده اصطکاک و ساییدگی هر دو وجود خواهد داشت. اصطکاک عبارت از نیروی مقاومت در برابر حرکت نسبی و گذر سطوح در تماس نسبت به یکدیگر و ساییدگی عمل تخریب و گسستگی ذرات ماده است که در نتیجه تماس سطوح در حرکت نسبی و به لحاظ اثر نیروی اصطکاک پدید می آید به غیرازموارد بخصوصی که وجود اصطکاک برای وقوع حرکت و با ایجاد سکون در حرکت مورد نیاز و مطلوب است، در اکثر موارد و بخصوص در اغلب مکانیزم های متحرک در ماشین آلات که برای تحمل بار و انتقال نیرو و حرکت طراحی شده اند، دو پدیده اصطکاک و ساییدگی پدیده های نامطلوبی به حساب می آیند. اصطکاک باعث تضییع انرژی مکانیکی و تبدیل آن به حرارت ناخواسته و ساییدگی باعث از دست رفتن هم شکلی و تجانس قطعات با یکدیگر و نهایتاً تقلیل عمر مفید مکانیزم و ماشین می گردد. 1-2 تاریخچه روانکاری دانش عملی روانکاوی از نوع روانکاوی حدی (Boundary Lubrication) و روانکاوی با لایه نازک از زمان های دیرینه به وسیله بشر شناسایی و بکار برده شده است. در حقیقت، تاریخ بشر پر از شواهدی است که نشان می دهد در روزگاران گذشته به طور معمول از چربی حیوانات و روغن های گیاهی به عنوان روان کننده محور ارابه ها و گاریها استفاده می شده است و حتی روان کننده های جامد نظیر گرافیت و پودر تالک برای تسهیل حرکت بر روی سطوح در تماس با یکدیگر مالیده می شده است. بر دیواره های مقبره فرعون مصری توتی هتاپ، که به تاریخ 1650 قبل از میلاد یا بیش از 3600 سال پیش باز می گردد نقوشی وجود دارد که روش مالش روغن زیتون بر روی الوارهای چوبی برای آسان نمودن جابجایی قطعات بزرگ سنگ و مجسمه ها و مصالح ساختمانی را نشان می دهد. بر اساس نوشته های پلینی (Pliny، 22 تا 79 بعد از میلاد مسیح) در عصر وی همان روغن ها که از گیاهان، تخم نباتات و لاشه حیوانات در عصر ما گرفته می شود وجود داشته است. ظاهراً روان کننده های معمول از اعصار گذشته تا قرن نوزدهم شامل انواع روغن های نباتی و حیوانی که دارای پایداری نسبی در هوا بوده و به راحتی تبخیر و خشک نمی شوند، بوده است و به خصوص روغن زیتون، بزرگ، کرچک و روغن درخت نخل و همچنین روغن نهنگ، خوک، پاچه گاو و پشم گوسفند مورد استفاده قرار می گرفته است. با اختراع ماشین بخار به وسیله جیمز وات در سال 1765، نیاز به روغن ها و گریسهای روان کننده پایدار و در عین حال ارزان قیمت یکباره شدیداً بالا گرفت. 1-3 روغن های روانساز روان کننده های مورد مصرف در دنیای صنعتی امروز را می توان از نظر حالت در چهار رده روان کننده های گازی، روان کننده های مایع، روان کننده های نیمه جامد و بالاخره روان کننده های جامد دسته بندی نمود. 1-3-1 وظایف: 1-روانکاری : به حداقل رساندن اصطکاک و ساییدگی قطعات در حین کار با تشکیل لایه روغن و با ضخامت مناسب بین قطعات متحرک. 2-انتقال حرارت: حرارتی که در نتیجه لغزش ذرات روان کننده بر روی یکدیگر ایجاد می شود، باید به فوریت و به طور موثر از محل روانکاوی (مثلاً یاتاقان) منتقل شود بدون آنکه اثر نامطلوبی بر سطوح در حرکت نسبی بگذارد. 3- ضربه گیری: یکی از ویژگی های مهم روغن گرفتن ضربات در حین انجام اعمال مکانیکی بر روی قطعات است. بدین معنی که روغن از تاثیر ضربه های قطعات بر یکدیگر جلوگیری می نماید. 4- حفاظت از سطوح: روغن های روانساز باید بتوانند سطوح قطعات فلزی را در مقابل زنگ زدگی و خورندگی شیمیایی محافظت کنند. 5-آب بندی(Sealing): آب بندی قطعات از ویژگی های مهم روغن است. برای مثال، روغن موتور با تشکیل لایه ای از روغن بین پیستون و سیلندر در موتورهای احتراق داخلی از فرار گازهای متراکم شده جلوگیری می نماید. 6-انتقال مواد (حمل ذرات): روغن های روانساز باید بتوانند ذرات ناشی از ساییدگی قطعات و مواد ناشی از تجزیه و سوخت را به صورت معلق نگه داشته و با خود حمل کنند. 1-3-2 ویژگی ها: 1- دارای گرانروی مناسب و ضریب اصطکاک بسیار کم باشند. 2- در مقابل حرارت مقاوم باشند و اکسیده نشوند. 3- خاصیت پاک کنندگی مناسب داشته باشند و پس از کار مداوم و حرارت زیاد، مواد لجنی و رسوبات در لا به لای قطعات تشکیل ندهند. 4- با ایجاد لایه نازکی در روی سطوح متحرک که با یکدیگر در تماس هستند، از ساییدگی و فرسودگی آنها جلوگیری می نمایند. 5- گرانروی خود را در محدوده درجات حرارت کار خود تا حد کافی حفظ کنند تا لطمه ای به انجام وظایف آنها وارد نشود. در اصطلاح گفته می شود که شاخص گرانروی (VI) به اندازه کافی بالایی داشته باشند. 6- در مقابل حرارت و اکسیژن هوا (تجزیه حرارتی و اکسیداسیون)به حد کافی مقاوم باشند. 7- در سرما به اندازه کافی روان باشند تا شروع و ادامه حرکت قطعات آسان باشد. 8- از نقطه نظر عواملی مثل فراریت، آتش گیری و نظایر آن در شرایط مناسبی باشند. 9- بتوانند اثرات نامطلوب ناشی از کار دستگاه (مثل احتراق سوخت در موتورها، اختلاط بخار در توربین های بخار و ....) را تا حد ممکن خنثی کنند. 10- مواد آلوده کننده خارجی مثل گرد و خاک، کثافات، آب و نظایر آ«، همراه روغن نباشد. 11-در حین عملیات، کف ایجاد نکنند. 12- با قطعات لاستیکی و پلاستیکی (مثل آب بندهای لاستیکی-Seals) سازگاری کامل داشته باشند. 13- دارا بودن مقاومت کم در برابر تنش برشی (سیالیت و گرانروی کم در عین باربرداری) 14-از نظر شیمیایی بی اثر و غیر خورنده بوده و قابلیت حفاظت سطوح ماشین در برابر عوامل خورنده شیمیایی و عوامل مخرب فیزیکی را داشته باشد. اکثر ویژگی های فوق الذکر تقریباً در مورد تمام روغن ها به طور مشترک ضروی است. البته ممکن است درهر مورد خاص، اقلام معینی از اینها اولویت داشته باشند. علاوه بر این خواص، ممکن است هر روغن بخصوصی ویژگی مشخص و مخصوصی نیز برایش ضروری باشد. مثلاً قدرت پاک کنندگی در موتورهای بنزینی و دیزلی و نظایر آنها مهم است؛ یا روغن های حل شونده تراشکاری باید بتوانند با آب، امولسیون پایدار تشکیل بدهند. روغن های توربین بخار می باید از بخار آبی که به آب تبدیل شده و با آنها مخلوط شده در مدت زمان کوتاهی جدا شوند؛ به همین دلیل روغن های توربین نباید با موادی مثل پاک کننده ها (از روغن موتورها) که باعث ایجاد امولسیون و جدا نشدن آب و روغن می گردند، مخلوط و آلوده شوند. روغن های ترانسفورمر و نظایر آن باید در حد بالایی عایق الکتریسیته باشند و روغن های هیدرولیک، عمل انتقال نیرو را به نحو احسن انجام دهند و ... 1-4 ساختارترکیبات شیمیایی روغن های روانساز الف- روغن پایه (Base Oil): ماده ای که پس از طی یک سری عملیات پالایش از نفت خام به دست می آید. روغن پایه به طور متوسط 90 درصد حجم روغنها را تشکیل می دهد. ب- مواد شیمیایی موسوم به مواد افزودنی(Additives) که حدود متوسط 10% حجم روغن ها را تشکیل می دهند. تنها تعدادی از خواص ضروری در روغن پایه وجود دارد و برای اینکه روغن های روان کننده همه خواص لازم را داشته و بتوانند وظایف خود را به طور کامل انجام دهند، به آنها مواد افزودنی اضافه می شود. 1-5 مهمترین افزودنی های روغن های پایه 1- پاک کننده و معلق کننده ها (Detergents and Dispertant) در طی فرایند احتراق، مقدار زیادی ذرات دوده و مواد ناشی از احتراق ناقص پدید می آید. این مواد تولید شده در روغن غیر محلول هستند و موجب تشکیل رسوب در پیستون ها می شوند و حتی ممکن است باعث چسبیدگی رینگ و پیستون گردند. مواد افزودنی پاک کننده و معلق کننده به اکثر روغن های روانساز برای از بین بردن رسوبات فوق افزوده می گردد. از ترکیبات باریم و کلسیم سولفوناتها و فناتها به عنوان مواد پاک کننده در روغن موتورهای دیزلی و بنزینی استفاده می کنند. 2- بهبود دهنده شاخص گرانروی (VI-Improver) ملکول های مواد افزودنی بالا برنده شاخص گرانروی دارای پلیمرهای زنجیری دراز هستند و نسبت به مولکول های روغن خیلی بزرگ ترند به طوری که در درجه حرارت پایین تقریباً به صورت کلوئیدی در روغن پراکنده می شوند و هر چه حرارت روغن بالا رود، با حل شدن، گرانروی روغن را جبران می کنند. این مواد بیشتر در روغن های چند درجه ای (مالتی گرید) استفاده می شوند. عمل مواد بالابرنده شاخص گرانروی علاوه بر کاهش تغییرات گرانروی با تغییرات درجه حرارت، موجب کاهش مصرف سوخت و روغن و استارت سریع در درجه حرارت پایین در موتورهای احتراق داخلی می شود. از انواع رایج بهود دهنده اندیس ویسکوزیته می توان پلی متا آکریلاتها، پلی ایزوبوتیلها و پلی اکلیل استیون ها را نام برد. 3- مواد ضد اکسیداسیون (Anti-Oxidant) بعضی از ترکیبات موجود در روغن بر اثر حرارت زیاد موتور و تماس دائم با هوا و مجاورت با فلزات مختلف موتور، که ممکن است مانند یک کاتالیزور عمل نمایند، در معرض اکسیداسیون مداوم قرار گرفته و به موادی از قبیل پراکسیدها و ترکیبات آلی دیگر تبدیل می شوند. برای جلوگیری از اکسید شدن روغن، مواد افزودنی ضد اکسیداسیون به آن اضافه می شود. حاصل فرآیند اکسید شدن، ایجاد مواداسیدی درون روغن موتور است که ایجاد خوردگی در مس، سرب و کادمیوم در یاتاقانهای موتور می نماید. و...