Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn đến khả năng hồi phục bề mặt chi tiết bị mòn

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM<br /> LƯỢNG PHỤ GIA NANO TiN TRONG DẦU BÔI TRƠN<br /> ĐẾN KHẢ NĂNG HỒI PHỤC BỀ MẶT CHI TIẾT BỊ MÒN<br /> EXPERIMENTAL RESEARCH ON EFFECT OF NANO‐TiN<br /> ADDITIVES CONTENT IN LUBRICATION OIL TO THE<br /> SELF-REPAIRING OF SURFACE ELEMENTS<br /> <br /> Nguyễn Đình Cương, Đỗ Công Đạt<br /> Email: nguyencuong1111980@gmail.com<br /> Trường Đại học Sao Đỏ<br /> Ngày nhận bài: 8/6/2018<br /> Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 23/9/2018<br /> Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2018<br /> <br /> <br /> Tóm tắt<br /> Với sự phát triển của công nghệ nano, vật liệu nano đã được sử dụng rộng rãi trong dầu bôi trơn. Bổ<br /> sung hàm lượng 0,5% phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn, sử dụng thiết bị bốn bi MRS-10A, thí nghiệm<br /> với điều kiện vận tốc khác nhau. Thông qua máy đo đường kính vết mòn, kính hiển vi đồng tiêu (LCSM)<br /> và máy phổ tán sắc năng lượng (EDX) phân tích khả năng giảm ma sát mài mòn và tự hồi phục bề mặt<br /> chi tiết. Dựa trên cơ sở kết quả thí nghiệm, tiếp tục khảo sát hàm lượng chất phụ gia nano TiN trên động<br /> cơ diesel trong thời gian 30 phút với các tốc độ khác nhau để đánh giá mức độ giảm công ma sát dẫn<br /> đến giảm nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ, công suất động cơ tăng, chi phí nhiên liệu giảm, tiết kiệm tài<br /> nguyên và kéo dài tuổi thọ của động cơ.<br /> Từ khóa: Vật liệu nano; tự hồi phục; chất phụ gia nano TiN; động cơ diesel.<br /> Abstract<br /> With the development of nanotechnology, nano lubricating materials have been widely used as<br /> lubricating additive in lubricant. Experimental results indicate that the amount of 0.5% TiN in lubricants.<br /> The tribological behavior of TiN nanoparticle as lubricating additives was studied in MRS-10A four-<br /> ball frictional apparatus. Experiments were established with different velocity conditions. The frictional<br /> wear behavior and self-repair characteristic was analyzed by using Grinding Spot measurement system,<br /> Laser Scanning Confocal Microscope (LCSM) and EDX measurement instruments. The derived results<br /> are used to survey the content of TiN nano additives in diesel engine for 30 minutes with different speeds<br /> to evaluate the frictional reduction lower lubricant temperature, incrising power of the engine, reducing<br /> specific fuel costs thereby able to enhance life cycle of engine and more energy-saving compared to<br /> normal lubricants.<br /> Keywords: Nano materials; self-repairing; TiN nano additive; diesel engine.<br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Phân bố công suất trong ô tô<br /> Trong quá trình chuyển động, ma sát mài mòn là Theo Priest M [3], phân bố công suất cho các hệ<br /> một hiện tượng luôn tồn tại trong các thiết bị máy<br /> thống, các cặp ma sát của xe ô tô hạng trung:<br /> móc. Ở các quốc gia như Mỹ, Anh, Đức và các<br /> nước phát triển khác, hằng năm ma sát hao mòn Tổng năng lượng sản sinh là 32 kW sẽ chi phí cho<br /> gây thiệt hại cho tổng sản phẩm quốc dân (GNP) bánh xe là 3,8 kW; ma sát do hệ thống cơ khí 4,9<br /> chiếm 2÷7% [1]. Các điều tra đã phân tích và kết kW, còn lại là chủ yếu do thất thoát nhiệt. Taylor C<br /> luận, khi ứng dụng những nghiên cứu chống ma M [4] đã nghiên cứu và chứng minh ma sát trong<br /> sát mài mòn sẽ làm giảm thiệt hại GNP từ 1,0% động cơ được phân bố như sau: ma sát hao mòn<br /> đến 5,6% [2]. của các van cơ khí chiếm 12%; các ổ trục và ổ<br /> Người phản biện: 1. PGS.TS. Nguyễn Doãn Ý lăn chiếm 32%; đặc biệt cụm piston-xecmăng và<br /> 2. TS. Vũ Hoa Kỳ xilanh hao mòn chiếm 56%. Học giả người Anh<br /> <br /> <br /> 56 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018<br />  LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC<br /> <br /> Andersson BS [5] nghiên cứu xe khách loại nhỏ và ứng dụng chất phụ gia nano đá kim cương trên<br /> trung bình về phân bổ năng lượng sản sinh ra từ động cơ ô tô. Kết quả nghiên cứu là hệ số ma sát<br /> khi đốt cháy nhiên liệu: 12% chi phí để xe chuyển giảm 20%, chất phụ gia nano làm cải thiện tính<br /> động; 15% hao tổn để khắc phục ma sát. Dựa chất dầu bôi trơn, đồng thời làm giảm tiếng ồn,<br /> vào số liệu của học giả Anh phân tích, nếu giảm giảm chất phát thải. Nhóm tác giả G.V. Vinogradov<br /> ma sát 20% thì sẽ tiết kiệm lượng tiêu hao nhiên [12] nghiên cứu chất phụ gia nano lưu huỳnh trong<br /> liệu là 3%. dầu bôi trơn, thí nghiệm trên máy bốn bi. Kết quả<br /> Học giả Nhật Bản Nakasa [6] nghiên cứu về phân thí nghiệm thấy rõ, dầu bôi trơn có phụ gia nano,<br /> bố tổn thất ma sát các cặp ma sát trong động cơ vết mòn trên bề mặt của bi nhỏ, độ nhám trên bề<br /> hạng trung (dưới 1200cc). Tỷ lệ được phân như mặt giảm đáng kể. A.Neville [13] nghiên cứu cho<br /> sau: cơ cấu truyền động là 11,5%; ổ lăn: 5,0%; rằng bề mặt ma sát và chất phụ gia tương thích<br /> các loại van 6,0%; ổ trục: 11,5%; xecmăng 19,0%; trong dầu bôi trơn làm giảm ma sát mài mòn.<br /> phần váy piston: 47,0%. Hernández Battez [14] nghiên cứu ba chất phụ<br /> gia nano CuO，ZrO2 và ZnO và so sánh khả năng<br /> 1.2. Các nghiên cứu phụ gia nano trong dầu giảm ma sát và mài mòn. Rashmi [15] nghiên<br /> bôi trơn cứu chất phụ gia nano MoS2 về khả năng giảm<br /> Một số quốc gia: Nhật Bản, Mỹ, Nga, Trung ma sát mài mòn. Nghiên cứu thấy rằng, chất phụ<br /> Quốc… đặc biệt coi trọng nghiên cứu chất phụ gia gia này có khả năng giảm ma sát và mài mòn rất<br /> nano tự hồi phục. Chất phụ gia tự hồi phục này tốt. Rapoport [16] nghiên cứu chất phụ gia WS2<br /> được áp dụng ở lĩnh vực quân sự như: trên máy trong dầu bôi trơn nguyên chất, kết quả cũng thấy<br /> bay, chiến hạm, trên ô tô làm giảm ma sát, mòn, rằng, có phụ gia sẽ chống được mài mòn và giảm<br /> tiết kiệm nhiên liệu, tăng tuổi thọ, ngoài ra còn ma sát.<br /> giảm được tiếng ồn [7]. Đặc biệt được ứng dụng Nano TiN là hợp chất có các tính chất: dẫn nhiệt<br /> nhiều cho các cặp ma sát của thiết bị máy trong<br /> tốt, ít chịu tác dụng hóa học, dễ khuếch tán vào bề<br /> nhà máy hạt nhân, các hầm mỏ có chất phóng xạ,<br /> mặt kim loại làm cho bề mặt bóng, chịu mài mòn,<br /> trạm NaSa [8].<br /> độ cứng lớn nhưng vẫn giữ độ dẻo tốt, ít nứt gãy.<br /> Nhật Bản rất quan tâm nghiên cứu ứng dụng chất<br /> Từ những tính chất đặc biệt của TiN, do vậy bài<br /> phụ gia nano tự hồi phục trên ô tô, tập trung ứng<br /> viết nghiên cứu chất phụ gia nano TiN trong dầu<br /> dụng vào động cơ ô tô và bộ phận chuyển động<br /> bôi trơn động cơ diesel (CF4-15W/40), thí nghiệm<br /> của ô tô [9]. Ở Mỹ, Christopher DellaCorte [10]<br /> trên máy bốn bi. Để đánh giá tính năng ma sát,<br /> nghiên cứu hỗn hợp phụ gia nano Ag/BaF2-CaF2 chống mài mòn và khả năng phục hồi mài mòn bề<br /> tự hồi phục hao mòn bề mặt ma sát. Nghiên cứu mặt chi tiết. Qua thí nghiệm trên máy bốn bi, lựa<br /> phát hiện chất phụ gia nano này không những đã chọn được hàm lượng tốt nhất chất phụ gia nano<br /> tự hồi phục mài mòn của cặp chi tiết ma sát mà TiN trong dầu bôi trơn để tiếp tục khảo nghiệm<br /> còn hình thành lớp kim loại bảo vệ bề mặt ma sát trên động cơ diesel để đánh giá giảm công ma sát<br /> chống mài mòn. Re’KinVe và các tác giả khác [11] của động cơ.<br /> 1.3. Quy trình thí nghiệm<br /> Bảng 1. Sơ đồ quy trình thực nghiệm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 57<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> 2. THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY 4 BI bốn bi theo hình 2. Viên bi phía trên được kẹp<br /> chặt bởi kẹp bi (4) và có chuyển động quay. Ba<br /> 2.1. Pha chế phụ gia<br /> viên bi ở dưới được cố định bởi mối ghép đai ốc<br /> Phụ gia trong dầu bôi trơn bao gồm: hàm lượng ren ngoài (5). Khi viên bi (1) quay sẽ tiếp xúc ma<br /> nano TiN (độ hạt là 20 nm) và hàm lượng chất sát với ba viên bi cố định phía dưới. Khi có chuyển<br /> phân tán - Polyethylene glycol (trọng lượng phân động ma sát, ba viên bi phía dưới bị mài mòn biên<br /> tử  PEG-200) với tỷ lệ 1:2 và cùng bổ sung vào dạng (vết mòn) là hình tròn.<br /> bôi trơn của động cơ diesel (CF-4 15W/40). Sau<br /> 2.3. Thông số và phương pháp phân tích<br /> đó đặt cốc dầu hỗn hợp đã pha chế vào máy phát<br /> sóng siêu âm trong thời gian 30 phút, chất phụ gia Theo tiêu chuẩn SH-T0762-2005 với điều kiện thí<br /> sẽ phân tán trong dầu bôi trơn như hình 1. nghiệm: tải trọng 392 N, tốc độ 600 vg/ph và nhiệt<br /> độ dầu bôi trơn là 75oC, thí nghiệm với phụ gia<br /> nano trong dầu bôi trơn đã pha như mục 2.1, với<br /> thời gian là 60 phút.<br /> Dùng máy đo biên dạng mài mòn của ba viên bi cố<br /> định phía dưới, sau đó tính trung bình đường kính<br /> vết mài mòn để đánh giá độ mòn trong quá trình<br /> ma sát. Đồng thời, sử dụng thiết bị kính hiển vi<br /> đồng tiêu LCSM và máy phổ tán sắc năng lượng<br /> EDX phân tích thành phần hóa học trên vết mài<br /> mòn của viên bi. Kết quả phân tích thành phần<br /> Hình 1. Phân tán chất phụ gia nano trong hóa học của bề mặt viên bi bị mài mòn sẽ đánh<br /> dầu bôi trơn giá được khả năng tự hồi phục hao mòn của phụ<br /> gia nano TiN.<br /> 2.2. Thiết bị thí nghiệm<br /> 2.4. Kết quả thí nghiệm với máy bốn bi<br /> <br /> 2.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng đến ma sát<br /> và mài mòn<br /> <br /> 2.4.1.1. Hệ số ma sát và vết mòn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) Nguyên lý bốn viên bi<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Ảnh hưởng của hàm lượng TiN đến ma<br /> sát và mòn<br /> b) Kẹp bi c) Cố định ba viên bi Hàm lượng của chất phụ gia nano ảnh hưởng rất<br /> Hình 2. Nguyên lý và cấu tạo của ma sát bốn bi nhiều đến tính chất của dầu bôi trơn. Nếu hàm<br /> 1-Viên bi đỉnh; 2-Ba viên bi phía dưới; 3-Mối lượng chất phụ gia quá giới hạn trong dầu bôi trơn<br /> thì nano dễ dàng liên kết với nhau thành những<br /> ghép kẹp ba viên bi; 4-Kẹp bi;<br /> hạt lớn hơn tạo thành các tạp chất trong dầu bôi<br /> 5-Đai ốc ren ngoài. trơn. Nhưng nếu hàm lượng quá ít thì chất phụ gia<br /> Dùng máy thí nghiệm ma sát bốn bi MRS-10A, không đủ làm cải thiện tính chất của dầu bôi trơn.<br /> đường kính viên bi thí nghiệm là 12,7 mm, độ Do vậy, nhất thiết phải có một hàm lượng tốt nhất<br /> cứng HRC: 64-66. Nguyên lý làm việc của máy chất phụ gia trong dầu bôi trơn mới cải thiện tính<br /> <br /> <br /> 58 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018<br />  LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC<br /> <br /> chất dầu bôi trơn, sẽ làm giảm ma sát, mài mòn trị nhỏ nhất. Hệ số ma sát là 0,0667, so với hệ số<br /> cặp chi tiết. ma sát của dầu bôi trơn nguyên chất giảm 19,8%.<br /> Với điều kiện thí nghiệm theo tiêu chuẩn, thí Đường kính vết mòn là 0,345 mm, giảm 14,2% so<br /> nghiệm với hàm lượng nano TiN trong dầu bôi với dầu bôi trơn gốc. Khi hàm lượng chất phụ gia<br /> trơn từ 0.0% đến 1,0%, kết quả thí nghiệm thấy nano trong dầu bôi trơn là 0,75%, hệ số ma sát<br /> rằng, phụ gia nano đã cải thiện tính chất của dầu và đường kính vết mòn tăng dần. Nguyên nhân<br /> bôi trơn (hình 3). Với hàm lượng nhỏ 0,25% nano có thể do hàm lượng quá 0,5%, những hạt nano<br /> TiN trong dầu bôi trơn cũng đã làm giảm hệ số ma TiN trong dầu bôi trơn liên kết cục bộ với nhau<br /> sát và đường kính vết mòn của viên bi (bảng 2). trở thành hạt lớn hơn, một phần sẽ lắng đọng. Do<br /> Khi bổ sung hàm lượng chất phụ gia nano TiN là vậy, khả năng chống ma sát và mài mòn của chất<br /> 0,5%, hệ số ma sát và đường kính vết mòn đạt giá phụ gia nano ít hiệu quả.<br /> <br /> Bảng 2. Hàm lượng phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn ảnh hưởng đến ma sát, mòn<br /> Hàm lượng chất phụ gia (%) 0,0 0,25 0,5 0,75 1,0<br /> Hệ số ma sát 0,0832 0,0805 0,0667 0,0780 0,0800<br /> Đường kính vết mòn (mm) 0,402 0,348 0,345 0,383 0,397<br /> <br /> 2.4.1.2. Tự hồi phục mài mòn của chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn đã bổ sung, khuếch<br /> tán vào vết mòn nên bề mặt ma sát giảm độ nhấp<br /> a. Dầu bôi trơn CF4-15W/40<br /> nhô bề mặt chi tiết.<br /> Với điều tiêu chuẩn, từ hình 4 có thể quan sát<br /> 2.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ đến ma sát và<br /> thấy, khi sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, vết<br /> mài mòn<br /> mòn có nhiều nhấp nhô cao, độ sâu xước rất rõ<br /> nét trên bề mặt ma sát, toàn bề mặt tương đối xù Hàm lượng 0,5% nano TiN trong dầu bôi trơn có<br /> xì. Vết cào xước rõ nét và hầu hết trên toàn bộ bề khả năng giảm ma sát và chống mài mòn tốt nhất<br /> mặt vết mài mòn (hình 4a, 4b). Độ lệch trung bình tại điều kiện tiêu chuẩn. Nhưng trên thực tế, các<br /> của profin hình học bề mặt Ra = 1887 nm (hình cặp ma sát luôn làm việc trong điều kiện vận tốc<br /> 4c). Dùng máy phổ tán sắc năng lượng (EDX) khác nhau. Do vậy, để chứng minh hàm lượng<br /> phân tích thành phần hóa học trên bề mặt ma sát 0,5% nano TiN trong dầu bôi trơn có khả năng<br /> (hình 4d), thấy tồn tại chủ yếu các thành phần các giảm ma sát mài mòn trong điều kiện vận tốc thay<br /> nguyên tố hóa học của viên bi là Fe, Cr và S. đổi. Nhóm nghiên cứu tiếp tục thí nghiệm với điều<br /> b. Hàm lượng 0,5% chất phụ gia nano TiN kiện vận tốc trong khoảng 400 vg/ph đến 1600<br /> vg/ph, còn các điều kiện khác giữ nguyên điều kiện<br /> Với điều kiện tiêu chuẩn, khi thí nghiệm hàm tiêu chuẩn.<br /> lượng 0,5% của chất phụ gia nano TiN trong dầu<br /> bôi trơn, quan sát bề mặt vết mòn (LCSM) và phân Từ bảng 3, cho thấy bất luận tại điều kiện vận<br /> tích thành phần hóa học (EDX) trên vết mòn được tốc thấp hay cao, chất phụ gia nano TiN trong<br /> thể hiện trên hình 5. Từ hình vẽ có thể quan sát dầu bôi trơn đều giảm ma sát và mài mòn so với<br /> thấy, bề mặt vết mòn khi dùng chất phụ gia nano dầu bôi trơn gốc. Với vận tốc từ 400 vg/ph đến<br /> TiN trong dầu bôi trơn so với dùng dầu bôi trơn 1400 vg/ph, khi sử dụng chất nano phụ gia nano<br /> nguyên chất có rất ít nhấp nhô, bề mặt tương đối TiN, hệ số ma sát giảm 12,1%, đường kính vết<br /> bằng phẳng, vết cầy xước không sâu, không rõ mòn giảm 11,0% so với sử dụng dầu bôi trơn<br /> nét. Vết xước chỉ tập trung chủ yếu ở phần trung nguyên chất. Đặc biệt khi ở điều kiện vận tốc 1600<br /> tâm vết mòn (hình 5a; 5b). Độ lệch trung bình của vg/ph, khi sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, cặp<br /> profin hình học bề mặt Ra = 957 nm (hình 5c). ma sát phát ra tiếng “rít, két” kim loại nghe rất chói<br /> Dùng EDX phân tích thành phần hóa học trên bề tai (kẹt bi), sau đó máy bốn bi tự động dừng hoạt<br /> mặt vết mòn có tồn tại các nguyên tố hóa học Fe, động. Nhưng khi sử dụng chất phụ gia nano TiN<br /> Ti và Cr. Trong đó, nguyên tố Fe, Cr thành phần trong dầu bôi trơn, cặp ma sát không phát ra tiếng<br /> hóa học của chi tiết ma sát (viên bi), nguyên tố kêu, máy bốn bi hoạt động bình thường. Như vậy<br /> Ti là từ chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn. có thể khẳng định, khi có phụ gia nano TiN với<br /> Nguyên tố Ti tồn tại trên bề mặt vết mòn có trị số là hàm lượng 0,5% trong dầu bôi trơn đã cải thiện<br /> 1,12%. Do vậy có thể kết luận rằng, chất phụ gia tính năng của dầu bôi trơn gốc.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 59<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) Toàn bộ đường kính vết mòn b) Vết mòn tại trung tâm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> c) Trung tâm vết mòn (hình 3D) d) EDX phân tích thành phần hóa học<br /> Hình 4. Dùng thiết bị LCSM và EDX quan sát và phân tích vết mòn khi dùng dầu bôi trơn gốc<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) Toàn bộ đường kính vết mòn b) Vết mòn tại trung tâm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> c) Trung tâm vết mòn (hình 3D) d) EDX phân tích thành phần hóa học<br /> Hình 5. Dùng thiết bị LCSM và EDX quan sát và phân tích vết mòn khi dùng hàm lượng 0,5%<br /> phụ gia nano TiN<br /> <br /> <br /> 60 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018<br />  LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC<br /> <br /> Bảng 3. Ảnh hưởng của vận tốc đến khả năng giảm ma sát, mòn<br /> (Thí nghiệm với điều kiện: Hàm lượng nanoTiN = 0,5%; t = 60 ph; PB = 392 N; nhiệt độ: 75˚C)<br /> Đường kính vết mòn (D/mm) Hệ số ma sát (μ)<br /> <br /> Vận tốc (vg/ph) Chất phụ gia nano Dầu bôi trơn gốc Chất phụ gia Dầu bôi trơn gốc<br /> TiN CF4-15W/40 nano TiN CF4-15W/40<br /> <br /> 400 0,318 0,342 0,0616 0,0651<br /> 600 0,345 0,402 0,0667 0,0832<br /> 800 0,380 0,417 0,0765 0,0867<br /> 1000 0,413 0,432 0,0824 0,0890<br /> 1200 0,419 0,463 0,0736 0,0829<br /> 1400 0,422 0,516 0,0702 0,0826<br /> 1600 0,431 kẹt bi 0,0693 kẹt bi<br /> <br /> <br /> 3. THÍ NGHIỆM HÀM LƯỢNG CHẤT PHỤ GIA vg/ph, 2700 vg/ph. Thời gian mỗi lần thí nghiệm<br /> NANO TiN ĐẾN ĐỘNG CƠ 60 phút. Thông qua phần mềm chuyên dụng: cứ<br /> 2 s các thông số sẽ được lưu lại bộ nhớ máy tính.<br /> 3.1. Lịch sử nghiên cứu<br /> Thí nghiệm với hai động cơ: Một động cơ sử dụng<br /> Wang Dongai cùng các tác giả khác [17] thí<br /> dầu bôi trơn pha chế phụ gia nano TiN, hàm lượng<br /> nghiệm với chất phụ gia nano đá kim cương có<br /> kích thước 3÷6 nm. Kết quả thí nghiệm cho thấy: 0,5%. Động cơ khác sử dụng dầu bôi trơn gốc<br /> với hàm lượng 0,01% trong dầu bôi trơn đã cải CF4-15W/40. Các thông số thí nghiệm: công suất<br /> thiện chất lượng dầu bôi trơn, tự hồi phục hao động cơ, mômen xoắn, chi phí nhiên liệu riêng.<br /> mòn các cặp ma sát dẫn đến áp suất xilanh động Sau đó đánh giá mức độ tăng công suất động cơ,<br /> cơ tăng lên 28,9% làm tăng công suất động cơ là mômen xoắn và giảm chi phí nhiên liệu riêng khi<br /> 4,2% và giảm lượng khí thải độc hại như HC là sử dụng dầu bôi trơn có chất phụ gia nano TiN.<br /> 60%, NOx là 20,5%. Shi Pei-jing [18] đã thí nghiệm 3.3. Kết quả thí nghiệm<br /> trên động cơ với chất phụ gia nano đồng kết hợp<br /> với nano đất hiếm pha vào trong dầu bôi trơn 3.3.1. Công suất động cơ, mômen xoắn và chi<br /> động cơ và dầu bôi trơn. Kết quả thí nghiệm thấy phí nhiên liệu<br /> rằng, sử dụng chất phụ gia nano trong dầu bôi Từ hình 6, có thể qua sát thấy: Động cơ khi sử<br /> trơn đã giảm công ma sát dẫn đến tăng công suất dụng dầu bôi trơn có thêm chất phụ gia nano TiN,<br /> động cơ và mômen xoắn là 3,0% và 4,3%, chi phí công suất và mômen xoắn tăng lên rất rõ rệt (hình<br /> nhiên liệu giảm 3,5%. Khi thí nghiệm với thời gian 6a, b). Đồng thời chi phí nhiên liệu riêng giảm đáng<br /> 300 h, dùng phương pháp phân tích hàm lượng kể (hình 6c). Với tốc độ 1200 vg/ph, khi động cơ<br /> kim loại trong dầu bôi trơn. Kết quả thí nghiệm: sử dụng dầu bôi trơn có chất phụ gia nano TiN so<br /> Khi động cơ dùng dầu bôi trơn có chất phụ gia với động cơ dùng dầu bôi trơn nguyên chất, công<br /> nano thì lượng kim loại Fe, Cr, Mn, Al… ít hơn rất suất động cơ và mômen xoắn tăng nhiều nhất lần<br /> nhiều so với động cơ dùng dầu nguyên chất. lượt tăng là: 27,40% và 27,32%, còn chi phí nhiên<br /> liệu riêng giảm là 21,24%. Nhưng ở tốc độ 2100<br /> 3.2. Thiết bị và thông số thí nghiệm vg/ph, công suất động cơ và mômen xoắn tăng<br /> 3.2.1. Thiết bị thí nghiệm ít nhất nhất lần lượt tăng là: 12,33% và 12,34%,<br /> chi phí nhiên liệu riêng giảm 10,65%. Với dải tốc<br /> Thí nghiệm với hai động cơ diesel (4JB1), động độ khảo sát, khi sử dụng dầu bôi trơn có phụ gia<br /> cơ có bốn xilanh (4.3l). Trạng thái kỹ thuật tương nano TiN, công suất và mômen xắn tăng trung<br /> đương nhau và cả hai động cơ đã hoạt động được bình lần lượt là 18,21%và 18,22%. Chi phí nhiên<br /> 5000 giờ. Dùng hệ thống thí nghiệm là ET2000. liệu riêng giảm 14,11%. Có thể quan sát thấy (hình<br /> 6c), khi động cơ sử dụng dầu bôi trơn có phụ gia<br /> 3.2.2. Thông số thí nghiệm<br /> nano ở điều kiện tốc độ thấp, chi phí nhiên liệu<br /> Khảo sát với dải tốc độ động cơ: 1200 vg/ph, 1500 riêng giảm nhiều nhất so với động cơ sử dụng dầu<br /> vg/ph, 1800 vg/ph, 2100 vg/ph, 2300 vg/ph, 2500 bôi trơn nguyên chất.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 61<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> <br /> tăng tính chất dầu bôi trơn dẫn đến giảm ma sát<br /> của các chi tiết tiếp xúc và phục hồi bề mặt bị mòn.<br /> Xét nhóm piston - xylanh động cơ (hình 7) thấy<br /> rằng, khi động cơ mới sử dụng, bề mặt xylanh<br /> tương đối nhẵn bóng (hình 7a), nhưng động cơ sử<br /> dụng được 5000 giờ, quan sát thấy bề mặt xylanh<br /> và xecmăng bị mòn (hình 7b). Khi khảo nghiệm,<br /> Dầu nguyên chất<br /> động cơ sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, kết<br /> Phụ gia nano TiN<br /> quả công suất giảm và chi phí nhiên liệu riêng<br /> tăng. Nhưng với động cơ sử dụng dầu bôi trơn có<br /> phụ gia nano TiN, chất phụ gia nano TiN đã phục<br /> hồi bề mặt bị mòn của xylanh, xecmăng, do vậy<br /> n/r.min-1 buồng đốt động cơ kín khít hơn, ít bị lọt khí xuống<br /> cacte (hình 7c) đồng thời, lớp hồi phục này cũng<br /> a) Đồ thị công suất thay đổi theo tốc độ<br /> làm giảm ma sát đáng kể. Do vậy, đây là một trong<br /> những nguyên nhân để tăng công suất động cơ và<br /> chi phí nhiên liệu riêng giảm.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Dầu nguyên chất<br /> Phụ gia nano TiN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> n/r.min-1<br /> <br /> Hình 7. Hình thành lớp hồi phục nhóm piston -<br /> b) Đồ thị mômen xoắn thay đổi theo tốc độ<br /> xylanh động cơ<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Dầu nguyên chất<br /> Thí nghiệm trên máy bốn bi, với hàm lượng phụ<br /> Phụ gia nano TiN<br /> gia nano TiN 0,25÷1,00% trong dầu bôi trơn thấy<br /> rằng: Chất phụ gia nano cải thiện tính chất của dầu<br /> bôi trơn. Do vậy, hệ số ma sát của cặp ma sát giảm<br /> và hao mòn cũng giảm. Đặc biệt hàm lượng phụ<br /> gia là 0,5%, ma sát và mòn giảm nhiều nhất và bề<br /> mặt mòn được hồi phục bằng phụ gia nano TiN.<br /> Thí nghiệm trên động cơ diesel, khi động cơ sử<br /> dụng dầu bôi trơn, hàm lượng phụ gia nano TiN là<br /> 0,5%, công ma sát của động cơ giảm, do vậy công<br /> n/r.min-1 suất động cơ tăng và giảm chi phí nhiên liệu riêng.<br /> c) Đồ thị chi phí nhiên liệu riêng thay đổi<br /> theo tốc độ TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> Hình 6. Ảnh hưởng của tốc độ đến công suất [1]. Dašic P, Franek F, Assenova E, et al. International<br /> động cơ, mômen xoắn và chi phí nhiên liệu riêng standardization and organizations in the field of<br /> tribology [J]. Industrial Lubrication and Tribology,<br /> 3.3.2. Phân tích nguyên nhân tăng công suất 2003, 55(6): 287-291.<br /> và giảm chi phí nhiên liệu [2]. Jost H P. Tribology Micro & Macro Eco-<br /> nomics: A Road to Economic Savings [J].<br /> Như đã phân tích ở trên, có thể đánh giá rằng: Tribology and Lubrication Technology, 2005,<br /> chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn đã làm 61(10): 18.<br /> <br /> <br /> 62 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018<br />  LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC<br /> <br /> [3]. Priest M, Taylor C M. Automobile engine tribology- [11]. Re’Kin Ve. Lubricants with ultra-disperse<br /> approaching the surface [J]. Wear, 2000, 241: diamond-graphitepowder. Chemistry and<br /> 193-203. Technology of Fuels and Oils, 2004, 40(3):<br /> 164-170.<br /> [4]. Taylor C M. Automobile engine tribology-design<br /> considerations for efficiency and durability[J]. [12]. G.V. Vinogradov, O.E. Morozova. A study of the<br /> Wear, 1998, 221: 1-8. wear of steel under heavy loads with lubricants<br /> containing sulphur-based additives[J]. Wear,<br /> [5]. Andersson BS. Company perspectives in vehicle<br /> 1960(3): 297-308.<br /> tribology-Volvo, 17th Leeds-Lyon Symposium<br /> on Tribology-Vehicqle Tribology[C]. Tribology [13]. A. Neville, A. Morina, T. Haque, etc. CoMPatibility<br /> series-18. Oxford-UK- Elsevier Ltd, 1991: 503-506. between tribological urfaces and lubricant<br /> additives-How friction and wear reduction can be<br /> [6]. Nakasa M. Engine friction overview. Proceedings<br /> controlled by surface/lube synergies[J]. Tribology<br /> of International Tribology Conference Japan[C]:<br /> International, 2007, (40): 1680-1695.<br /> Yokohama, 1995.<br /> [14]. Hernández Battez A., González R., Viesca J. L., et<br /> [7]. Ni jiDing. Yi geEr. Mechanical parts of  friction<br /> al. CuO, ZrO2 and ZnO nanoparticles as antiwear<br /> surface and the  contact  surface  wear<br /> additive in oil lubricants[J]. Wear, 2008, 265: 422-428.<br /> protectionlayer generates  compensating  method<br /> [J]. 1998,2002, (12):162. [15]. Rashmi R. Sahoo, Sanjay K. Biswas. Deformation<br /> and friction of MoS2 particles in liquid suspensions<br /> [8]. NASA turns to universities for research in space<br /> used to lubricate sliding contact[J]. Thin Solid<br /> age materials [DB/OL]. News from Princeton<br /> Films, 2010, 518: 5995-6005.<br /> Julsep,2002. http://.Princetion.edu/pr/news/02/<br /> q3/0920-nasa.htm [16]. L. Rapoport, V. Leshchinsky, I. Lapsker, et al.<br /> Tribological properties of WS2 nanoparticles under<br /> [9]. SatoshiM, Eiichi Y, Haruhisa K, et al. Self-<br /> mixed lubrication[J]. Wear, 2003, 255: 785-793.<br /> repairing mechanical system[A]. Part of the SPLE<br /> Conference on Sensor Fusion and Decentralized [17]. Wang Dongai, Liu Meihua, Zhang Shuda, JiDegang.<br /> Control in Robotic Systems II[C]. Bellingham, Research on Wear Mechanism for Modified<br /> Washington, USA: Society of Photo-optical Nano-diamond Powder as Additives in Lubricating<br /> Instrumentation Engineers, 1999: 202-213. Oils[J]. Lubrication Engineering, 2009, 34(7)  :<br /> 58-61.<br /> [10]. Christopher DellaCorte. The effect of counterface<br /> on the tribological erformance of a high [18]. Shi Pei-jing，Xu Yi. Preparation of Nanoparticles<br /> temperature solid lubricant composite from 25 Self-Repairing Additive and its Application in<br /> to 650℃[J]. Surface and Coatings Technology, Engines[J]. Chinese surface engineering in 2004<br /> 1996,(2): 486~492. second (total sixty-fifth): 37-40.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 63<br />