mitä tribologia on?
tribologia on kitkan, kulumisen ja voitelun tiede ja se on aidosti poikkitieteellistä. Se tutkii liikkuvien pintojen vuorovaikutusta ja kaikkia kitkaan, kulumiseen, voiteluun, tarttuvuuteen, tribokemiaan jne.liittyviä näkökohtia. Tribologian ratkaisuja sovelletaan autoteollisuudessa, laakereissa, avaruudessa, urheilussa, ruoka -, terveys-ja biolääketieteessä, uusiutuvassa energiassa ja muilla lukuisilla aloilla.
termi ”tribologia” on peräisin kreikan sanasta ”tribos” (τρίβοσ), joka tarkoittaa ’hankaamista’ tai hankaamista, ja se keksittiin vuonna 1964, kun taas kitkan tutkiminen on alkanut hyvin menneisyydessä joskus 50 000 eKr, jolloin ihmiset alkoivat käyttää sitä tulen saamiseksi (katso tribologian historia). Egyptin ja Kiinan muinaiset sivilisaatiot soveltivat voiteluperiaatteita kuljettaessaan jättiläismäisissä rakennuksissaan käytettyjä raskaita kiviä. Ensimmäiset systemaattiset tribologian tutkimukset suoritti kuitenkin Leonardo da Vinci-maailman ensimmäinen tribologi vuosina 1490-1500. Hän keskittyi kaikenlaiseen kitkaan ja teki eron liukukitkan ja vierintäkitkan välillä.
tribologian merkitys kasvaa, koska kitka-ja kulumishäviöt kuluttavat energiaa, jota muuten voitaisiin säästää. Professori Jost arvioi, että vähäisillä investoinneilla (suhde 1-50 tulokseen) parempien tribologisten käytäntöjen tutkimukseen ja kehittämiseen voitaisiin säästää 1-1, 4 prosenttia bruttokansantuotteesta . Taloudellisten vaikutusten lisäksi tribologian avulla voidaan vähentää 
päästöjä lisäämällä energiatehokkuutta ja siten auttaa ylläpitämään planeettaamme. Kuljetusteollisuus on yksi suurimmista energiankuluttajista, mutta myös päästölähde, vaikka se on mahdollisesti suurelta osin optimoitu käyttämällä huippuluokan tribologian ratkaisuja. Kulumishiukkaset voivat olla mekaanisten vaurioiden lähde laakereissa, levykatkoksissa, MEMSISSÄ, mutta ne ovat myös haitallisia ihmisten terveydelle, jos ne tunkeutuvat ilmakehästä ihmiskehoon. Tribologisen tutkimuksen tuloksia voidaan siis käyttää yhteiskunnan tärkeiden ongelmien ratkaisemiseen.
vihreä tribologia
termi vihreä tribologia on nyt tullut osaksi sanastoa. Vihreä tribologia on tribologian haara, joka liittyy erityisesti erilaisten pintojen välisten vuorovaikutusten mahdollisten ympäristö-ja biologisten vaikutusten ekologisen tasapainon ylläpitämiseen. Vihreä tribologia pyrkii varmistamaan, että materiaalien välinen kitka ja kuluminen tapahtuu ympäristöystävällisellä tavalla. Vihreän tribologian alan tutkijat tarkastelevat myös tuulivoimaturbiineja, aurinkopaneeleita ja vuorovesiturbiinia. Ne keskittyvät olemaan ympäristöystävällisempiä ja kestävämpiä tulevaisuudessa.
vihreässä tribologiassa on kolme perusperiaatetta, joiden tarkoituksena on varmistaa vähäinen vaikutus ympäristöön ja ihmisten terveyteen. Nämä kolme periaatetta ovat biomimetiikka (jäljittelemällä luonnon malleja, järjestelmiä ja elementtejä monimutkaisten ihmisten ongelmien ratkaisemiseksi) ja itsevoitelevat materiaalit ja pinnat, biohajoavat ja ympäristöystävälliset voitelut sekä uusiutuvat ja/tai kestävät energialähteet.
erityisesti vihreä tribologia tarkastelee kitkan minimointia, kulumisen minimointia, voitelun vähentämistä ja/tai poistamista, luonnollisen voitelun luomista, vihreän tekniikan ja kemian periaatteiden ylläpitämistä sekä tribologiajärjestelmien reaaliaikaista seurantaa.
vihreä tribologia on melko uusi käsite, mutta sillä on jo nyt tärkeä rooli sen varmistamisessa, että kaikki teolliset järjestelmät voivat toimia ympäristöystävällisesti. Lisäksi tutkijat tarkastelevat menetelmiä vihreän tribologian integroimiseksi ja sellaisten järjestelmien kehittämiseksi, jotka ovat täysin kestäviä suunnitellun suunnittelun ja energiantuotannon kannalta.
voitelu
kitkan ja kulumisen säätöön käytetään voiteluaineita. Voiteluaineet erottavat hankauspinnat suorasta kosketuksesta luomalla voiteluainekalvon. Kalvo suojaa pintoja kulumiselta ja voiteluaine valitaan hallitsemaan (lähinnä vähentämään) kitkaa. Voiteluaine voi olla nestemäisessä, kaasumaisessa, kiinteässä muodossa tai jopa niiden yhdistelmässä, kuten emulsioissa ja rasvoissa .
usein voiteluaineet ovat nestemäisiä öljyjä ja niistä syntyy hyvin ohut voiteluainekerros, joka erottaa hankauspinnat. Tämä kerros jaetaan helpommin kuin kiintoaineet ja siksi kitka ja monissa tapauksissa kulumista vähenevät. Klassisen (elasto-)hydrodynaamisen voiteluteorian avulla voidaan tehokkaasti ennustaa kalvon paksuutta, mutta myös voiteluaineen tuottamaa kitkaa ja suunnitella mekaanisia komponentteja. Tavallisimmissa teknisissä materiaaleissa ja olosuhteissa kerroksen kitka on pienempi kuin kiintoaineiden välinen kitka. Pintojen erottamisen lisäksi nestemäiset Voiteluaineet vähentävät lämpötilan nousua, puhdistavat pintoja, poistavat kulumisjätteitä ja uudistavat suojakalvoja. On kuitenkin huomattava, että klassinen voiteluteoria kitkan vähentämisestä on saavuttanut perusrajansa (kitka 0,01-0,04) eikä voi auttaa vähentämään kitkaa entisestään. Siksi on kehitettävä muita teorioita.
Superlujuus
klassisen kitkaa ja kulumista vähentävän voitelumenetelmän suurin haittapuoli on riippuvuus riittävän paksun voiteluainekalvon kehittämisestä, jotta pinnat voidaan erottaa suorasta kosketuksesta. Valitettavasti kalvon paksuus määräytyy pitkälti voiteluaineen viskositeetin mukaan. Kahden mikroskooppisesti karhean pinnan erottamiseksi kosketuksesta tarvitaan karkeutta paksumpi voiteluainekalvo, joten viskositeetin on oltava riittävän korkea. Suurempi viskositeetti tarkoittaa, että voiteluaine kehittää suuremman kitkavoiman kiinteiden aineiden pinnoille ja johtaa suurempiin energiahäviöihin. Kuten edellä mainittiin, tämä tuo perustavanlaatuisen rajan hydrodynaamisen voitelumenetelmän soveltamiseen.
superlupaus on tribologiassa hiljattain keksitty termi, jolla tarkoitetaan yleensä tilaa, jossa kitkakerroin on alhainen. Määritelmä ”Alhainen” ei ole aivan selvä, mutta se voidaan olettaa alle 0,01-0,001. Määritelmän yleisluonteisuudesta johtuen superlubrikiteetin mekanismit voivat olla luonteeltaan erilaisia. Nanoasteikolla rakenteellinen superlubrikiteetti voi syntyä, jos kosketuskappaleiden kideraidat ovat keskenään ristiriitaiset. Nanolaakereiden muodostuminen voi myös johtaa superlubrikiteettitilaan muuttamalla kitkaa liukumisesta vieriväksi. Erittäin vähäistä kitkaa raportoitiin glyseroli / vesi seoksella voidelluissa teräspareissa helposti erotettavan vetysidoskerroksen syntymisen vuoksi. Van der Waalsin torjuntavoimien osoitettiin pystyvän johtamaan superlubricity-tilaan kultaisen AFM-kärjen ja Teflon-alustan välillä. Mainittujen superlubristen tilojen toteutuminen vaatii tyypillisesti hyvin erityisiä olosuhteita, kuten tyhjiötä, tai materiaaleja, kuten grafeenia,timanttimaista hiiltä jne. Siksi superlubrisen tilan kääntäminen makroskooppiseksi ja tavalliseksi ympäristöksi on haaste.