tribologie

Wat is tribologie?Tribologie is de wetenschap van wrijving, slijtage en smering en is werkelijk interdisciplinair. Het bestudeert de interactie van bewegende oppervlakken en elk aspect met betrekking tot wrijving, slijtage, smering, hechting, tribochemie, enz. Tribologie oplossingen worden toegepast in de auto-industrie, lagers, Ruimte, Sport, Voeding, Gezondheid en biomedische, hernieuwbare energie en andere tal van gebieden.De term “tribologie” is afgeleid van het Griekse woord “tribos” (τρίβοσ) wat “wrijven” of wrijven betekent en het werd uitgevonden in 1964, terwijl het onderzoek naar wrijving goed is begonnen in het verleden ergens 50.000 v.Chr. toen de mens het begon te gebruiken om vuur te krijgen (Zie geschiedenis van tribologie). Oude beschavingen in Egypte en China toegepast smering principes om zware stenen gebruikt in hun gigantische gebouwen te vervoeren. Echter, de eerste systematische studies van tribologie werden uitgevoerd door Leonardo da Vinci-eerste triboloog van de wereld in 1490-1500. Hij richtte zich op alle soorten wrijving en maakte een onderscheid tussen glijdende en rollende wrijving.

het belang van tribologie neemt toe omdat wrijvings-en slijtageverliezen energie verbruiken, die anders zou kunnen worden bespaard. Professor Jost schatte dat minimale investeringen (met een verhouding van 1 tot 50 ten opzichte van het resultaat) in onderzoek en ontwikkeling van betere tribologische praktijken van 1% tot 1,4% van het bruto nationaal product zouden kunnen besparen . Naast economische effecten kan tribologie worden gebruikt om de uitstoot van te verminderen door de energie-efficiëntie te verhogen en zo bij te dragen tot het behoud van onze planeet. De transportindustrie is een van de grootste energieverbruikers, maar ook emissiebron, terwijl deze potentieel grotendeels wordt geoptimaliseerd door gebruik te maken van geavanceerde tribologieoplossingen. Slijtagedeeltjes kunnen een bron zijn voor mechanische schade in lagers, schijfbreuken, MEMS, maar zijn ook schadelijk voor de menselijke gezondheid als ze van de atmosfeer naar het menselijk lichaam doordringen. De resultaten van het tribologisch onderzoek kunnen daarom worden gebruikt om belangrijke problemen van de samenleving op te lossen.

groene tribologie

de term groene tribologie is nu onderdeel van de woordenschat geworden. De groene tribologie is een tak van tribologie die specifiek betrekking heeft op het handhaven van een ecologisch evenwicht van om het even welke potentiële milieu en biologische gevolgen van de interactie tussen diverse oppervlakten die tussen materialen kunnen voorkomen. Green tribology zorgt ervoor dat eventuele wrijving en slijtage tussen materialen op een milieuvriendelijke manier gebeurt. Onderzoekers op het gebied van green tribology kijken ook naar windenergie-turbines, zonnepanelen en getijdenturbine. Ze richten zich op milieuvriendelijker en duurzamer zijn in de toekomst.

groene tribologie heeft drie basisprincipes die gericht zijn op een beperkt effect op het milieu en de gezondheid van de mens. Deze drie principes zijn biomimetica (het imiteren van de modellen, systemen en elementen van de natuur om complexe menselijke problemen op te lossen) en zelfsmerende materialen en oppervlakken, biologisch afbreekbare en milieuvriendelijke smering en hernieuwbare en/of duurzame energiebronnen.

in het bijzonder kijkt green tribology naar het minimaliseren van wrijving, het minimaliseren van slijtage, het verminderen en/of elimineren van smering, het creëren van natuurlijke smering, het handhaven van green engineering en chemie principes, en real-time monitoring van tribology systemen.

Green tribology is een vrij nieuw concept; Het speelt echter al een belangrijke rol bij het waarborgen dat alle industriële systemen op een milieuvriendelijke manier kunnen functioneren. Daarnaast kijken onderzoekers naar methoden voor het integreren van groene tribologie en het ontwikkelen van systemen die volledig duurzaam zijn in termen van engineered design en energieproductie.

smering

om wrijving en slijtage tegen te gaan, worden smeermiddelen gebruikt. Smeermiddelen scheiden wrijfvlakken van direct contact door een smeermiddelfilm te maken. De film beschermt de oppervlakken tegen slijtage en het smeermiddel is gekozen om de wrijving te controleren (meestal verminderen). Smeermiddel kan in vloeibare, gasvormige, vaste vorm of zelfs een combinatie daarvan zijn, zoals in het geval van emulsies en vetten .

vaak zijn smeermiddelen vloeibare oliën en produceren ze een zeer dunne smeermiddellaag om de wrijvingsvlakken te scheiden. Deze laag wordt gemakkelijker gedeeld dan de vaste stoffen en daardoor worden de wrijving en in veel gevallen slijtage verminderd. De klassieke (elasto-)hydrodynamische smering theorie kan effectief worden gebruikt om de dikte van de film te voorspellen, maar ook wrijving gegenereerd door het smeermiddel en om mechanische componenten te ontwerpen. Voor de meest voorkomende technische materialen en omstandigheden is de wrijving van de laag minder dan de wrijving tussen de vaste stoffen. Naast het scheiden van de oppervlakken, verminderen vloeibare smeermiddelen ook de temperatuurstijging, reinigen de oppervlakken, elimineren slijtafval en regenereren beschermende films. Opgemerkt moet echter worden dat de klassieke smering theorie van de wrijvingsreductie zijn fundamentele limiet heeft bereikt (de wrijving van 0,01-0,04) en kan niet helpen om de wrijving verder te verminderen. Daarom moeten andere theorieën worden ontwikkeld.

Superlubriciteit

het grootste nadeel van de klassieke smering om wrijving en slijtage te verminderen is de afhankelijkheid van de ontwikkeling van een voldoende dikke smeerfilm om de oppervlakken van direct contact te scheiden. Helaas wordt de dikte van de film grotendeels bepaald door de viscositeit van het smeermiddel. Om twee microscopisch ruwe oppervlakken van contact te scheiden, is een smeermiddelfilm nodig die dikker is dan het niveau van de ruwheid, zodat de viscositeit hoog genoeg moet zijn. Hogere viscositeit betekent dat een hogere wrijvingskracht wordt ontwikkeld door het smeermiddel op de oppervlakken van vaste stoffen en resulteert in hogere energieverliezen. Zoals hierboven vermeld, brengt dit de fundamentele grens aan de toepassing van de hydrodynamische smering aanpak.

Superlubriciteit is een recent uitgevonden term in de tribologie, die in het algemeen wordt gedefinieerd als de toestand waarin de wrijvingscoëfficiënt laag is. De definitie van “laag” is niet helemaal duidelijk, maar het kan worden aangenomen dat minder dan 0,01-0,001. Door de algemeenheid van de definitie kunnen de mechanismen van de superlubriciteit van verschillende aard zijn. Op de nanoschaal kan de structurele superlubriciteit optreden, als de kristalroosters van de contactlichamen incommensuraat zijn. Vorming van nano lagers kan ook leiden tot de superlubriciteitstoestand door het veranderen van de wrijving van glijden naar rollen. Ultra-lage wrijving werd gemeld in glycerol / water mengsel gesmeerd staal paren als gevolg van de generatie van gemakkelijk Deelbare waterstof-gebonden laag. Van der Waals afstotende krachten bleken in staat te zijn om te leiden tot superlubriciteit tussen een gouden AFM punt en Teflon substraat. De realisatie van de genoemde superlubrische toestanden vereist meestal zeer speciale omstandigheden, zoals vacuüm, of materialen, zoals grafeen, diamant-achtige koolstof, enz. Daarom is de vertaling van de superlubricische toestand in macroschaal en gewone omgeving een uitdaging.