Vad är tribologi?
tribologi är vetenskapen om friktion, slitage och smörjning och är verkligen tvärvetenskaplig. Den studerar interaktionen mellan rörliga ytor och alla aspekter relaterade till friktion, slitage, smörjning, vidhäftning, tribokemi etc. Tribologilösningar tillämpas inom bilindustrin, lager, rymd, sport, mat, hälsa och biomedicinsk, förnybar energi och andra många områden.
termen ”tribologi” härstammar från det grekiska ordet ”tribos” (Xiaomi) som betyder ”gnidning” eller att gnugga och det uppfanns 1964, medan utforskning av friktion har börjat bra tidigare någon gång 50 000 f.Kr. när människor började använda det för att få eld (se tribologins historia). Forntida civilisationer i Egypten och Kina tillämpade smörjprinciper för att transportera tunga stenar som används i deras gigantiska byggnader. De första systematiska studierna av tribologi utfördes emellertid av Leonardo da Vinci – världens första tribolog 1490-1500. Han fokuserade på alla typer av friktion och gjorde en åtskillnad mellan glidande och rullande friktion.
betydelsen av tribologi ökar på grund av att friktions-och slitförluster förbrukar energi, vilket annars skulle kunna sparas. Professor Jost uppskattade att minimal investering (med förhållandet 1 till 50 till resultatet) i forskning och utveckling av bättre tribologiska metoder kan spara från 1% till 1.4% av bruttonationalprodukten . Förutom ekonomiska effekter kan tribologi användas för att minska
utsläpp genom att öka energieffektiviteten och därmed bidra till att upprätthålla vår planet. Transportindustrin är en av de största energikonsumenten, men också utsläppskälla, samtidigt som den potentiellt till stor del optimeras genom att använda banbrytande tribologilösningar. Slitpartiklar kan vara en källa för mekanisk skada i lager, skivbrott, MEMS, men är också skadliga för människors hälsa om de tränger in från atmosfären till människokroppen. Resultaten av den tribologiska forskningen kan därför användas för att lösa viktiga samhällsproblem.
grön tribologi
termen grön tribologi har blivit en del av ordförrådet nu. Grön tribologi är en gren av tribologi som specifikt avser att upprätthålla en ekologisk balans mellan eventuella miljömässiga och biologiska effekter av interaktionerna mellan olika ytor som kan uppstå mellan material. Green tribology arbetar för att säkerställa att all friktion och slitage som uppstår mellan material sker på ett miljövänligt sätt. Forskare inom det gröna tribologifältet tittar också på vindkraftsturbiner, solpaneler och tidvattensturbin. De fokuserar på att vara mer miljövänliga och hållbara i framtiden.
grön tribologi har tre grundläggande principer som syftar till att säkerställa begränsad påverkan på miljön och människors hälsa. Dessa tre principer är biomimetik (imiterar naturens modeller, system och element för att lösa komplexa mänskliga problem) och självsmörjande material och ytor, biologiskt nedbrytbara och miljövänliga smörjningar och förnybara och/eller hållbara energikällor.
specifikt ser grön tribologi på att minimera friktion, minimera slitage, minska och/eller eliminera smörjning, skapa naturlig smörjning, upprätthålla gröna teknik-och kemiprinciper och realtidsövervakning av tribologisystem.
grön tribologi är ganska nytt koncept; men det spelar redan en viktig roll för att säkerställa att alla industriella system kan fungera på ett miljövänligt sätt. Dessutom tittar forskare på metoder för att integrera grön tribologi och utveckla system som är helt hållbara när det gäller konstruerad design och energiproduktion.
smörjning
för att kontrollera friktion och slitage smörjmedel används. Smörjmedel separerar gnidytor från direktkontakt genom att skapa en smörjfilm. Filmen skyddar ytorna från slitage och smörjmedlet väljs för att kontrollera (mestadels minska) friktionen. Smörjmedel kan vara i flytande, gasformiga, fasta former eller till och med en kombination av dem som vid emulsioner och fetter .
ofta är smörjmedel flytande oljor och de genererar ett mycket tunt smörjmedelskikt för att separera gnidytorna. Detta skikt delas lättare än de fasta ämnena skulle och därför reduceras friktionen och i många fall slitage. Den klassiska (elasto -) hydrodynamiska smörjteorin kan effektivt användas för att förutsäga filmens tjocklek, men också friktion som genereras av smörjmedlet och för att utforma mekaniska komponenter. För de flesta vanliga tekniska material och förhållanden är lagrets friktion mindre än friktionen mellan de fasta ämnena. Förutom att separera ytorna minskar flytande smörjmedel också temperaturökningen, Rengör ytorna, eliminerar slitageskräp och regenererar skyddsfilmer. Det bör dock noteras att den klassiska smörjteorin för friktionsreduktionen har nått sin grundläggande gräns (friktionen 0,01-0,04) och kan inte bidra till att minska friktionen ytterligare. Därför måste andra teorier utvecklas.
Supersmörjning
den stora nackdelen med den klassiska smörjmetoden för att minska friktion och slitage är beroende av utvecklingen av en tillräckligt tjock smörjfilm för att separera ytorna från direktkontakt. Tyvärr bestäms filmens tjocklek i stor utsträckning av smörjmedlets viskositet. För att separera två mikroskopiskt grova ytor från kontakt behövs en smörjfilm tjockare än grovhetsnivån, så viskositeten måste vara tillräckligt hög. Högre viskositet innebär att högre friktionskraft utvecklas av smörjmedlet på fasta ytor och resulterar i högre energiförluster. Som det nämnts ovan ger detta den grundläggande gränsen för tillämpningen av den hydrodynamiska smörjningsmetoden.
Supersmörjning är en nyligen uppfunnen term i tribologi, som i allmänhet definieras som staten, vid vilken friktionskoefficienten är låg. Definitionen av” låg ” är inte helt klar, men det kan antas mindre än 0,01-0,001. På grund av definitionens generalitet kan mekanismerna för supersmörjning vara av olika natur. På nanoskalan kan den strukturella supersmörjningen uppstå, om kristallgitteren hos kontaktkropparna är inkommensurata. Bildning av nano lager kan också leda till supersmörjtillstånd genom att ändra friktionen från glidning till rullning. Ultra-låg friktion rapporterades i glycerol / vattenblandning smorda stålpar på grund av generering av lätt delbart vätebundet skikt. Van der Waals repulsiva krafter visade sig vara kapabla att leda till supersmörjtillstånd mellan en guld AFM-spets och Teflon-substrat. Förverkligandet av de nämnda supersmörjtillstånden kräver vanligtvis mycket speciella förhållanden, såsom vakuum eller material, såsom grafen, diamantliknande kol, etc. Därför är översättning av supersmörjstaten till makroskala och vanlig miljö en utmaning.