Ученые показали, что можно достигнуть отсутствия трения в макромасштабе
Инновационный подход к снижению трения на металлических поверхностях за счет реализации суперсмазочных свойств покрытия разработали ученые из Политехнического университета штата Нью-Йорк SUNY (SUNY Poly), 15 июля сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу университета.
Результаты своего революционного исследования президент SUNY Poly доктор Уинстон «Воле» Собоеджо, его научный сотрудник доктор Табири Квайе Асумаду и их коллеги представили в статье «Надежная макромасштабная суперсмазка на металлических поверхностях с углеродным покрытием», опубликованной в журнале Applied Materials Today.
В статье показано, что состояние практического отсутствия трения между поверхностями, которое ранее считалось достижимым только в наномасштабе, можно поддерживать и в макромасштабе в течение длительного времени при обычных атмосферных условиях за счет использования особых экологически чистых углеродных покрытий, изготовленных из биоотходов.
Полученные учеными результаты имеют огромную практическую ценность. Так, только в автомобильной промышленности более 30% топлива легковых автомобилей расходуется на преодоление трения в механических частях, поэтому применение новых покрытий для них поможет радикально повысить эффективность топлива, а также снизить износ трущихся деталей.
Это касается и большинства остальных видов производства и промышленного оборудования, снижение износа которого приведет к огромной экономии средств. Даже в электронных устройствах трение и в мельчайших масштабах может вызывать серьезные проблемы, которые новые покрытия могли бы помочь решить.
Доктор Асумаду подчеркнул: «Это исследование действительно может коснуться большинства отраслей промышленности. От биомедицины до энергетики и практически всех видов производства, этот подход может помочь продлить срок службы деталей машин, снизить затраты на техническое обслуживание и замену и создать более устойчивое промышленное будущее».
В свою очередь, доктор Собоеджо отметил: «Мои коллеги и я чрезвычайно гордимся этой работой, особенно ее экологическими и экономическими последствиями. Мы с нетерпением ждем прорывов в технологиях управления трением, которые произойдут, когда исследователи начнут применять эти подходы».
В опубликованной статье приведены экспериментальные и вычислительные результаты сверхнизкого (почти нулевого) трения металлических поверхностей и поверхностей с углеродным покрытием на подложках из конструкционных сталей, сплавов титана и никеля.
Работа созданной макромасштабной суперсмазки была продемонстрирована и поддерживалась в течение нескольких циклов, что обеспечивалось за счет структурно разориентированных углеродных покрытий на металлических поверхностях.
Углеродные нанокристаллы с вариантами графеновых отпечатков были нанесены на эти металлические поверхности с использованием нового высокотемпературного процесса обработки биологических отходов.
Углеродные нанокристаллы деформируются, сплющиваются и слипаются в местах износа, образуя графитовые пленки, что приводит к супернизкому коэффициенту трения ~0,003. Срок службы покрытия на подложках из никеля и стали составил ~150 000 циклов при одновременном снижении скорости износа.
Эксперименты были подтверждены с помощью атомистического моделирования, позволяющего получить представление о влиянии вариантов графена на наблюдаемые условия отсутствия трения. Были выяснены основные механизмы взаимодействия покрытия с подложкой, обеспечивающие эффект макромасштабной суперсмазки.
Полученные результаты могут быть использованы в рамках экономики замкнутого цикла, применяющей вторичную переработку материалов для сокращения глобального углеродного следа, для разработки надежных и недорогих макромасштабных сверхсмазочных углеродных покрытий на металлических подложках с использованием биоотходов как источников углерода.
