Durch eine Multi-Universitäts-Zusammenarbeit haben Forscher von Virginia Tech einen neuen, soliden Schmiermechanismus entdeckt, der die Reibung der Maschinen bei extrem hohen Temperaturen verringern kann. Es funktioniert weit über die Ausbruchstemperatur herkömmlicher fester Schmiermittel wie Graphit hinaus, und die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Naturkommunikation.
„Dieses durchbrachliche Solid-State-Schmiermittel könnte die Gestaltung von Materialien für High-Tech-Motoren ändern und sie länger halten und unter extremen Bedingungen besser funktionieren“ der Studie. „Nach Jahrzehnten der Forschung wurden nur etwa 20 feste Schmiermittel identifiziert.“
Das rechte Schmiermittel könnte die Lebensdauer eines Düsenmotors verlängern und Millionen von Dollar einsparen, aber die meisten dieser 20 Schmiermittel brechen zusammen, wenn Maschinen die Temperaturen so heiß wie geschmolzene Lava erreichen. Die Entdeckung ist wichtig, da Reibung und Verschleiß die US -Wirtschaft im Jahr 2023 über 1 Billion US -Dollar geschätzt wurden, was etwa 5 Prozent des Brutto -Nationalprodukts entspricht.
Angesichts der Bedeutung von Materialien in aufstrebenden Bereichen wie Advanced Manufacturing positionieren diese Ergebnisse Virginia Tech als führend für innovative Technologien und modernste Forschung mit Möglichkeiten zur transdisziplinären Problemlösung.
Grenzen der Schmiermittel
Reibung ist die Grundlage der Bewegung. In verschiedenen industriellen Anwendungen wie fortschrittlicher Fertigung, Transport und Luft- und Raumfahrt – zu viel Reibung lässt sich die Maschinen abnutzen. Schmiermittel oder Substanzen, die die Reibung zwischen zwei Oberflächen reduzieren, die miteinander in Kontakt kommen, sind entscheidend für sichere Betriebsbedingungen und optimale Leistung. Die Entwicklung von Materialien, die Verschleiß von über 600 Grad Celsius oder 1000 Grad Fahrenheit widersetzen, bleibt eine Herausforderung.
Tatsächlich dauerte es viele Jahre, Köpfe und Institutionen, um diese neuen Erkenntnisse über ein solides Schmiermittel zu erreichen.
„Zusammenarbeit mit anderen Universitäten haben viele sachkundige Menschen zusammengebracht, um Ressourcen auszutauschen, was in dieser Disziplin von entscheidender Bedeutung ist“, sagte damals-ph.d. Student und Erstautor Zhengyu Zhang. „Die Zukunft vieler Branchen wird von Fortschritten in der Materialwissenschaft abhängen, und für ein so großes Thema erfordert ein vielfältiges Fachwissen.“
Die Entdeckung hing auch von einem Gerät ab, das als Hochtemperatur-Tribometer bezeichnet wurde und das CAI 2019 für ihr Labor beschafft hat. Das modernste Gerät misst die Reibung, den Verschleiß und andere tribologische Eigenschaften zwischen zwei Oberflächen, die bei hoher Temperatur in Kontakt stehen. Zu dieser Zeit war Virginia Tech ein Pionier, der diese Technologie untergebracht und den Forschern der Fakultät und Doktoranden zur Verfügung stellte. Die Maschinerie legte die Grundlage, die die Entdeckung für ihre Testkapazitäten bei Temperaturschwellen über traditionelle Geräte ermöglicht hat.
Solide Erkenntnisse
Das Team verwendete High-Temperature-Tests, fortschrittliche Materialanalysen und Rechenmethoden, um zu zeigen Selbstschmutzung ermöglichen. Dies ist aus der niedrigen Scherfestigkeit des Spinelloxids oder der Schwäche der Bindungen zwischen seinen Molekülen möglich, die es ihnen ermöglichen, unter Stress leicht aneinander vorbei zu rutschen Bedingungen.
Erstens verwendeten die Forscher fortschrittliche Computer, um vorherzusagen, welche Arten von Oxiden am besten funktionieren würden. Durch sorgfältiges Bestehen der Metalloberfläche, die eine spezielle Oxidschicht bildete, stellten Cai und Zhang fest, dass Spinelloxide bei hohen Temperaturen viel besser sind als die zuvor verwendeten Materialien.
Jeder Mitarbeiter stellte eine Schlüsselkomponente der Studie zur Verfügung:
- Die Universität von Florida absolvierte Berechnungen unter Verwendung der 4D -Transmissionselektronenmikroskopie -Charakterisierung, um kristallisierte Strukturen sehr komplexer oxidierter Oberflächen zu identifizieren.
- Jackson State stellte die anfänglichen Proben der additiv hergestellten Metalle zur Verfügung.
- Arizona State arbeitete zusammen, um Finanzmittel zu erwerben und Berechnungen abzuschließen.
- Der Iowa -Zustand hat Berechnungen abgeschlossen, um die mechanischen Eigenschaften des Schlüsseloxids zu simulieren.
- Nebraska-Lincoln führte die Hochtemperaturgurtests durch.
- Virginia Tech leitete das gesamte Projekt, konzipierte die Idee, führte Hochtemperatur-Tribologische Tests durch, analysierte die Oberflächencharakterisierung, führte Berechnungen für wichtige thermische und mechanische Eigenschaften für alle Oxide durch und führte Phasenvorhersageanalysen aus.
„Dies ist wissenschaftlich eine großartige Leistung, und wir sind unseren Mitarbeitern dankbar, die es möglich gemacht haben“, sagte Cai. „Ohne die Ressourcen von Virginia Tech und die starken Partnerschaften mit Mitwissenschaftlern an Universitäten im ganzen Land hätten wir diese neue Familie mit soliden Schmiermittel nicht entdeckt. Diese Erkenntnisse unterstreichen einen vielversprechenden Ansatz zur Gestaltung von selbstglagenden Legierungen für extreme Temperaturen.“
