Powłoki oparte na nanostrukturalnych diamentach
Nowe powłoki z wbudowanymi nanodiamentami powinny przyczynić się do poprawy wydajności silników oraz ograniczenia szkodliwych emisji. Małe ilości nanoskalowych diamentów mogą poprawić odporność na zużycie, współczynnik tarcia i przewodzenie ciepła komponentów silnika.Silniki z wewnętrzną komorą spalania przekształcają energię chemiczną paliwa na energię kinetyczną poruszającą części silnika w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia oraz szybkiego ruchu cyklicznego. Brak efektywności tych działań zwiększa zużycie paliwa i emisje. W ramach projektu ADEC (Advanced low friction engine coating) europejskie konsorcjum opracowało super-smarujące i odporne na zużycie powłoki oparte na nanostrukturalnych diamentach.
Nowa technologia wymagała opracowania sfunkcjonalizowanych nanocząsteczek diamentu i ich dyspersji w metalowej matrycy, stworzenia innowacyjnego procesu powlekania elektrolitycznego, opracowania domieszkowanych metalami, przypominających diament powłok węglowych (DLC) oraz stworzenia odpowiednich materiałów na tłoki i pierścienie tłokowe.
Naukowcom udało się dokonać funkcjonalizacji nanodiamentów przy pomocy atomów wodoru. Te grupy funkcjonalne stanowią punkty łączenia się nanocząsteczek i materiału. Przy silnym potencjale zeta, tworzą one stabilną dyspersję cząsteczek nanodiamentowych w lekko kwasowym obszarze pH. W tym celu dokonano zarówno ponownej funkcjonalizacji powierzchni dostępnych na rynku rodzajów nanodiamentów, jak i nowych etapów obróbki, umożliwiających wprowadzenie cząstek nanodiamentowych do wodnego roztworu.
Po potraktowaniu nanodiamentów wodorem, naukowcy osadzili je na płytkach niklowych. Dodanie nanodiamentów do tej metalowej powłoki okazało się lepsze od dotychczasowych rozwiązań dzięki możliwości dostosowania czystości i rozmieszczenia wielkości nanocząsteczek. Oprócz nanodiamentów naukowcy eksperymentowali także z innymi związkami, umieszczanymi na powłoce niklowej, takimi jak heksagonalny azotek boru, fluorek wapnia i węglik krzemu. Testy powłok dyspersyjnych naniesionych na ścianę cylindra dały obiecujące wyniki.
Następnie uczeni przeprowadzili doświadczenia z domieszkowaniem powłok diamentopodobnych krzemem i wolframem, w wyniku czego uzyskali powłoki odporne na wyższe temperatury. Testy przeprowadzone na tłokach i pierścieniach tłokowych potwierdziły zmniejszone tarcie i zużycie silnika, a także znaczące zmniejszenie temperatury pracy cylindrów.
Doskonale smarujące, odporne na zużycie powłoki z nanocząsteczek diamentu opracowywane w projekcie ADEC do stosowania w silnikach spalinowych wydłużą ich żywotność przy jednoczesnym ograniczeniu ilości zanieczyszczeń, takich jak dwutlenek węgla. Technologia ta może znacznie zwiększyć konkurencyjność partnerskich małych i średnich przedsiębiorstw, a jednocześnie wpisuje się w realizację celów UE w zakresie oszczędności paliwa i emisji.
Źródło: www.cordis.europa.eu
Nowa technologia wymagała opracowania sfunkcjonalizowanych nanocząsteczek diamentu i ich dyspersji w metalowej matrycy, stworzenia innowacyjnego procesu powlekania elektrolitycznego, opracowania domieszkowanych metalami, przypominających diament powłok węglowych (DLC) oraz stworzenia odpowiednich materiałów na tłoki i pierścienie tłokowe.
Naukowcom udało się dokonać funkcjonalizacji nanodiamentów przy pomocy atomów wodoru. Te grupy funkcjonalne stanowią punkty łączenia się nanocząsteczek i materiału. Przy silnym potencjale zeta, tworzą one stabilną dyspersję cząsteczek nanodiamentowych w lekko kwasowym obszarze pH. W tym celu dokonano zarówno ponownej funkcjonalizacji powierzchni dostępnych na rynku rodzajów nanodiamentów, jak i nowych etapów obróbki, umożliwiających wprowadzenie cząstek nanodiamentowych do wodnego roztworu.
Po potraktowaniu nanodiamentów wodorem, naukowcy osadzili je na płytkach niklowych. Dodanie nanodiamentów do tej metalowej powłoki okazało się lepsze od dotychczasowych rozwiązań dzięki możliwości dostosowania czystości i rozmieszczenia wielkości nanocząsteczek. Oprócz nanodiamentów naukowcy eksperymentowali także z innymi związkami, umieszczanymi na powłoce niklowej, takimi jak heksagonalny azotek boru, fluorek wapnia i węglik krzemu. Testy powłok dyspersyjnych naniesionych na ścianę cylindra dały obiecujące wyniki.
Następnie uczeni przeprowadzili doświadczenia z domieszkowaniem powłok diamentopodobnych krzemem i wolframem, w wyniku czego uzyskali powłoki odporne na wyższe temperatury. Testy przeprowadzone na tłokach i pierścieniach tłokowych potwierdziły zmniejszone tarcie i zużycie silnika, a także znaczące zmniejszenie temperatury pracy cylindrów.
Doskonale smarujące, odporne na zużycie powłoki z nanocząsteczek diamentu opracowywane w projekcie ADEC do stosowania w silnikach spalinowych wydłużą ich żywotność przy jednoczesnym ograniczeniu ilości zanieczyszczeń, takich jak dwutlenek węgla. Technologia ta może znacznie zwiększyć konkurencyjność partnerskich małych i średnich przedsiębiorstw, a jednocześnie wpisuje się w realizację celów UE w zakresie oszczędności paliwa i emisji.
Źródło: www.cordis.europa.eu