Estudos tribológicos, de oxidação e de condutividade térmica de nanopartículas de dissulfeto de molibdênio (MoS2) sintetizadas por micro-ondas na forma de nano

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 14108 (2022) Citar este artigo

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A lubrificação tornou-se essencial para aumentar a eficiência dos motores na era da rápida globalização. As propriedades tribológicas, de oxidação e de condutividade térmica de um óleo de motor desempenham um papel vital na melhoria da qualidade da vida útil do motor de um veículo. Nesta pesquisa, nanopartículas de dissulfeto de molibdênio (MoS2) foram sintetizadas através de um reator hidrotérmico de micro-ondas. Posteriormente, as nanopartículas foram dispersas em óleo de motor diesel SAE 20W50 para formulação do nanolubrificante. Os resultados mostram que o nanolubrificante com concentração de 0,01% em peso de MoS2 apresentou coeficiente de atrito e diâmetro médio da cicatriz de desgaste diminuído em 19,24% e 19,52%, respectivamente, em comparação ao óleo base. Além disso, o nanolubrificante com concentração de 0,01% em peso de nanopartícula de MoS2 apresentou um aumento de 61,15% no tempo de indução da oxidação em comparação ao óleo base. Além disso, a adição de MoS2 ao óleo base demonstra uma melhoria de aproximadamente 10% na condutividade térmica em comparação com o óleo base.

A indústria automobilística está bem focada em enfatizar propriedades ecológicas, de qualidade, durabilidade e eficiência energética. Por exemplo, 79% do combustível é dissipado devido à perda de energia num veículo convencional de passageiros1. A perda de energia e a falha mecânica são causadas principalmente por atrito e desgaste. A fricção e o desgaste consomem cerca de 1/3 da energia global predominante e mais de metade da energia é responsável pela fricção dos equipamentos de transporte2. Além disso, as peças desgastadas são responsáveis ​​por quase 4/5 das falhas mecânicas3. O atrito também contribui para questões significativas, como corrosão superficial e poluição do meio ambiente. Como resultado, reduzir o atrito e o desgaste é fundamental para prolongar a vida útil dos equipamentos mecânicos, melhorar a eficiência do combustível e reduzir as emissões.

A lubrificação é uma das formas mais confiáveis ​​de reduzir o desgaste por atrito, economia de energia, proteção ambiental e redução de carbono4. Muitas soluções têm sido usadas para reduzir o atrito e o desgaste para cumprir os objetivos de conservação de energia. Melhorar o perfil da textura da ranhura sob condições de lubrificação hidrodinâmica pode aumentar a capacidade de suporte de carga da película de óleo5. Por outro lado, suas propriedades tribológicas são comumente causadas por condições de atrito e são propensas a falhas por desgaste após um longo período de serviço. Como podem estabelecer uma camada de lubrificação hidrodinâmica ou elastohidrodinâmica na superfície de contato durante o deslizamento por atrito, os lubrificantes líquidos são frequentemente utilizados na indústria automotiva6. Além dos óleos lubrificantes, líquidos iônicos podem ocasionalmente ser usados ​​como lubrificantes líquidos7. Durante as fases de partida e desligamento de peças mecânicas, ou quando ocorre um ambiente de alto atrito, os lubrificantes líquidos não conseguem estabelecer uma camada lubrificante contínua no meio das superfícies de atrito. Neste contexto, ocorrem fases de lubrificação limite e lubrificação mista, resultando em aumento de atrito e desgaste. A aplicação de aditivos lubrificantes é o método proeminente para diminuir o atrito e o desgaste por lubrificação limite8. Fosfatos orgânicos, sulfetos orgânicos e compostos metálicos orgânicos são aditivos lubrificantes tradicionais com forte estabilidade de dispersão e qualidades tribológicas. Em termos de toxicologia, a produção de cinzas sulfatadas, fósforo e enxofre (SAPS), que pode produzir contaminação do ar, como chuva ácida e clima nebuloso9 e erosão química, são os problemas que o ambiente enfrenta em graus variados. Embora outros aditivos, incluindo líquidos iônicos, tenham boas propriedades tribológicas, seu uso na indústria é limitado pelo seu alto custo e pela falta de respeito ao meio ambiente10,11. Os nanolubrificantes utilizam nanopartículas como aditivos lubrificantes no lubrificante base, onde o diâmetro das partículas geralmente fica entre 1 e 100 nm12. Experimentos in situ mostram que a incorporação de nanolubrificantes em óleos básicos ou revestimentos reduz significativamente o atrito e o desgaste, ao mesmo tempo que exibe propriedades tribológicas intrigantes. Este estudo visa melhorar as qualidades tribológicas do óleo de motor diesel utilizando nano-aditivos. Esta é a primeira tentativa de sintetizar nanopartículas de MoS2 utilizando a rota de síntese por microondas para aplicação tribológica. A síntese de nanopartículas utilizando um método avançado de síntese por microondas economiza tempo, energia e produz melhores propriedades tribológicas, de oxidação e de condutividade térmica do que o método hidrotérmico tradicional . Os parâmetros físico-químicos das nanopartículas de MoS2 foram então determinados, e as nanopartículas foram dispersas em óleo de motor à base de diesel para desenvolver um novo nanolubrificante. Em seguida, foram investigadas as características tribológicas, de oxidação e térmicas. O objetivo principal deste estudo é criar nanopartículas de MoS2 usando tecnologia de microondas, que melhorou as propriedades tribológicas, de oxidação e térmicas quando dispersas em óleo de motor diesel. Esta pesquisa abrirá caminho para o desenvolvimento de novos nano aditivos MoS2 sintetizados por micro-ondas para óleo de motor diesel.