Investigation of Nickel Nanopowders and Their Application as Lubricant Additives

Abstract

Наномастильні матеріали викликали великий інтерес завдяки можливому зменшенню тертя та зносу шляхом введення наночастинок (НЧ). На сьогодні головним випробуванням в розробці нового наномастила є суспензія частинок. Нещодавно було досліджено численні НЧ для їх використання як масляних добавок. Нанопорошки деяких металів та їх сполук мають особливо ефективний вплив на характеристики мастильних матеріалів. Використання НЧ, що включають Ni, Cu, Fe, TiO2 та інші металеві добавки в мастильних оліях, забезпечує помітне зменшення тертя та протизносну поведінку. У роботі ми описали отримання нанопорошків нікелю методом електричного вибуху дроту та їх трибологічні показники як добавок до мастильних матеріалів. Отримані нанопорошки нікелю досліджували методами скануючої електронної мікроскопії (SEM), просвічуючої електронної мікроскопії (TEM) та рентгенівської дифракції (XRD). Результати досліджень SEM і TEM показали, що середній діаметр цих нанопорошків дорівнює 55,5 нм, а їх форма є сферичною. Результати XRD дослідження виявили, що нанопорошок нікелю має чисту ГЦК фазу. Результати випробувань чотирикульковим методом вказують на те, що нанопорошки нікелю є потенційними добавками до мастильних олій, і трибологічні показники мастильних олій можна значно покращити, розподіляючи нанопорошки нікелю в мастилах. Дослідження триботехнічних властивостей показали, що мастило SAE-30 з нікелевими добавками при концентрації 0,4 мас. % має найкращі протизносні властивості порівняно з чистою олією та при інших концентраціях нікелевої добавки. Діаметр плями зносу зменшився з 0,73 мм до 0,40 мм. Відносний відсоток коефіцієнта тертя зменшився на 47 відсотків.

Nanolubricants have attracted great interest due to the promise of friction and wear reduction by introducing nanoparticles (NPs). To date, the foremost challenge for developing a new nanolubricant is particle suspension. Numerous NPs have recently been investigated for use as oil additives. Nanopowders of some metals and their compounds exert an especially effective influence on the characteristics of lubricants. The use of NPs that include Ni, Cu, Fe, TiO2 and other metallic NP additives in lubricating oils provides good friction reduction and anti-wear behavior. In this paper, we described the preparation of nickel nanopowders by the method of the electrical explosion of wire and their tribological performance as additives in oils. The obtained nickel nanopowders were investigated by the methods of scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). The results of the investigation by SEM and TEM showed that the average diameter of these nanopowders is equal to 55.5 nm and their shape is spherical. Results of XRD investigation showed that nickel nanopowder has a pure fcc phase. The four-ball test results indicate that nickel nanopowders are potential additives for lubricating oils, and the tribological performance of lubricating oils can be improved significantly by dispersing nickel nanopowders in oils. Studies of tribotechnical properties have shown that the SAE-30 with nickel additives at concentrations of 0.4 wt. % has the best anti-wear properties in comparison with pure oil and other concentrations of nickel additive. The wear spot diameter has been reduced from 0.73 mm to 0.40 mm. The relative percentage of the friction coefficient has decreased by 47 percent.