Desempenho tribológico de grafeno funcionalizado como aditivo em óleo lubrificante de baixa viscosidade

Abstract

A influência da utilização de grafeno funcionalizado como aditivo para óleo poliolester de baixa viscosidade em termos de dispersabilidade e comportamento tribológico foi investigada. Foram utilizados grafeno puro e grafenos funcionalizados via plasma de N2 e NH3. Concluiu-se que as partículas funcionalizadas melhoram de forma significativa a molhabilidade do substrato e a estabilidade das dispersões dos nanofluidos estudados. O comportamento tribológico dos nanofluidos foi avaliado utilizando um tribômetro operando de forma recíproca na configuração cilindro-plano. A adição de 0,05% em massa de grafeno funcionalizado aumenta drasticamente a durabilidade do tribosistema e melhora significativamente as propriedades antidesgaste do óleo POE (60% em redução do desgaste). Microscopia ótica, interferometria de luz branca, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia Raman foram utilizados para identificar os mecanismos de desgaste. A funcionalização proporciona a obtenção de uma suspensão bem dispersa com poucos aglomerados e alta molhabilidade (0º), o que contribuiu para a formação de um tribocamada antidesgaste contínua e homogênea entre as superfícies em contato e movimento relativo. Uma vez entre as superfícies deslizantes, o grafeno melhora a capacidade de carga do óleo, evitando assim uma falha catastrófica do tribosistema.

Abstract : The influence of plasma functionalization of graphene as an additive for low-viscosity polyolester (POE) oil in terms of dispersion stability and tribological behaviour was investigated. Pure graphene and graphene functionalized via N2 and NH3 plasma were analysed. The plasma functionalization significantly improved the substrate wettability and the dispersion stability of the nanofluids. The tribological behaviour of the nanofluids was investigated using a reciprocating cylinder on plane configuration. An addition of 0.05 wt% of the functionalized nanoparticles dramatically increased the scuffing resistance and significantly improved the antiwear properties of the POE oil (over 60% wear reduction). Optical microscopy, white light interferometry, scanning electron microscopy and micro Raman spectroscopy were used to identify the wear mechanisms. The functionalization provides a well-dispersed suspension with a high wettability (0º), which contributes to the formation of a continuous and homogeneous anti-wear tribofilm. Once between the sliding surfaces, the graphene improves the load-carrying capacity of the oil, avoiding the seizure of the tribolayer.