Raziskovalci Laboratorija za tribologijo in površinsko nanotehnologijo (TINT) so raziskali robustnost in vzdržljivost supermazalnosti v jeklenih kontaktih, ki jo zagotavljajo karboksilirane grafenske kvantne pike (CGQD), ki so jih dodali k okolju prijaznemu mazivu. To delo je potekalo v sodelovanju s Kemijskim inštitutom, Institutom Jožef Stefan in Univerzo v Mariboru. Rezultate raziskave so objavili v reviji Carbon (IF=10.5)
Supermazlalnost tekočine je bila predhodno dokazana na makroskali, v okoljskih pogojih z različnimi mazivi. Ti vključujejo vodni glicerol z ali brez nanodiamantov, ionske tekočine z ogljikovimi kvantnimi pikami ali grafen-oksidom (GO) ter etandiol, ki vsebuje GO. Kljub temu je supermazalnost opazna predvsem pri specifičnih kontaktnih parih, ki jih sestavljajo diamantu podobne ogljikove prevleke (DLC) ali keramike, kot je npr. jeklo/ta-C, Si3N4/safir in DLC/DLC. Pri jeklenih kontaktih enakih materialov pa je pojav supermazalnosti redek in ga je mogoče opaziti ali doseči le pri nizkih končnih kontaktnih tlakih ali v režimu mešanega mazanja.
Slika 1: Grafični povzetek, ki prikazuje shematsko ponazoritev mehanizma supermazalnosti nanomaziva na osnovi CGQD v kontaktu jeklo/jeklo, medtem ko krivulja COF glede na krivuljo drsne razdalje, dokazuje robustnost in stabilnost supermazalnosti v start-stop testih pri različnih drsnih hitrostih in pogojih obremenitve.
V večini raziskovalnih študij je bila supermazalnost zelo odvisna od parametrov testiranja in zunanjega okolja (temperatura, vlažnost itd.). Že majhne spremembe teh dejavnikov lahko namreč vplivajo na supermazalno mejno površinsko plast in povzročijo izgubo supermazalnosti.
V študiji so raziskovalci zasnovali poseben test z vmesnimi prekinitvami, da bi pokazali supermazalnost, robustnost in prilagodljivost tribofilma različnim pogojem drsenja. To je zelo pomembno za industrijske aplikacije, kjer lahko start-stop kontakti povzročijo resno škodo in skrajšajo življenjsko dobo opreme zaradi nihanj koeficienta trenja (COF). Mejni mazalni film namreč zagotavlja zelo nizek povprečni COF (približno 0,007) in celo do 69 % zmanjšanje obrabe v primerjavi z osnovnim mazivom, kar omogoča ohranjanje super mazalnosti na dejanskem končnem kontaktnem tlaku 123 Mpa. To je bistveno višja zgornja meja v primerjavi s trenutnimi jeklenimi kontakti, mazanimi z vodo.
Raziskovalci so analizirali obrabljene površine z uporabo najsodobnejših tehnik površinske karakterizacije, vključno z ramanskimi in rentgenskimi analizami, fotoelektronsko in masno spektrometrijo sekundarnih ionov s časom preleta. Skeniranje s transmisijskim elektronskim mikroskopom so uporabili za raziskovanje tribo-inducirane mejne plasti površine, da bi razjasnili osnovnimehanizem supermazalnosti med jeklom/jeklom kontakti.
Ugotovili so, da je odličen učinek mazanja posledica sinergijske adsorpcije, striga in poliranja, ki ga zagotavljajo CGQD dispergirani v vodnem glicerolu. Pri tem ima posebno vlogo ima kemična adsorpcija CGQD na obrabljeno površino, saj ščiti tribo-pare pred čezmerno obrabo. Strukturna transformacija CGQD v večplastno grafitno strukturo je posledica neprekinjenega luščenja in striženja strukture grafena znotraj CGQD, kar omogoča uresničitev supermazalnosti.
Ta raziskava ne osvetljuje le aktivnih mazalnih mehanizmov za super mazalnost med jeklenimi kontakti, temveč tudi razjasni vlogo fizikalne in kemijske strukture CGQD pri doseganju supermazalnosti. Študija tako predstavlja pomemben korak pri iskanju supermazalnosti v realnih aplikacijah.