روغن‌کاری در مقیاس نانو؛ افزودنی ضد سایش برای روغن‌‌های موتور

تیتانیوم، عنصری با کاربردهای گوناگون- از رنگدانه گرفته تا آلیاژهای مورد
استفاده در صنایع هوافضا- اکنون می‌تواند نقش جدیدی را به‌عنوان افزودنی سازگار
با محیط زیست برای روغن‌‌های اتومبیل را به‌‌عهده بگیرد. محققان علوم مواد در
شرکت Afton Chemical و مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) در مقاله اخیر خود
بیان کردند که افزودن ترکیبی از تیتانیوم به روغن موتور، باعث ایجاد یک لایه‌ی
نانومتری مقاوم به سایش و اتصال آن به سطوح آسیب‌‌پذیر موتور می‌شود. با این
کار یک جایگزین مناسب برای روغن موتورهای قبلی که سازگاری مناسبی با محیط زیست
نداشتند به‌وجود می‌آید.

روغن موتورهای مدرن، یک مخلوط پیچیده مهندسی است که بیشتر از ۲۰ درصد از
افزودنی‌های خاصی تشکیل شده است. این افزودنی‌ها برای بهبود خواص از جمله
ویسکوزیته و ماندگاری و کاهش تشکیل رسوب و سایش موتور به روغن اضافه می‌شوند.

سالها افزودنی‌‌های ضد‌‌سایش برای روغن‌‌های با کارآیی بالا، شامل ترکیبات
فسفردار به‌ویژه ZDDP بود که با تشکیل یک فیلم پلی‌‌فسفات روی بخش‌‌های موتور
سایش را کاهش می‌‌دهد. متاسفانه فسفر یک ترکیب شیمیایی سمی برای مبدل‌‌های
کاتالیزی اتومبیل است که کارآیی و عمر آنها را کاهش می‌‌دهد، بنابراین شیمیدان‌‌های
صنعتی به‌‌دنبال راهی برای جایگزینی و یا کاهش استفاده از ZDDP بوده‌اند. از
آنجا که افزودنی‌‌ها وظایف مفید متعددی علاوه‌بر مقاومت سایشی به‌‌عهده دارند،
یافتن چنین جایگزینی مسئله ساده‌ای نیست.

تیتانیوم یک کاندیدا برای جایگزینی است. تست‌‌های مکانیکی یک ترکیب آلی از
تیتانیوم مشخص کرد که وقتی این ترکیب به یک روغن موتور کاملا تنظیم شده اضافه
شود، مقاومت سایشی بسیار زیادی ایجاد می‌‌کند که نویدبخش استفاده کمتر از ZDDP
در روغن است. البته اینکه این ترکیب تیتانیوم چگونه کار می‌‌کند، سئوالی است که
هنوز آن روشن نیست. تست‌‌های آنالیز سطحی می‌‌تواند تیتانیوم را در سطح مسیر
سایش حس کند اما نه با دقتی که بتواند ماهیت شیمیایی آن را تشخیص دهد، یا مشخص
کند که آیا تیتانیم فقط روی سطح فلز نشسته یا به آن پیوند خورده است. محققان
برای روشن شدن این بخش از تجهیزات اشعه ایکس کم انرژی (soft X-ray) موجود در
مرکز ملی سینکروترون (NSLE) در بروک هاون استفاده کردند. این تجهیزات،
امکان‌شناسایی پیوندهای شیمیایی سطح و عمق نمونه‌ها را فراهم می‌کند و قدرت
تشخیص آن حداقل ۱۰ برابر بیشتر از تجهیزات متعارف موجود است.

این اندازه‌گیری‌ها نشان داد که بهبود در خاصیت ضد سایش، ناشی از اتصال شیمیایی
تیتانیم به سطح موتور و تشکیل یک لایه‌ی اکسیدی سخت از تیتانات فلز است.

هر چند هنوز باید تحقیقات بیشتر انجام شود، اما این نتایج حاکی از آن است که
تیتانیم می‌تواند نقش مهمی در آینده‌ی روغن موتورهای کم فسفر بازی‌کند.