Caratterizzazione tribologica di lubrificanti additivati con solfuri di molibdeno e tungsteno nanostrutturati in formato fullerenico e lamellare

La riduzione dell’attrito e della perdita di energia meccanica, unitamente ad una diminuzione dell’usura, è da sempre uno dei principali obiettivi dell’Ingegneria Meccanica e, in particolare, della ricerca nel settore tribologico. Proprio per questo motivo, negli ultimi vent’anni, si è assistito ad un forte incremento dell’interesse verso additivi di nuova generazione, in particolare su scala nanometrica. Questi ultimi, anche detti “colloidal sols”, hanno mostrato caratteristiche antiattrito ed antiusura e diversi studi sperimentali hanno messo in evidenza che in film sottili, le sospensioni colloidali penetrano nella zona di contatto formando un uno strato limite di spessore superiore a 1 o 2 volte le dimensioni delle particelle. Grande impulso alla ricerca scientifica in tale direzione è stato dato dalla scoperta del fullerene e dei nanotubi di carbonio che hanno mostrato caratteristiche meccaniche e chimico-fisiche particolarmente elevate.
Il fullerene è uno dei vari allotropi del carbonio (i più conosciuti allotropi del carbonio sono il diamante e la grafite oltre al carbonio amorfo e altre forme non ancora completamente definite da ricerche scientifiche); queste molecole, composte interamente di carbonio, prendono una forma simile a quella di una sfera vuota, di un ellissoide o di un tubolare. Nel 1992, Tenne e altri co-autori descrissero e sintetizzarono lo stesso tipo di strutture chiuse composte di metalli dicalcogeni, composti lamellari di formula MX_2 (M=Mo oppure W, X=S).Uno dei principali vantaggi di queste strutture è l’assenza di bordi di questi cristalli. Queste sono chiamate nanoparticelle inorganiche a struttura fullerenica, o IF-MS_2, e possono essere descritte come una serie di sfere cave con differenti diametri unita a formare una struttura a strati, detta anche multi-parete.
In questo lavoro di Tesi sono state descritte le potenzialità di alcuni nanoadditivi per oli lubrificanti con particolare riferimento per le nanoparticelle di materiali inorganici in formato fullerenico.
In particolare, sono state analizzati i punti di forza di nanoparticelle di solfuri confrontandoli con i benefici e i problemi degli additivi per lubrificanti in formato lamellare (in particolare polveri di bisolfuro di molibdeno e bisolfuro di tungsteno) che già da anni vengono adoperati con funzioni di friction reducer. L’analisi, condotta per via sperimentale e particolarizzata ai regimi limiti e misti, è stata effettuata nel laboratorio 6 del Dipartimento di Ingegneria Meccanica (Università degli Studi di Salerno) ed è stata finalizzata alla misura di attrito per contatti estesi di tipo flat pin-on-disc. Le prove sono state effettuate al variare della temperatura del bagno di olio e del carico normale applicato; il campo di velocità è stato coperto eseguendo test con una rampa fino a 800 rpm, permettendo una velocità relativa da 0.01 m/s fino al valore massimo di 2.0 m/s. I rilievi sperimentali hanno riguardato sia gli oli lubrificanti minerali base, sia gli oli lubrificanti minerali nanoadditivati con particelle di bisolfuro di molibdeno in formato lamellare, bisolfuro di tungsteno in formato fullerene, IF-WS_2, ed, infine, bisolfuro di tungsteno sintetizzato in oleilammina, quest’ultimo ottenuto presso i laboratori del gruppo di Chimica Industriale e Tecnologica del Centro Interdipartimentale Nano_mates dell’Università degli Studi di Salerno. Le dimensioni caratteristiche delle particelle analizzate sono mediamente pari a 50 nm e le miscele sono state ottenute disperdendo le nanopolveri in concentrazioni pari a 0.5, 1.0 e 1.5%w.t., mentre per questo riguarda il WS_2 sintetizzato in oleilammina, la miscela è composta dallo 0.4% w.t. di WS_2 e lo 0.6% w.t. di oleilammina.