FARKLI LIGANDLAR ILE KAPLANMIS GUMUS PARTIKUL TEMELLI KATISKILARIN TRIBOLOJIK PERFORMANSLARININ ARASTIRILMASI

Abstract

ABSTRACT

Chemical stabilization of nanoparticles is of great importance in terms of cooling-lubrication performance and increasing their penetration into the wear zone of colloidal suspensions. Particles are covered with different ligands to ensure chemical stabilization. Due to the high stabilization performance of the ligand used in the synthesis of the nanoparticle, the amount of wear can be minimized by increasing the penetration ability of the particles. In this study, tribological performance of silver nanoparticle-based additives coated with different ligands was investigated by the parameters of friction coefficient, weight loss and surface roughness. Moreover, the agglomeration behavior of nanoparticles was analyzed by chemical characterization of the suspensions. The silver nanoparticles obtained were reinforced to the mixture of ethylene glycol and extreme pressure additives and the tribological performance of the prepared EG + EP + AgNP mixture was investigated.

The study was carried out in two stages. Firstly, in order to determine the optimum EP ratio, the lubricants obtained by adding EP to EG fluid in different proportions were subjected to wear tests at the parameters of 20 N load and 40 rpm speed. In order to determine the optimum EP additive ratio, wear tests were carried out under dry, pure EG, EG + 5% EP, EG + 10% EP and EG + 15% EP conditions. The tribological performance of EG + EP fluids was analyzed by examining the friction coefficient, weight loss and surface roughness parameters. According to the results obtained from the wear tests, it was determined that EG + 5% EP reduced the friction coefficient and weight loss by ~ 28.7% and ~ 71.7%, respectively compared to ethylene glycol, and it was observed that it provided a good surface quality. It has been determined that EG + 10% EP and EG + 15% EP fluids are less effective on the friction coefficient, weight loss and surface roughness compared to EG + 5% EP. According to the analysis results, it was concluded that optimum results were obtained at 5% concentration.

In the second stage, 6 different liquids were prepared by mixing the AgNP additive in different proportions and coated with different ligands at the optimum ratio determined for the EP additive. Colloidal suspensions prepared by adding 2%, 5% and 8% rate nanosilver particles were used in the experiments and the optimum nanosilver concentration was determined. Wear tests were applied separately for gelatin and PVA coated nanosilver particles, thus the effect of different coating materials was also examined. The tribological performance of EG + EP + AgNP fluids was analyzed by examining the friction coefficient, weight loss and surface roughness parameters. According to the results obtained, the optimum concentration ratio for both coating materials was determined as 2%. Comparing the coating materials for the EG + 5% EP + 2% AgNP suspension, it was determined that the gelatin coated particles reduced the friction coefficient and wear volume by ~ 12.06% and ~ 53.36%, respectively, compared to the PVA coated particles. When SEM and 3D topography images were examined, it was seen that better surface morphology was obtained with gelatin coated particles. According to the analysis results, it was concluded that optimum results were obtained with the suspension prepared with gelatin coated nanosilver particles at a concentration of 2%.

ÖZET

Nanopartiküllerin kimyasal stabilizasyonu, kolloidal süspansiyonların soğutma-yağlama performansı ve aşınma bölgesine penetrasyonunun arttırılması açısından büyük önem taşımaktadır. Kimyasal stabilizasyonun sağlanması amacıyla partiküller farklı ligandlarla kaplanmaktadır. Nanopartikülün sentezlenmesinde kullanılan ligandın stabilizasyon performansının yüksek olması sayesinde, partiküllerin penetrasyonu kabiliyeti arttırılarak aşınma miktarı minimize edilebilmektedir. Bu çalışmada, farklı ligandlarla kaplanmış gümüş nanopartikül esaslı katkı maddelerinin tribolojik performansı, sürtünme katsayısı, ağırlık kaybı ve yüzey pürüzlülüğü parametreleri ile incelenmiştir. Ayrıca, süspansiyonların kimyasal karakterizasyonu ile nanopartiküllerin topaklanma davranışı analiz edilmiştir. Elde edilen gümüş nanopartikülleri, etilen glikol ve aşırı basınç katışkısı karışımına takviye edilmiş ve hazırlanan EG + EP + AgNP karışımının tribolojik performansı araştırılmıştır.

Çalışma iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Öncelikle optimum EP oranını belirlemek için EG sıvısına farklı oranlarda EP ilave edilerek elde edilen yağlayıcılar 20 N yük ve 40 rpm hız parametrelerinde aşınma testlerine tabi tutulmuştur. Optimum EP katkı oranını belirlemek için aşınma testleri kuru, saf EG, EG +% 5 EP, EG +% 10 EP ve EG +% 15 EP koşullarında gerçekleştirilmiştir. EG + EP sıvılarının tribolojik performansı sürtünme katsayısı, ağırlık kaybı ve yüzey pürüzlülüğü parametreleri incelenerek analiz edilmiştir. Aşınma testlerinden elde edilen sonuçlara göre EG + 5% EP’nin EG’ye kıyasla sürtünme katsayısı ve ağırlık kaybını sırasıyla ~%28,7 ve ~%71,7 oranında azalttığı belirlenmiş ve iyi bir yüzey kalitesi sağladığı görülmüştür. EG +%10 EP ve EG + %15 EP sıvılarının sürtünme katsayısı, ağırlık kaybı ve yüzey pürüzlülüğü üzerinde EG + %5 EP’ye kıyasla daha az etkili olduğu belirlenmiştir. Analiz sonuçlarına göre optimum sonuçların %5 konsantrasyonda elde edildiği sonucuna varılmıştır.

İkinci aşamada, farklı oranlarda ve farklı ligandlarla kaplanmış AgNP katkısı, EP katkısı için belirlenen optimum oranda karıştırılarak 6 farklı sıvı hazırlanmıştır. Deneylerde %2, %5 ve %8 oranlarında nanogümüş partikülleri eklenerek hazırlanan kolloidal süspansiyonlar kullanılmış ve optimum nano gümüş konsantrasyonu belirlenmiştir. Aşınma testleri, jelatin ve PVA kaplı nano gümüş parçacıklar için ayrı ayrı uygulanmış, böylece farklı kaplama malzemelerinin etkisi de incelenmiştir. EG + EP + AgNP sıvılarının tribolojik performansı sürtünme katsayısı, ağırlık kaybı ve yüzey pürüzlülüğü parametreleri incelenerek analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre her iki kaplama malzemesi için optimum konsantrasyon oranı 2% olarak belirlenmiştir. EG + %5 EP + %2 AgNP süspansiyonu için kaplama malzemeleri karşılaştırıldığında, jelatin kaplı partiküllerin PVA kaplı partiküllere kıyasla sürtünme katsayısı ve aşınma hacmini sırasıyla ~ %12,06 ve~ %53,36 oranında azalttığı belirlenmiştir. SEM ve 3D topoğrafya görüntüleri incelendiğinde jelatin kaplı partiküller ile daha iyi yüzey morfolojisi elde edildiği görülmüştür. Analiz sonuçlarına göre optimum sonuçların %2 konsantrasyonda jelatin kaplı nanogümüş partikülleri ile hazırlanan süspansiyon ile elde edildiği sonucuna varılmıştır..