Instrumentação de um tribômetro com espectroscopia Raman para avaliação in situ da formação de filme lubrificante
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32062 |
Resumo: | Com a modernização da indústria, a demanda por lubrificantes mais sustentáveis cresceu exponencialmente em todo o mundo, devido aos seus aspectos renováveis e biodegradáveis. As propriedades dos lubrificantes são conferidas através da sua aditivação, porém, a maioria desses aditivos são compostos a base de enxofre e outros compostos que são tóxicos ao meio ambiente, nesse contexto, o uso de nanopartículas como aditivação alternativa ganhou espaço e se mostrou bem eficiente na redução de desgaste e atrito em contatos lubrificados. Todavia, a redução de desgaste em biolubrificantes nanoaditivados ocorre por meio de mecanismos que precisam ser explicados, o que leva a necessidade de técnicas de caracterização adequadas para tal. A espectroscopia Raman é uma técnica que se destaca na caracterização de sistemas tribomecânicos, devido a facilidade de se obter dados sem a preparação preliminar de amostras. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um espectrômetro Raman de baixo custo e a instrumentação do mesmo em um tribômetro pino sobre disco e uma câmera de alta velocidade, a fim de caracterizar a formação de filme lubrificante em sistemas lubrificados que agem sob movimento relativo. Adotou-se o regime de lubrificação limítrofe, com baixa velocidade e com variação de três cargas, 100 N, 150N e 200 N. A análise Raman foi realizada em cima da trilha de desgaste, o tribopar usado foi de aço SAE 1045 (Disco) e aço SAE 52100 (esfera), o lubrificante utilizado foi óleo de soja epoxidado puro e aditivado com nanopartículas de carbono amorfo polimérico nas concentrações de 0,05%, 0,1% e 0,2%. Após os ensaios tribológicos as a trilha de desgaste no disco foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e perfilometria. Os resultados mostram que o espectrômetro Raman desenvolvido é funcional. Para a concentração de 0,05% observou-se coeficientes de atrito característicos de super low-friction, que melhoram a lubrificação e diminuem o desgaste, para concentrações mais altas, as nanopartículas intensificam o efeito abrasivo devido a interação com a superfície, aglomeração com nanopartículas secundárias. |
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As propriedades dos lubrificantes são conferidas através da sua aditivação, porém, a maioria desses aditivos são compostos a base de enxofre e outros compostos que são tóxicos ao meio ambiente, nesse contexto, o uso de nanopartículas como aditivação alternativa ganhou espaço e se mostrou bem eficiente na redução de desgaste e atrito em contatos lubrificados. Todavia, a redução de desgaste em biolubrificantes nanoaditivados ocorre por meio de mecanismos que precisam ser explicados, o que leva a necessidade de técnicas de caracterização adequadas para tal. A espectroscopia Raman é uma técnica que se destaca na caracterização de sistemas tribomecânicos, devido a facilidade de se obter dados sem a preparação preliminar de amostras. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um espectrômetro Raman de baixo custo e a instrumentação do mesmo em um tribômetro pino sobre disco e uma câmera de alta velocidade, a fim de caracterizar a formação de filme lubrificante em sistemas lubrificados que agem sob movimento relativo. Adotou-se o regime de lubrificação limítrofe, com baixa velocidade e com variação de três cargas, 100 N, 150N e 200 N. A análise Raman foi realizada em cima da trilha de desgaste, o tribopar usado foi de aço SAE 1045 (Disco) e aço SAE 52100 (esfera), o lubrificante utilizado foi óleo de soja epoxidado puro e aditivado com nanopartículas de carbono amorfo polimérico nas concentrações de 0,05%, 0,1% e 0,2%. Após os ensaios tribológicos as a trilha de desgaste no disco foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e perfilometria. Os resultados mostram que o espectrômetro Raman desenvolvido é funcional. Para a concentração de 0,05% observou-se coeficientes de atrito característicos de super low-friction, que melhoram a lubrificação e diminuem o desgaste, para concentrações mais altas, as nanopartículas intensificam o efeito abrasivo devido a interação com a superfície, aglomeração com nanopartículas secundárias.With the industry's modernization, the demand for more sustainable lubricants has grown exponentially worldwide due to their renewable and biodegradable aspects. Lubricants' properties are conferred through their additives; however, most of these additives are compounds based on sulfur and other toxic compounds to the environment. In this context, the use of nanoparticles as an alternative additive has gained space and proved to be very efficient; however, wear reduction in nanoadditivated bio-lubricants occurs through mechanisms that need to be explained, which leads to the need for adequate characterization techniques for this. Raman spectroscopy is a technique that stands out in the characterization of tribomechanical systems due to the ease of obtaining data without preliminary sample preparation. This work aims to develop a low-cost Raman spectrometer and instrumentation in a pin-on-disk tribometer and a high-speed camera to characterize the formation of the lubricating film lubricated systems that act under relative motion. The tribological tests were carried out at boundary lubrication regime, with low speed, and at three loads, 100 N, 150N, and 200 N. Also, the Raman analysis was performed on the wear track during the tests every 10 minutes. The tribopar was made of SAE 1045 steel (Disc) and SAE 52100 steel (sphere). The lubricant used was pure epoxidized soybean oil and additive with polymeric amorphous carbon nanoparticles in concentrations of 0.05%, 0.1%, and 0.2%. After the tribological tests, the disc's wear track was evaluated by scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, and profilometry. The results show that the developed Raman spectrometer is functional. For the concentration of 0.05%, friction coefficients characteristic of super low-friction were observed, improving lubrication and decreasing wear. For higher concentrations, nanoparticles intensify the abrasive effect due to interaction with the surface and agglomeration with secondary nanoparticles.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICAUFRNBrasilTribologiaEspectroscopia RamanLubrificação limítrofeInstrumentação de um tribômetro com espectroscopia Raman para avaliação in situ da formação de filme lubrificanteInstrumentation of a raman spectroscopy tribometer for in situ evaluation of lubricant film formationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNTEXTInstrumentacaotribometroespectroscopia_AlmeidaJunior_2021.pdf.txtInstrumentacaotribometroespectroscopia_AlmeidaJunior_2021.pdf.txtExtracted texttext/plain186435https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/32062/2/Instrumentacaotribometroespectroscopia_AlmeidaJunior_2021.pdf.txt3b8b34abaafb52a7cccffff0e2a95699MD52THUMBNAILInstrumentacaotribometroespectroscopia_AlmeidaJunior_2021.pdf.jpgInstrumentacaotribometroespectroscopia_AlmeidaJunior_2021.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1296https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/32062/3/Instrumentacaotribometroespectroscopia_AlmeidaJunior_2021.pdf.jpg7ae8f7731d119b9b6ad67629cc21ff7cMD53ORIGINALInstrumentacaotribometroespectroscopia_AlmeidaJunior_2021.pdfapplication/pdf7629970https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/32062/1/Instrumentacaotribometroespectroscopia_AlmeidaJunior_2021.pdf2b35d2303866593bd88e43ab37e72788MD51123456789/320622021-04-11 06:05:17.869oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/32062Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2021-04-11T09:05:17Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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Com a modernização da indústria, a demanda por lubrificantes mais sustentáveis cresceu exponencialmente em todo o mundo, devido aos seus aspectos renováveis e biodegradáveis. As propriedades dos lubrificantes são conferidas através da sua aditivação, porém, a maioria desses aditivos são compostos a base de enxofre e outros compostos que são tóxicos ao meio ambiente, nesse contexto, o uso de nanopartículas como aditivação alternativa ganhou espaço e se mostrou bem eficiente na redução de desgaste e atrito em contatos lubrificados. Todavia, a redução de desgaste em biolubrificantes nanoaditivados ocorre por meio de mecanismos que precisam ser explicados, o que leva a necessidade de técnicas de caracterização adequadas para tal. A espectroscopia Raman é uma técnica que se destaca na caracterização de sistemas tribomecânicos, devido a facilidade de se obter dados sem a preparação preliminar de amostras. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um espectrômetro Raman de baixo custo e a instrumentação do mesmo em um tribômetro pino sobre disco e uma câmera de alta velocidade, a fim de caracterizar a formação de filme lubrificante em sistemas lubrificados que agem sob movimento relativo. Adotou-se o regime de lubrificação limítrofe, com baixa velocidade e com variação de três cargas, 100 N, 150N e 200 N. A análise Raman foi realizada em cima da trilha de desgaste, o tribopar usado foi de aço SAE 1045 (Disco) e aço SAE 52100 (esfera), o lubrificante utilizado foi óleo de soja epoxidado puro e aditivado com nanopartículas de carbono amorfo polimérico nas concentrações de 0,05%, 0,1% e 0,2%. Após os ensaios tribológicos as a trilha de desgaste no disco foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e perfilometria. Os resultados mostram que o espectrômetro Raman desenvolvido é funcional. Para a concentração de 0,05% observou-se coeficientes de atrito característicos de super low-friction, que melhoram a lubrificação e diminuem o desgaste, para concentrações mais altas, as nanopartículas intensificam o efeito abrasivo devido a interação com a superfície, aglomeração com nanopartículas secundárias. |
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