Études tribologiques, d'oxydation et de conductivité thermique de nanoparticules de bisulfure de molybdène (MoS2) synthétisées par micro-ondes sous forme de nano

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 14108 (2022) Citer cet article

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La lubrification est devenue essentielle pour améliorer l’efficacité des moteurs à l’ère d’une mondialisation rapide. Les propriétés tribologiques, d'oxydation et de conductivité thermique d'une huile moteur jouent un rôle essentiel dans l'amélioration de la qualité de vie du moteur d'un véhicule. Dans cette recherche, des nanoparticules de bisulfure de molybdène (MoS2) ont été synthétisées via un réacteur hydrothermique à micro-ondes. Plus tard, les nanoparticules ont été dispersées dans de l’huile moteur diesel SAE 20W50 pour formuler le nanolubrifiant. Les résultats montrent que le nanolubrifiant avec une concentration de MoS2 de 0,01 % en poids a montré un coefficient de friction et un diamètre moyen de cicatrice d'usure diminué de 19,24 % et 19,52 %, respectivement, par rapport à l'huile de base. De plus, le nanolubrifiant avec une concentration de 0,01 % en poids de nanoparticules de MoS2 a montré une amélioration de 61,15 % du temps d'induction d'oxydation par rapport à l'huile de base. De plus, l’ajout de MoS2 dans l’huile de base démontre une amélioration d’environ 10 % de la conductivité thermique par rapport à l’huile de base.

L’industrie automobile met l’accent sur les propriétés respectueuses de l’environnement, de qualité, de durabilité et d’efficacité énergétique. Par exemple, 79 % du carburant est dissipé en raison de la perte d’énergie dans un véhicule de tourisme conventionnel1. Les pertes d'énergie et les défaillances mécaniques sont principalement causées par la friction et l'usure. Le frottement et l’usure consomment environ un tiers de l’énergie mondiale prédominante, et plus de la moitié de l’énergie est due au frottement des équipements de transport2. Par ailleurs, les pièces usées représentent près des 4/5 des défaillances mécaniques3. La friction contribue également à des problèmes importants tels que la corrosion des surfaces et la pollution de l'environnement. Par conséquent, la réduction de la friction et de l’usure est essentielle pour prolonger la durée de vie des équipements mécaniques, améliorer le rendement énergétique et réduire les émissions.

La lubrification est l'un des moyens les plus fiables de réduire l'usure par friction, les économies d'énergie, la protection de l'environnement et la diminution du carbone4. De nombreuses solutions ont été utilisées pour réduire la friction et l’usure afin d’atteindre les objectifs d’économie d’énergie. L'amélioration du profil de texture des rainures dans des conditions de lubrification hydrodynamique peut augmenter la capacité de charge du film d'huile5. D’un autre côté, leurs propriétés tribologiques sont généralement causées par des conditions de frottement et sont sujettes à des défaillances dues à l’usure après une longue période de service. Puisqu’ils peuvent établir une couche de lubrification hydrodynamique ou élastohydrodynamique sur la surface de contact lors du glissement par friction, les lubrifiants liquides sont fréquemment utilisés dans l’industrie automobile6. Outre les huiles lubrifiantes, des liquides ioniques peuvent occasionnellement être utilisés comme lubrifiants liquides7. Pendant les phases de démarrage et d'arrêt des pièces mécaniques, ou lorsqu'un environnement de friction élevé se produit, les lubrifiants liquides ne peuvent pas établir une couche lubrifiante continue au milieu des surfaces de friction. Dans ce contexte, des phases de lubrification limite et de lubrification mixte se produisent, entraînant une augmentation des frottements et de l'usure. L'application d'additifs lubrifiants est la méthode la plus répandue pour réduire la friction et l'usure grâce à la lubrification limite8. Les phosphates organiques, les sulfures organiques et les composés organiques métalliques sont des additifs lubrifiants traditionnels dotés d'une forte stabilité de dispersion et de qualités tribologiques. En termes de toxicologie, la production de cendres sulfatées, de phosphore et de soufre (SAPS), qui peuvent produire une contamination de l’air telle que des pluies acides et un climat brumeux9 ainsi qu’une érosion chimique, sont des problèmes auxquels l’environnement est confronté à des degrés divers. Bien que d’autres additifs, notamment les liquides ioniques, possèdent de bonnes propriétés tribologiques, leur utilisation dans l’industrie est limitée par leur coût élevé et leur manque de respect de l’environnement10,11. Les nanolubrifiants utilisent des nanoparticules comme additifs lubrifiants dans le lubrifiant de base, dont le diamètre des particules est généralement compris entre 1 et 100 nm12. Des expériences in situ montrent que l'incorporation de nanolubrifiants dans des huiles de base ou des revêtements réduit considérablement la friction et l'usure tout en présentant également des propriétés tribologiques intrigantes. Cette étude vise à améliorer les qualités tribologiques de l’huile moteur diesel à l’aide de nano-additifs. Il s'agit de la première tentative de synthèse de nanoparticules de MoS2 par voie de synthèse micro-ondes pour une application tribologique. La synthèse de nanoparticules à l’aide d’une méthode avancée de synthèse par micro-ondes permet d’économiser du temps, de l’énergie et produit de meilleures propriétés tribologiques, d’oxydation et de conductivité thermique que la méthode hydrothermale traditionnelle13. Les paramètres physicochimiques des nanoparticules de MoS2 ont ensuite été déterminés et les nanoparticules ont été dispersées dans de l'huile moteur à base de diesel pour développer un nouveau nanolubrifiant. Ensuite, les caractéristiques tribologiques, oxydatives et thermiques ont été étudiées. L'objectif principal de cette étude est de créer des nanoparticules de MoS2 à l'aide de la technologie micro-ondes, qui présentent des propriétés tribologiques, d'oxydation et thermiques améliorées lorsqu'elles sont dispersées dans l'huile de moteur diesel. Cette recherche ouvrira la voie au développement de nouveaux nano-additifs MoS2 synthétisés par micro-ondes pour l’huile de moteur diesel.