Bilgisayar modellemesi ile yağlayıcıların, moleküler karakterizasyonu ve tasarımı
Bu tür davranışları tespit etmek için Fraunhofer IWM, MikroTriboloji Merkezi μTC, atomistik yöntemler kullanılarak yağlayıcı özelliklerini hesaplanabilir hale getirebilmeyi başardı. Yakın zamanda ise Physical Review Letters dergisinde esas parametrelerden biri olan yağlayıcı viskozitesinin, basınç bağımlılığı arasındaki önemli bulgularını paylaştılar.
Yeni bir yağlama maddesi geliştirmek veya mevcut bir yağlayıcıyı geliştirmek için, yağlayıcının davranışını tam olarak anlamak önemlidir: basınç, sıcaklık, kesme hızı ve viskozite önemli parametrelerdir.
Fraunhofer Malzeme Mekaniği IWM Çok Ölçekli Modelleme ve Tribosimülasyon bölümü üyesi Dr. Kerstin Falk, “Yağlayıcı filmi deneysel olarak ölçmek çok zordur, çünkü bunun için gerekli koşullar nadiren kontrollü bir şekilde ayarlanabilir. Bazı bölgelerde, örneğin, yüksek bir basınç olan Giga-Pascal aralığındaki basıncın bölgesel olarak oluştuğu görülür” diyor.
Simülasyonlar, deneylerin zor olduğu yerlerde yardımcı olabilir.
Şimdiye kadar, yüksek basınçta yağlayıcı davranışı için tahminler çoğunlukla, normal bir basınç aralığında deneylerin sonuçlarını tahmin ederek elde edilmiştir. Ne yazık ki bu yaklaşım, yağlanmış sürtünme temaslarında bölgesel olarak meydana gelen aşırı yüksek basınçlarda başarısız olmaktadır.
Yüksek basınçta hassas viskozite hesaplamaları.
Atomistik moleküler dinamik simülasyonları kullanarak, fizik kontrollü, keyfi olarak ayarlanabilir basınç ve sıcaklık koşulları altında viskozite gibi yağlayıcı özellikleri tahmin edebilir. Kerstin Falk, “700 Mega-Paskal'a kadar olan basınçlarda çeşitli model yağlayıcıların viskozitesini hesaplamada çok başarılı olduk. Model yağlarımız basit doğrusal veya dallı *alkanlardan oluşuyordu. *Alkanlar veya parafinler, birçok yaygın yağlayıcı ve yakıtın temel bileşenleri olan çok kararlı karbon ve hidrojen zincirleridir.
Moleküler özellikleri ile karakterize edilen yağlayıcılar.
Ancak Falk'ın asıl amacı, daha önce mümkün olandan daha pratik bir tahmin modeli elde etmekti. Karmaşık moleküler dinamik simülasyonları yapmak zorunda kalmadan tribo boşluğundaki belirli koşullar için viskozite değeri hesaplamalarına izin vermelidir. Bu amaçla, Dr. Kerstin Falk ve meslektaşları Dr. Daniele Savio ve Prof. Michael Moseler, neredeyse bir 'sanal süper büyüteç' gibi, yağlayıcı moleküllerin mikroskopik yapısı ve dinamikleri hakkında içgörü sağlayan atomistik simülasyonları kullandılar.
Bu şekilde ekip, bir yağlayıcının hangi üç moleküler özelliğinin viskozitesini önemli ölçüde belirlediğini keşfetti: Moleküler kesit alanları, zincir esnekliği ve tek tek moleküller arasındaki mesafe.
Bu özellikler belirlendiğinde, bir yağlayıcının viskozitesi, çok çeşitli koşullar altında kolay ve doğru bir şekilde hesaplanabilir. Dr. Falk, 'Ek olarak, bu simülasyon yöntemini kullanarak, bazı tribolojik stresler için doğru molekülleri de bulabiliriz' diyor. Prof. Michael Moseler ise “Ve bileşen yüzeyleri ile yağlayıcı etkileşiminin ek kuantum kimyasal simülasyonları ile birlikte, müşterilerimize belirli bir uygulama için uygun bir yağlayıcı önerebiliriz” diyor.
Gelecekte, bu yeni sonuçlar aynı zamanda çok yüksek hızlarda ve dolayısıyla yüksek kesme hızlarında yağlayıcı davranışını araştırmak için bir temel oluşturacaktır. Ayrıca, yağlayıcıların sadece birkaç molekül çapındaki çok dar sürtünme boşluklarında davranış biçimleri de incelenecektir. Dr. Kerstin Falk ve meslektaşları, çevreye uyumlu uygulamalar için su bazlı yağlayıcıları gibi yeni yağlayıcıları da kendi yöntemleri ile karakterize edebilirler.
Haber resimi: Viskozitesi, yüksek basınç ve yüksek sıcaklık koşullarında (solda) moleküler dinamik simülasyonu ile hesaplanan alkan molekülleri ve gerekli moleküler yapı özellikleri.