Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn đến khả năng hồi phục bề mặt chi tiết bị mòn

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM
LƯỢNG PHỤ GIA NANO TiN TRONG DẦU BÔI TRƠN
ĐẾN KHẢ NĂNG HỒI PHỤC BỀ MẶT CHI TIẾT BỊ MÒN
EXPERIMENTAL RESEARCH ON EFFECT OF NANO‐TiN
ADDITIVES CONTENT IN LUBRICATION OIL TO THE
SELF-REPAIRING OF SURFACE ELEMENTS
Nguyễn Đình Cương, Đỗ Công Đạt
Email:
Trường Đại học Sao Đỏ
Ngày nhận bài: 8/6/2018
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 23/9/2018
Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2018

Tóm tắt
Với sự phát triển của công nghệ nano, vật liệu nano đã được sử dụng rộng rãi trong dầu bôi trơn. Bổ
sung hàm lượng 0,5% phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn, sử dụng thiết bị bốn bi MRS-10A, thí nghiệm
với điều kiện vận tốc khác nhau. Thông qua máy đo đường kính vết mòn, kính hiển vi đồng tiêu (LCSM)
và máy phổ tán sắc năng lượng (EDX) phân tích khả năng giảm ma sát mài mòn và tự hồi phục bề mặt
chi tiết. Dựa trên cơ sở kết quả thí nghiệm, tiếp tục khảo sát hàm lượng chất phụ gia nano TiN trên động
cơ diesel trong thời gian 30 phút với các tốc độ khác nhau để đánh giá mức độ giảm công ma sát dẫn
đến giảm nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ, công suất động cơ tăng, chi phí nhiên liệu giảm, tiết kiệm tài
nguyên và kéo dài tuổi thọ của động cơ.
Từ khóa: Vật liệu nano; tự hồi phục; chất phụ gia nano TiN; động cơ diesel.
Abstract
With the development of nanotechnology, nano lubricating materials have been widely used as
lubricating additive in lubricant. Experimental results indicate that the amount of 0.5% TiN in lubricants.
The tribological behavior of TiN nanoparticle as lubricating additives was studied in MRS-10A fourball frictional apparatus. Experiments were established with different velocity conditions. The frictional
wear behavior and self-repair characteristic was analyzed by using Grinding Spot measurement system,
Laser Scanning Confocal Microscope (LCSM) and EDX measurement instruments. The derived results

are used to survey the content of TiN nano additives in diesel engine for 30 minutes with different speeds
to evaluate the frictional reduction lower lubricant temperature, incrising power of the engine, reducing
specific fuel costs thereby able to enhance life cycle of engine and more energy-saving compared to
normal lubricants.
Keywords: Nano materials; self-repairing; TiN nano additive; diesel engine.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1. Phân bố công suất trong ô tô

Trong quá trình chuyển động, ma sát mài mòn là
một hiện tượng luôn tồn tại trong các thiết bị máy
móc. Ở các quốc gia như Mỹ, Anh, Đức và các
nước phát triển khác, hằng năm ma sát hao mòn
gây thiệt hại cho tổng sản phẩm quốc dân (GNP)
chiếm 2÷7% [1]. Các điều tra đã phân tích và kết
luận, khi ứng dụng những nghiên cứu chống ma
sát mài mòn sẽ làm giảm thiệt hại GNP từ 1,0%
đến 5,6% [2].

Theo Priest M [3], phân bố công suất cho các hệ
thống, các cặp ma sát của xe ô tô hạng trung:
Tổng năng lượng sản sinh là 32 kW sẽ chi phí cho
bánh xe là 3,8 kW; ma sát do hệ thống cơ khí 4,9
kW, còn lại là chủ yếu do thất thoát nhiệt. Taylor C
M [4] đã nghiên cứu và chứng minh ma sát trong
động cơ được phân bố như sau: ma sát hao mòn
của các van cơ khí chiếm 12%; các ổ trục và ổ
lăn chiếm 32%; đặc biệt cụm piston-xecmăng và
xilanh hao mòn chiếm 56%. Học giả người Anh

Người phản biện: 1. PGS.TS. Nguyễn Doãn Ý
2. TS. Vũ Hoa Kỳ

56

Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018


LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Andersson BS [5] nghiên cứu xe khách loại nhỏ và
trung bình về phân bổ năng lượng sản sinh ra từ
khi đốt cháy nhiên liệu: 12% chi phí để xe chuyển
động; 15% hao tổn để khắc phục ma sát. Dựa
vào số liệu của học giả Anh phân tích, nếu giảm
ma sát 20% thì sẽ tiết kiệm lượng tiêu hao nhiên
liệu là 3%.
Học giả Nhật Bản Nakasa [6] nghiên cứu về phân
bố tổn thất ma sát các cặp ma sát trong động cơ
hạng trung (dưới 1200cc). Tỷ lệ được phân như
sau: cơ cấu truyền động là 11,5%; ổ lăn: 5,0%;
các loại van 6,0%; ổ trục: 11,5%; xecmăng 19,0%;
phần váy piston: 47,0%.
1.2. Các nghiên cứu phụ gia nano trong dầu
bôi trơn
Một số quốc gia: Nhật Bản, Mỹ, Nga, Trung
Quốc… đặc biệt coi trọng nghiên cứu chất phụ gia
nano tự hồi phục. Chất phụ gia tự hồi phục này
được áp dụng ở lĩnh vực quân sự như: trên máy
bay, chiến hạm, trên ô tô làm giảm ma sát, mòn,
tiết kiệm nhiên liệu, tăng tuổi thọ, ngoài ra còn

giảm được tiếng ồn [7]. Đặc biệt được ứng dụng
nhiều cho các cặp ma sát của thiết bị máy trong
nhà máy hạt nhân, các hầm mỏ có chất phóng xạ,
trạm NaSa [8].
Nhật Bản rất quan tâm nghiên cứu ứng dụng chất
phụ gia nano tự hồi phục trên ô tô, tập trung ứng
dụng vào động cơ ô tô và bộ phận chuyển động
của ô tô [9]. Ở Mỹ, Christopher DellaCorte [10]
nghiên cứu hỗn hợp phụ gia nano Ag/BaF2-CaF2
tự hồi phục hao mòn bề mặt ma sát. Nghiên cứu
phát hiện chất phụ gia nano này không những đã
tự hồi phục mài mòn của cặp chi tiết ma sát mà
còn hình thành lớp kim loại bảo vệ bề mặt ma sát
chống mài mòn. Re’KinVe và các tác giả khác [11]

ứng dụng chất phụ gia nano đá kim cương trên
động cơ ô tô. Kết quả nghiên cứu là hệ số ma sát
giảm 20%, chất phụ gia nano làm cải thiện tính
chất dầu bôi trơn, đồng thời làm giảm tiếng ồn,
giảm chất phát thải. Nhóm tác giả G.V. Vinogradov
[12] nghiên cứu chất phụ gia nano lưu huỳnh trong
dầu bôi trơn, thí nghiệm trên máy bốn bi. Kết quả
thí nghiệm thấy rõ, dầu bôi trơn có phụ gia nano,
vết mòn trên bề mặt của bi nhỏ, độ nhám trên bề
mặt giảm đáng kể. A.Neville [13] nghiên cứu cho
rằng bề mặt ma sát và chất phụ gia tương thích
trong dầu bôi trơn làm giảm ma sát mài mòn.
Hernández Battez [14] nghiên cứu ba chất phụ
gia nano CuO，ZrO2 và ZnO và so sánh khả năng
giảm ma sát và mài mòn. Rashmi [15] nghiên

cứu chất phụ gia nano MoS2 về khả năng giảm
ma sát mài mòn. Nghiên cứu thấy rằng, chất phụ
gia này có khả năng giảm ma sát và mài mòn rất
tốt. Rapoport [16] nghiên cứu chất phụ gia WS2
trong dầu bôi trơn nguyên chất, kết quả cũng thấy
rằng, có phụ gia sẽ chống được mài mòn và giảm
ma sát.
Nano TiN là hợp chất có các tính chất: dẫn nhiệt
tốt, ít chịu tác dụng hóa học, dễ khuếch tán vào bề
mặt kim loại làm cho bề mặt bóng, chịu mài mòn,
độ cứng lớn nhưng vẫn giữ độ dẻo tốt, ít nứt gãy.
Từ những tính chất đặc biệt của TiN, do vậy bài
viết nghiên cứu chất phụ gia nano TiN trong dầu
bôi trơn động cơ diesel (CF4-15W/40), thí nghiệm
trên máy bốn bi. Để đánh giá tính năng ma sát,
chống mài mòn và khả năng phục hồi mài mòn bề
mặt chi tiết. Qua thí nghiệm trên máy bốn bi, lựa
chọn được hàm lượng tốt nhất chất phụ gia nano
TiN trong dầu bôi trơn để tiếp tục khảo nghiệm
trên động cơ diesel để đánh giá giảm công ma sát
của động cơ.

1.3. Quy trình thí nghiệm
Bảng 1. Sơ đồ quy trình thực nghiệm

Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 57


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
2. THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY 4 BI

2.1. Pha chế phụ gia
Phụ gia trong dầu bôi trơn bao gồm: hàm lượng
nano TiN (độ hạt là 20 nm) và hàm lượng chất
phân tán - Polyethylene glycol (trọng lượng phân
tử  PEG-200) với tỷ lệ 1:2 và cùng bổ sung vào
bôi trơn của động cơ diesel (CF-4 15W/40). Sau
đó đặt cốc dầu hỗn hợp đã pha chế vào máy phát
sóng siêu âm trong thời gian 30 phút, chất phụ gia
sẽ phân tán trong dầu bôi trơn như hình 1.

Hình 1. Phân tán chất phụ gia nano trong
dầu bôi trơn
2.2. Thiết bị thí nghiệm

bốn bi theo hình 2. Viên bi phía trên được kẹp
chặt bởi kẹp bi (4) và có chuyển động quay. Ba
viên bi ở dưới được cố định bởi mối ghép đai ốc
ren ngoài (5). Khi viên bi (1) quay sẽ tiếp xúc ma
sát với ba viên bi cố định phía dưới. Khi có chuyển
động ma sát, ba viên bi phía dưới bị mài mòn biên
dạng (vết mòn) là hình tròn.
2.3. Thông số và phương pháp phân tích
Theo tiêu chuẩn SH-T0762-2005 với điều kiện thí
nghiệm: tải trọng 392 N, tốc độ 600 vg/ph và nhiệt
độ dầu bôi trơn là 75oC, thí nghiệm với phụ gia
nano trong dầu bôi trơn đã pha như mục 2.1, với
thời gian là 60 phút.
Dùng máy đo biên dạng mài mòn của ba viên bi cố
định phía dưới, sau đó tính trung bình đường kính
vết mài mòn để đánh giá độ mòn trong quá trình

ma sát. Đồng thời, sử dụng thiết bị kính hiển vi
đồng tiêu LCSM và máy phổ tán sắc năng lượng
EDX phân tích thành phần hóa học trên vết mài
mòn của viên bi. Kết quả phân tích thành phần
hóa học của bề mặt viên bi bị mài mòn sẽ đánh
giá được khả năng tự hồi phục hao mòn của phụ
gia nano TiN.
2.4. Kết quả thí nghiệm với máy bốn bi
2.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng đến ma sát
và mài mòn
2.4.1.1. Hệ số ma sát và vết mòn

a) Nguyên lý bốn viên bi

Hình 3. Ảnh hưởng của hàm lượng TiN đến ma
sát và mòn
b) Kẹp bi

c) Cố định ba viên bi

Hình 2. Nguyên lý và cấu tạo của ma sát bốn bi
1-Viên bi đỉnh; 2-Ba viên bi phía dưới; 3-Mối
ghép kẹp ba viên bi; 4-Kẹp bi;
5-Đai ốc ren ngoài.
Dùng máy thí nghiệm ma sát bốn bi MRS-10A,
đường kính viên bi thí nghiệm là 12,7 mm, độ
cứng HRC: 64-66. Nguyên lý làm việc của máy
58

Hàm lượng của chất phụ gia nano ảnh hưởng rất

nhiều đến tính chất của dầu bôi trơn. Nếu hàm
lượng chất phụ gia quá giới hạn trong dầu bôi trơn
thì nano dễ dàng liên kết với nhau thành những
hạt lớn hơn tạo thành các tạp chất trong dầu bôi
trơn. Nhưng nếu hàm lượng quá ít thì chất phụ gia
không đủ làm cải thiện tính chất của dầu bôi trơn.
Do vậy, nhất thiết phải có một hàm lượng tốt nhất
chất phụ gia trong dầu bôi trơn mới cải thiện tính

Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018


LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
chất dầu bôi trơn, sẽ làm giảm ma sát, mài mòn
cặp chi tiết.
Với điều kiện thí nghiệm theo tiêu chuẩn, thí
nghiệm với hàm lượng nano TiN trong dầu bôi
trơn từ 0.0% đến 1,0%, kết quả thí nghiệm thấy
rằng, phụ gia nano đã cải thiện tính chất của dầu
bôi trơn (hình 3). Với hàm lượng nhỏ 0,25% nano
TiN trong dầu bôi trơn cũng đã làm giảm hệ số ma
sát và đường kính vết mòn của viên bi (bảng 2).
Khi bổ sung hàm lượng chất phụ gia nano TiN là
0,5%, hệ số ma sát và đường kính vết mòn đạt giá

trị nhỏ nhất. Hệ số ma sát là 0,0667, so với hệ số
ma sát của dầu bôi trơn nguyên chất giảm 19,8%.
Đường kính vết mòn là 0,345 mm, giảm 14,2% so
với dầu bôi trơn gốc. Khi hàm lượng chất phụ gia
nano trong dầu bôi trơn là 0,75%, hệ số ma sát

và đường kính vết mòn tăng dần. Nguyên nhân
có thể do hàm lượng quá 0,5%, những hạt nano
TiN trong dầu bôi trơn liên kết cục bộ với nhau
trở thành hạt lớn hơn, một phần sẽ lắng đọng. Do
vậy, khả năng chống ma sát và mài mòn của chất
phụ gia nano ít hiệu quả.

Bảng 2. Hàm lượng phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn ảnh hưởng đến ma sát, mòn
Hàm lượng chất phụ gia (%)

Hệ số ma sát
Đường kính vết mòn (mm)

0,0

0,25

0,5

0,75

1,0

0,0832

0,0805

0,0667

0,0780

0,0800

0,402

0,348

0,345

0,383

0,397

2.4.1.2. Tự hồi phục mài mòn của chất phụ gia
a. Dầu bôi trơn CF4-15W/40
Với điều tiêu chuẩn, từ hình 4 có thể quan sát
thấy, khi sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, vết
mòn có nhiều nhấp nhô cao, độ sâu xước rất rõ
nét trên bề mặt ma sát, toàn bề mặt tương đối xù
xì. Vết cào xước rõ nét và hầu hết trên toàn bộ bề
mặt vết mài mòn (hình 4a, 4b). Độ lệch trung bình
của profin hình học bề mặt Ra = 1887 nm (hình
4c). Dùng máy phổ tán sắc năng lượng (EDX)
phân tích thành phần hóa học trên bề mặt ma sát
(hình 4d), thấy tồn tại chủ yếu các thành phần các
nguyên tố hóa học của viên bi là Fe, Cr và S.
b. Hàm lượng 0,5% chất phụ gia nano TiN
Với điều kiện tiêu chuẩn, khi thí nghiệm hàm
lượng 0,5% của chất phụ gia nano TiN trong dầu
bôi trơn, quan sát bề mặt vết mòn (LCSM) và phân

tích thành phần hóa học (EDX) trên vết mòn được
thể hiện trên hình 5. Từ hình vẽ có thể quan sát
thấy, bề mặt vết mòn khi dùng chất phụ gia nano
TiN trong dầu bôi trơn so với dùng dầu bôi trơn
nguyên chất có rất ít nhấp nhô, bề mặt tương đối
bằng phẳng, vết cầy xước không sâu, không rõ
nét. Vết xước chỉ tập trung chủ yếu ở phần trung
tâm vết mòn (hình 5a; 5b). Độ lệch trung bình của
profin hình học bề mặt Ra = 957 nm (hình 5c).
Dùng EDX phân tích thành phần hóa học trên bề
mặt vết mòn có tồn tại các nguyên tố hóa học Fe,
Ti và Cr. Trong đó, nguyên tố Fe, Cr thành phần
hóa học của chi tiết ma sát (viên bi), nguyên tố
Ti là từ chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn.
Nguyên tố Ti tồn tại trên bề mặt vết mòn có trị số là
1,12%. Do vậy có thể kết luận rằng, chất phụ gia

nano TiN trong dầu bôi trơn đã bổ sung, khuếch
tán vào vết mòn nên bề mặt ma sát giảm độ nhấp
nhô bề mặt chi tiết.
2.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ đến ma sát và
mài mòn
Hàm lượng 0,5% nano TiN trong dầu bôi trơn có
khả năng giảm ma sát và chống mài mòn tốt nhất
tại điều kiện tiêu chuẩn. Nhưng trên thực tế, các
cặp ma sát luôn làm việc trong điều kiện vận tốc
khác nhau. Do vậy, để chứng minh hàm lượng
0,5% nano TiN trong dầu bôi trơn có khả năng
giảm ma sát mài mòn trong điều kiện vận tốc thay
đổi. Nhóm nghiên cứu tiếp tục thí nghiệm với điều

kiện vận tốc trong khoảng 400 vg/ph đến 1600
vg/ph, còn các điều kiện khác giữ nguyên điều kiện
tiêu chuẩn.
Từ bảng 3, cho thấy bất luận tại điều kiện vận
tốc thấp hay cao, chất phụ gia nano TiN trong
dầu bôi trơn đều giảm ma sát và mài mòn so với
dầu bôi trơn gốc. Với vận tốc từ 400 vg/ph đến
1400 vg/ph, khi sử dụng chất nano phụ gia nano
TiN, hệ số ma sát giảm 12,1%, đường kính vết
mòn giảm 11,0% so với sử dụng dầu bôi trơn
nguyên chất. Đặc biệt khi ở điều kiện vận tốc 1600
vg/ph, khi sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, cặp
ma sát phát ra tiếng “rít, két” kim loại nghe rất chói
tai (kẹt bi), sau đó máy bốn bi tự động dừng hoạt
động. Nhưng khi sử dụng chất phụ gia nano TiN
trong dầu bôi trơn, cặp ma sát không phát ra tiếng
kêu, máy bốn bi hoạt động bình thường. Như vậy
có thể khẳng định, khi có phụ gia nano TiN với
hàm lượng 0,5% trong dầu bôi trơn đã cải thiện
tính năng của dầu bôi trơn gốc.

Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 59


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

a) Toàn bộ đường kính vết mòn

c) Trung tâm vết mòn (hình 3D)

b) Vết mòn tại trung tâm

d) EDX phân tích thành phần hóa học

Hình 4. Dùng thiết bị LCSM và EDX quan sát và phân tích vết mòn khi dùng dầu bôi trơn gốc

a) Toàn bộ đường kính vết mòn

b) Vết mòn tại trung tâm

c) Trung tâm vết mòn (hình 3D)
d) EDX phân tích thành phần hóa học
Hình 5. Dùng thiết bị LCSM và EDX quan sát và phân tích vết mòn khi dùng hàm lượng 0,5%
phụ gia nano TiN
60

Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018


LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Bảng 3. Ảnh hưởng của vận tốc đến khả năng giảm ma sát, mòn
(Thí nghiệm với điều kiện: Hàm lượng nanoTiN = 0,5%; t = 60 ph; PB = 392 N; nhiệt độ: 75˚C)
Đường kính vết mòn (D/mm)
Vận tốc (vg/ph)

Hệ số ma sát (μ)

Chất phụ gia nano

Dầu bôi trơn gốc

Chất phụ gia

Dầu bôi trơn gốc

TiN

CF4-15W/40

nano TiN

CF4-15W/40

400

0,318

0,342

0,0616

0,0651

600

0,345

0,402

0,0667

0,0832

800

0,380

0,417

0,0765

0,0867

1000

0,413

0,432

0,0824

0,0890

1200

0,419

0,463

0,0736

0,0829

1400

0,422

0,516

0,0702

0,0826

1600

0,431

kẹt bi

0,0693

kẹt bi

3. THÍ NGHIỆM HÀM LƯỢNG CHẤT PHỤ GIA
NANO TiN ĐẾN ĐỘNG CƠ
3.1. Lịch sử nghiên cứu
Wang Dongai cùng các tác giả khác [17] thí
nghiệm với chất phụ gia nano đá kim cương có
kích thước 3÷6 nm. Kết quả thí nghiệm cho thấy:
với hàm lượng 0,01% trong dầu bôi trơn đã cải

thiện chất lượng dầu bôi trơn, tự hồi phục hao
mòn các cặp ma sát dẫn đến áp suất xilanh động
cơ tăng lên 28,9% làm tăng công suất động cơ là
4,2% và giảm lượng khí thải độc hại như HC là
60%, NOx là 20,5%. Shi Pei-jing [18] đã thí nghiệm
trên động cơ với chất phụ gia nano đồng kết hợp
với nano đất hiếm pha vào trong dầu bôi trơn
động cơ và dầu bôi trơn. Kết quả thí nghiệm thấy
rằng, sử dụng chất phụ gia nano trong dầu bôi
trơn đã giảm công ma sát dẫn đến tăng công suất
động cơ và mômen xoắn là 3,0% và 4,3%, chi phí
nhiên liệu giảm 3,5%. Khi thí nghiệm với thời gian
300 h, dùng phương pháp phân tích hàm lượng
kim loại trong dầu bôi trơn. Kết quả thí nghiệm:
Khi động cơ dùng dầu bôi trơn có chất phụ gia
nano thì lượng kim loại Fe, Cr, Mn, Al… ít hơn rất
nhiều so với động cơ dùng dầu nguyên chất.
3.2. Thiết bị và thông số thí nghiệm
3.2.1. Thiết bị thí nghiệm
Thí nghiệm với hai động cơ diesel (4JB1), động
cơ có bốn xilanh (4.3l). Trạng thái kỹ thuật tương
đương nhau và cả hai động cơ đã hoạt động được
5000 giờ. Dùng hệ thống thí nghiệm là ET2000.
3.2.2. Thông số thí nghiệm
Khảo sát với dải tốc độ động cơ: 1200 vg/ph, 1500
vg/ph, 1800 vg/ph, 2100 vg/ph, 2300 vg/ph, 2500

vg/ph, 2700 vg/ph. Thời gian mỗi lần thí nghiệm
60 phút. Thông qua phần mềm chuyên dụng: cứ
2 s các thông số sẽ được lưu lại bộ nhớ máy tính.

Thí nghiệm với hai động cơ: Một động cơ sử dụng
dầu bôi trơn pha chế phụ gia nano TiN, hàm lượng
0,5%. Động cơ khác sử dụng dầu bôi trơn gốc
CF4-15W/40. Các thông số thí nghiệm: công suất
động cơ, mômen xoắn, chi phí nhiên liệu riêng.
Sau đó đánh giá mức độ tăng công suất động cơ,
mômen xoắn và giảm chi phí nhiên liệu riêng khi
sử dụng dầu bôi trơn có chất phụ gia nano TiN.
3.3. Kết quả thí nghiệm
3.3.1. Công suất động cơ, mômen xoắn và chi
phí nhiên liệu
Từ hình 6, có thể qua sát thấy: Động cơ khi sử
dụng dầu bôi trơn có thêm chất phụ gia nano TiN,
công suất và mômen xoắn tăng lên rất rõ rệt (hình
6a, b). Đồng thời chi phí nhiên liệu riêng giảm đáng
kể (hình 6c). Với tốc độ 1200 vg/ph, khi động cơ
sử dụng dầu bôi trơn có chất phụ gia nano TiN so
với động cơ dùng dầu bôi trơn nguyên chất, công
suất động cơ và mômen xoắn tăng nhiều nhất lần
lượt tăng là: 27,40% và 27,32%, còn chi phí nhiên
liệu riêng giảm là 21,24%. Nhưng ở tốc độ 2100
vg/ph, công suất động cơ và mômen xoắn tăng
ít nhất nhất lần lượt tăng là: 12,33% và 12,34%,
chi phí nhiên liệu riêng giảm 10,65%. Với dải tốc
độ khảo sát, khi sử dụng dầu bôi trơn có phụ gia
nano TiN, công suất và mômen xắn tăng trung
bình lần lượt là 18,21%và 18,22%. Chi phí nhiên
liệu riêng giảm 14,11%. Có thể quan sát thấy (hình
6c), khi động cơ sử dụng dầu bôi trơn có phụ gia
nano ở điều kiện tốc độ thấp, chi phí nhiên liệu

riêng giảm nhiều nhất so với động cơ sử dụng dầu
bôi trơn nguyên chất.

Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 61


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Dầu nguyên chất
Phụ gia nano TiN

n/r.min-1
a) Đồ thị công suất thay đổi theo tốc độ

tăng tính chất dầu bôi trơn dẫn đến giảm ma sát
của các chi tiết tiếp xúc và phục hồi bề mặt bị mòn.
Xét nhóm piston - xylanh động cơ (hình 7) thấy
rằng, khi động cơ mới sử dụng, bề mặt xylanh
tương đối nhẵn bóng (hình 7a), nhưng động cơ sử
dụng được 5000 giờ, quan sát thấy bề mặt xylanh
và xecmăng bị mòn (hình 7b). Khi khảo nghiệm,
động cơ sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, kết
quả công suất giảm và chi phí nhiên liệu riêng
tăng. Nhưng với động cơ sử dụng dầu bôi trơn có
phụ gia nano TiN, chất phụ gia nano TiN đã phục
hồi bề mặt bị mòn của xylanh, xecmăng, do vậy
buồng đốt động cơ kín khít hơn, ít bị lọt khí xuống
cacte (hình 7c) đồng thời, lớp hồi phục này cũng
làm giảm ma sát đáng kể. Do vậy, đây là một trong
những nguyên nhân để tăng công suất động cơ và

chi phí nhiên liệu riêng giảm.

Dầu nguyên chất
Phụ gia nano TiN

n/r.min-1
b) Đồ thị mômen xoắn thay đổi theo tốc độ

Dầu nguyên chất
Phụ gia nano TiN

n/r.min-1
c) Đồ thị chi phí nhiên liệu riêng thay đổi
theo tốc độ
Hình 6. Ảnh hưởng của tốc độ đến công suất
động cơ, mômen xoắn và chi phí nhiên liệu riêng
3.3.2. Phân tích nguyên nhân tăng công suất
và giảm chi phí nhiên liệu
Như đã phân tích ở trên, có thể đánh giá rằng:
chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn đã làm
62

Hình 7. Hình thành lớp hồi phục nhóm piston xylanh động cơ
4. KẾT LUẬN
Thí nghiệm trên máy bốn bi, với hàm lượng phụ
gia nano TiN 0,25÷1,00% trong dầu bôi trơn thấy
rằng: Chất phụ gia nano cải thiện tính chất của dầu
bôi trơn. Do vậy, hệ số ma sát của cặp ma sát giảm
và hao mòn cũng giảm. Đặc biệt hàm lượng phụ
gia là 0,5%, ma sát và mòn giảm nhiều nhất và bề

mặt mòn được hồi phục bằng phụ gia nano TiN.
Thí nghiệm trên động cơ diesel, khi động cơ sử
dụng dầu bôi trơn, hàm lượng phụ gia nano TiN là
0,5%, công ma sát của động cơ giảm, do vậy công
suất động cơ tăng và giảm chi phí nhiên liệu riêng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Dašic P, Franek F, Assenova E, et al. International
standardization and organizations in the field of
tribology [J]. Industrial Lubrication and Tribology,
2003, 55(6): 287-291.
[2]. Jost H P. Tribology Micro & Macro Economics: A Road to Economic Savings [J].
Tribology and Lubrication Technology, 2005,
61(10): 18.

Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018


LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
[3]. Priest M, Taylor C M. Automobile engine tribologyapproaching the surface [J]. Wear, 2000, 241:
193-203.
[4]. Taylor C M. Automobile engine tribology-design
considerations for efficiency and durability[J].
Wear, 1998, 221: 1-8.
[5]. Andersson BS. Company perspectives in vehicle
tribology-Volvo, 17th Leeds-Lyon Symposium
on Tribology-Vehicqle Tribology[C]. Tribology
series-18. Oxford-UK- Elsevier Ltd, 1991: 503-506.
[6]. Nakasa M. Engine friction overview. Proceedings
of International Tribology Conference Japan[C]:
Yokohama, 1995.

[7]. Ni jiDing. Yi geEr. Mechanical parts of  friction
surface and the  contact  surface  wear
protectionlayer generates  compensating  method
[J]. 1998,2002, (12):162.
[8]. NASA turns to universities for research in space
age materials [DB/OL]. News from Princeton
Julsep,2002. />q3/0920-nasa.htm
[9]. SatoshiM, Eiichi Y, Haruhisa K, et al. Selfrepairing mechanical system[A]. Part of the SPLE
Conference on Sensor Fusion and Decentralized
Control in Robotic Systems II[C]. Bellingham,
Washington, USA: Society of Photo-optical
Instrumentation Engineers, 1999: 202-213.
[10]. Christopher DellaCorte. The effect of counterface
on the tribological erformance of a high
temperature solid lubricant composite from 25
to 650℃[J]. Surface and Coatings Technology,
1996,(2): 486~492.

[11]. Re’Kin Ve. Lubricants with ultra-disperse
diamond-graphitepowder.
Chemistry
and
Technology of Fuels and Oils, 2004, 40(3):
164-170.
[12]. G.V. Vinogradov, O.E. Morozova. A study of the
wear of steel under heavy loads with lubricants
containing sulphur-based additives[J]. Wear,
1960(3): 297-308.
[13]. A. Neville, A. Morina, T. Haque, etc. CoMPatibility
between tribological urfaces and lubricant

additives-How friction and wear reduction can be
controlled by surface/lube synergies[J]. Tribology
International, 2007, (40): 1680-1695.
[14]. Hernández Battez A., González R., Viesca J. L., et
al. CuO, ZrO2 and ZnO nanoparticles as antiwear
additive in oil lubricants[J]. Wear, 2008, 265: 422-428.
[15]. Rashmi R. Sahoo, Sanjay K. Biswas. Deformation
and friction of MoS2 particles in liquid suspensions
used to lubricate sliding contact[J]. Thin Solid
Films, 2010, 518: 5995-6005.
[16]. L. Rapoport, V. Leshchinsky, I. Lapsker, et al.
Tribological properties of WS2 nanoparticles under
mixed lubrication[J]. Wear, 2003, 255: 785-793.
[17]. Wang Dongai, Liu Meihua, Zhang Shuda, JiDegang.
Research on Wear Mechanism for Modified
Nano-diamond Powder as Additives in Lubricating
Oils[J]. Lubrication Engineering, 2009, 34(7)  :
58-61.
[18]. Shi Pei-jing，Xu Yi. Preparation of Nanoparticles
Self-Repairing Additive and its Application in
Engines[J]. Chinese surface engineering in 2004
second (total sixty-fifth): 37-40.

Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 63