Lubricating properties of oil-based solutions containing graphene as additive

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Main Author: Erhabor, Barnabas Omobude
Publication Date: 2024
Format: Master thesis
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/10316/118465
Summary: Dissertação de Mestrado Conjunto Europeu em Tribologia de Superfícies e Interfaces apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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spelling Lubricating properties of oil-based solutions containing graphene as additivePropriedades lubrificantes de soluções à base de óleo contendo Grafeno como aditivoTribologyGraphene nanoplateletsStribeck curveLubricating propertiesBlock- on-ringTribologiaNanoplacas de grafenoCurva de StribeckLubrificaçãoBloco sobre anelDissertação de Mestrado Conjunto Europeu em Tribologia de Superfícies e Interfaces apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaThe main aim of the present research work was to study the effect of graphene nanoplatelets as a nanoparticle additive in oil-based solutions (epoxidized soybean oil and polyalphaolefin 8 oil). The research involved varying the concentration of the graphene nanoplatelet additives (0.025 – 0.15) wt.% in the oils. Graphene has been shown to have a coefficient of friction as low as 0.004 which is lower than other materials used as lubricants. Block-on-ring test with parallel cylinders configuration having constant applied load of 30 N against steel-steel contacts in unidirectional sliding motion at different sliding velocities, so that the Stribeck curve can cover all the lubrication regimes, was used to perform the tribological experiments. The friction behaviour and the lubricating properties of the different lubricants at different lubrication regimes (boundary, mixed, elastohydrodynamic and hydrodynamic) were analysed using the Stribeck curve. From the results obtained, 0.08 wt.% of graphene in PAO 8 showed an excellent friction reduction compared to pure PAO 8 oil. Reichert wear/extreme pressure testing method was used to apprize the lubricant efficiencies under extreme pressure conditions (1.5, 1.9, 2.4) GPa. The effect of the graphene nanoplatelets in PAO 8 oil also resulted in the reduction of wear. There was a 25 % reduction in friction in the boundary lubrication regime when an optimum concentration of 0.08 wt.% of graphene nanoplatelets was used. Using epoxidized soybean oil without any additive, produced good friction and wear reduction values. However, the presence of graphene nanoplatelets in soybean oil increased both the friction and wear values. The results of this investigation may have implications for the use of graphene in industrial lubrication applications, potentially improving efficiency and reducing wear and tear on machinery.O principal objetivo do presente trabalho de pesquisa foi estudar o efeito das nanoplacas de grafeno como aditivo de nanopartículas em soluções à base de óleo (óleo de soja epoxidado e óleo de polialfaolefina 8). A pesquisa envolveu variar a concentração dos aditivos de nanopla-quetas de grafeno (0,025 – 0,15)% em peso nos óleos. Foi demonstrado que o grafeno tem um coeficiente de atrito tão baixo quanto 0,004, que é inferior ao de outros materiais usados como lubrificantes. Ensaio bloco sobre anel com configuração de cilindros paralelos com carga apli-cada constante de 30 N contra contatos aço-aço em movimento de deslizamento unidirecional em diferentes velocidades de deslizamento, de modo que a curva de Stribeck possa cobrir todos os regimes de lubrificação, foi utilizado para realizar os experimentos tribológicos . O compor-tamento de atrito e as propriedades lubrificantes dos diferentes lubrificantes em diferentes regi-mes de lubrificação (limite, misto, elastohidrodinâmico e hidrodinâmico) foram analisados utilizando a curva de Stribeck. A partir dos resultados obtidos, 0,08% em peso de grafeno no PAO 8 apresentou uma excelente redução de atrito em comparação ao óleo PAO 8 puro. O mé-todo de teste de desgaste/pressão extrema Reichert foi usado para avaliar a eficiência do lubrifi-cante sob condições de pressão extrema (1,5, 1,9, 2,4) GPa. O efeito das nanoplacas de grafeno no óleo PAO 8 também resultou na redução do desgaste. Houve uma redução de 25% no atrito no regime de lubrificação limite quando foi utilizada uma concentração ótima de 0,08% em peso de nanoplacas de grafeno. A utilização de óleo de soja epoxidado sem qualquer aditivo propor-cionou bons valores de redução de atrito e desgaste. Porém, a presença de nanoplacas de grafe-no no óleo de soja aumentou tanto os valores de atrito quanto de desgaste. Os resultados desta investigação podem ter implicações para o uso do grafeno em aplicações de lubrificação indus-trial, melhorando potencialmente a eficiência e reduzindo o desgaste das máquinas.2024-07-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/118465https://hdl.handle.net/10316/118465TID:203929306engErhabor, Barnabas Omobudeinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-03-28T23:00:50Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/118465Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:12:37.654258Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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