وداعًا للشحوم الخافضة للاحتكاك!

طوَّر باحثون من معهد جورجيا للتكنولوجيا عملية جديدة لمعالجة السطوح المعدنيَّة لتطوير كفاءة محركات المكابس وعدد آخر من المعدات الأخرى، وتُطور الطريقة قدرة السطوح المعدنيَّة على الارتباط مع الزيوت، مُقلِلةً من الاحتكاك بشكل ملحوظ، وبدون أي إضافات خاصة على الزيوت.

ويقول (مايكل فارنبيرغ- Michael Varenberg)، الأستاذ المساعد في كلية الهندسة الميكانيكيَّة، في معهد جورجيا للتكنولوجيا: «ينتج حوالي خمسين بالمئة من ضياع الطاقة الميكانيكيَّة في محرك الاحتراق الداخلي بسبب احتكاك تجميع المكبس، لذا، إن استطعنا تقليل الاحتكاك، سيُمكننا الحفاظ على الطاقة وتقليل استهلاك الوقود والزيوت».

وفي الدراسة التي نُشِرت في الخامس من تشرين الأول/أكتوبر في صحيفة «Tribology Letters»، قام الباحثون في كُل من معهد جورجيا ومعهد إسرائيل للتكنولوجيا بتجربة معالجة سطوح كتل الحديد المصبوبة بتعريضها بعنف لمزيج من كبريتيد النحاس وأوكسيد الألمنيوم، وعدَّلت هذه العملية السطح كيميائيًا بتغيير كيفية ارتباط ذرات الزيوت مع المعدن، ما عنى معدل انزلاق شديد الارتفاع للسطح.

ويُضيف فارنبيرغ: «نريد من كُل ذرات الزيوت الارتباط بقوة بالسطح، وعادةً ما يتم تحقيق الارتباط بإضافة مواد أخرى على الزيوت، وفي هذه الحالة تحديدًا، عرَّضنا السطح لمزيج من ذرات الألمنيوم وكبريتيد النحاس، ما يجعل السطح أكثر فعالية كيميائيًا بتشويهها، مما يسمح بتبديل التفاعل لتشكيل كبريتيد الحديد على الكبريت، وتُعرف كبريتيدات الحديد بروابطها شديدة القوة مع ذرات الزيوت.

ويُعدُّ الزيت هو الأداة الأساسيَّة المستخدمة في تقليص الاحتكاك الذي يحدث عندما ينزلق سطحان متصلان، بينما تُنتج معالجة السطح الجديدة احتكاكًا يُقابل 0.01 من الاحتكاك في بيئة زيتيَّة، مما يعني عشرة مرات أقل من الاحتكاك على سطح غير مُعالج حسب قول الباحثين.

ويقول فارنبيرغ أيضًا: «النتيجة تتفوق على أداء أفضل الزيوت التجاريَّة المتوفرة حاليًا، كما تشابه أداء الزيوت المُشكَّلة بجزيئات النانو ببنية ثاني كبريتيد التنغستين، ولكن عمليتنا لا تتطلَّب أي وسيط نانوي ذو تكلفة عالية»، بالتالي، فإنَّ عملية تقليل احتكاك السطح هي عملية مرنة، ويمكن تحقيق نتائج مشابهة بأساليب أخرى أيضًا غير التعريض العنيف للمزائج كاللَّف، والجلخ، والصقل، والتعريض لصدمات الليزر حسب اقتراحات الباحثين، مما قد يجعل العملية أبسط حتى من شكلها الحالي، وهذا يُسهِّل تبنيها في عدد من الاستعمالات والصناعات.

كما ويُخطِّط الباحثون للاستمرار في فحص المبدأ الوظيفي الأساسي، والآليات الفيزيوكيميائيَّة التي أوصلت التجربة إلى هذا النجاح الباهر.

وعلى حد تعبير فارنبيرغ: «وهذا الطريق المباشر والقابل للتعديل حسب الحجم المرغوب نحو السطوح ذات الاحتكاك شديدة الانخفاض، يفتح آفاقًا جديدة لهندسة السطوح، وقد يُقلِّل خسائر الطاقة على مقياس صناعي بشكل ملحوظ.

وإضافةً إلى ذلك، قد تُسبِّب هذه النتائج نقلةً نوعيةً في (فن التزييت)، وقد تُنشأ اتجاهًا جديدًا تمامًا في علوم وهندسة السطوح نظرًا لعموميَّة الفكرة والمجالات الواسعة لتطبيقاتها».

إعداد: حازم رعد
تدقيق: هبة فارس
المصدر