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INDAGINI TEORICO-SPERIMENTALI SU NANOADDITIVI PER LUBRIFICANTI: INTERAZIONI ALL'INTERFACCIA CON LE SUPERFICI IN ACCOPPIAMENTI TRIBOLOGICI

In continuità con il progetto FARB 2012 dal titolo “Studio tribologico di nanoadditivi per lubrificanti ed interazioni all'interfaccia con le superfici dell'accoppiamento meccanico”, responsabile scientifico Prof. Vincenzo D’Agostino, la presente proposta di ricerca mira a valutare sul piano sperimentale, modellistico e numerico l'interazione d'attrito che si instaura tra superfici metalliche lubrificate mediante oli di formulazione innovativa ottenuta mediante agenti “friction modifier” nanostrutturati. Le formulazioni oggetto di studio da parte dei proponenti del progetto nel corso dell’ultimo triennio, hanno mostrato notevole efficacia nel contenimento della dissipazione d’attrito e del progressivo danneggiamento da usura nei tre campi di applicazione: lubrificanti motore, lubrificanti per trasmissioni, nonché grassi lubrificanti [1,2].Il progetto di cui alla presente proposta analizzerà le concentrazioni ottimali di additivo solido nanostrutturato e di additivo disperdente, quest’ultimo in fase liquida, considerando le specifiche composizioni degli additivi inorganici (MoS2, WS2) e di quelli organici (grafeni, ossidi di grafene, ibridi CNT-solfuri). Dal punto di vista della modellazione e della simulazione per via numerica, primi studi sono stati compiuti dal gruppo di ricerca mediante algoritmi FEM per valutare lo stato di compressione e di strisciamento/rotolamento tra superfici metalliche di una singola nanoparticella di bisolfuro di molibdeno con struttura di fullerene inorganico, IF-MoS2 [3]. I risultati modellistici riproducono i principali fenomeni osservati mediante osservazione in-situ con TEM ad elevata risoluzione dal gruppo di ricerca dell’ECL-LTDS [4]. Gli sviluppi futuri potranno prevedere l’implementazione di stati di instabilità delle strutture reticolari che comportino la lacerazione e successiva esfoliazione della nanoparticella, chiamata nella sua nuova configurazione lamellare a formare strati di spessore nanometrico in adesione alle superfici metalliche (nanocoating, tribofilm).Sarà altresì pianificata un’ampia campagna di acquisizioni mediante un avanzato profilometro 3D a tecnologia ottica confocale ed interferometrica già disponibile presso il laboratorio T12 del Dipartimento di Ingegneria Industriale per valutare le correlazioni tra coefficiente d’attrito esibito nel corso delle prove tribologiche e la natura delle superfici dei provini metallici impiegati. L’analisi rientra nell’ambito dell’osservazione dei fenomeni definiti "mending" o "healing" superficiale, ossia d'interazione chimico-fisica tra i nanoadditivi e le superfici della tribocoppia con effetti di riduzione della rugosità superficiale dei membri in moto relativo.Le collaborazioni in corso con altre unità di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Industriale permetteranno l’analisi ex-situ su provini tribologici mediante spettroscopia Raman, e microscopia elettronica SEM e TEM.[1] C. Altavilla et al., Tribological and rheological behaviour of lubricating greases with nanosized inorganic based additives, Ecotrib-Viennano 2011, 903-908[2] A. Senatore et al., Graphene oxide nanosheets as effective friction modifier for oil lubricant: materials, methods, and tribological results, ISRN Tribology (2013), ID 425809, 1-9[3] V. Petrone et al., Finite element analysis of IF-MoS2 deformation under uniaxial compression and shear between real nanorough surfaces, International Workshop Multi-Scale Modelling and characterization of Innovative Materials and Structures (2013), Pag.1-3[4] I. Lahouij et al., In Situ TEM Observation of the Behavior of an Individual Fullerene-Like MoS2 Nanoparticle in a Dynamic Contact, Tribol Lett (2012) 42:133-140