Nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động cơ quân sự

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- NGUYỄN MẠNH HỒNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2018 VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ …….***………… NGUYỄN MẠNH HỒNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO - CACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 9.23 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS Phan Ngọc Minh Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của GS. Phan Ngọc Minh. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố ở bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án NGUYỄN MẠNH HỒNG LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy hƣớng dẫn là GS.

Phan Ngọc Minh, ngƣời thầy đã định hƣớng cho tôi trong tƣ duy khoa học, tận tình chỉ bảo và tạo rất nhiều thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn GS. Phan Hồng Khôi, PGS. Phạm Văn Hội, PGS.TS Vũ Đình Lãm, TS.

Nguyễn Văn Thao, TS. Bùi Hùng Thắng, TS. Nguyễn Văn Chúc, TS. Phan Ngọc Hồng, TS.

Nguyễn Tuấn Hồng, KS. Lê Đình Quang, ThS. Cao Thị Thanh - những ngƣời đã luôn giúp đỡ, khích lệ, động viên tôi trong suốt thời gian làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về vật liệu và linh kiện điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Phòng hóa nghiệm xăng dầu, Viện kỹ thuật xăng dầu quân đội, Viện kỹ thuật cơ giới quân sự, Trƣờng sĩ quan lục quân 1, Cục xe máy 384 quân đội, Phòng thí nghiệm hóa dầu, Đại học mỏ địa chất, Viện hóa học công nghiệp Việt Nam đã giúp tôi thực hiện các phép đo trong quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Học viện khoa học và công nghệ, Viện Khoa học vật liệu, Bộ phận Đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi làm luận án. Nhân dịp này tôi xin dành những tình cảm sâu sắc nhất tới những ngƣời thân trong gia đình tôi đã chia sẻ những khó khăn, thông cảm và động viên, hỗ trợ tôi thực hiện thành công luận án.! Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Nghiên cứu sinh Nguyễn Mạnh Hồng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG CHỨA ỐNG NANO-CACBON. Tổng quan về ống nano-cacbon.

Giới thiệu về ống nano-cacbon. Cấu trúc và tính chất của ống nan- cacbon. Các phƣơng pháp chế tạo ống nano-cacbon. Một số tính chất của ống nano-cacbon.

Chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nano-cacbon. Khái niệm chất lỏng nano. Các phƣơng pháp chế tạo .Chất lỏng nano chứa thành phần CNTs. Ứng dụng của chất lỏng nano.

Dầu bôi trơn tản nhiệt. Giới thiệu về dầu bôi trơn. Một số thông số của dầu bôi trơn. Các chất phụ gia có trong dầu bôi trơn.

Pha trộn dầu bôi trơn. Dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc thuộc lĩnh vực của luận án. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc .Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.

Những vấn đề cần nghiên cứu trong lĩnh vực dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano - cacbon. Kết luận chƣơng 1. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phƣơng pháp thực nghiệm.

Phƣơng pháp biến tính CNTs. Phƣơng pháp pha trộn dầu bôi trơn tản nhiệt nano. Phƣơng pháp đo đạc, khảo sát tính chất vật liệu. Phƣơng pháp đo đạc thông số kỹ thuật dầu nano.

Phƣơng pháp mô hình hóa và tính toán lý thuyết. Nguyên liệu hóa chất sử dụng trong nghiên cứu. Nguyên liệu phụ gia cho dầu bôi trơn tản nhiệt. Nguyên liệu tản nhiệt.

Trang thiết bị chế tạo sử dụng trong nghiên cứu. Thiết bị phân tán CNT trong dầu bôi trơn. Một số thiết bị dùng trong chế tạo dầu bôi trơn chứa thành phần nano cacbon. Kết luận chƣơng 2.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON. Kết quả biến tính CNTs. Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon. Phân tán CNTs – OH trong dầu gốc PAO.

Tối ƣu hàm lƣợng CNTs trong trong dầu bôi trơn tản nhiệt. Cơ chế phân tán CNTs. Tối ƣu hàm lƣợng phụ gia đối với từng loại dầu bôi trơn tản nhiệt. Xây dựng mô hình truyền nhiệt tính toán độ dẫn nhiệt của dầu bôi trơn tản nhiệt.

Xây dựng mô hình truyền nhiệt. So sánh mô hình truyền nhiệt với các nhóm thực nghiệm trên thế giới. So sánh mô hình truyền nhiệt lý thuyết với kết quả thực nghiệm của dầu bôi trơn tản nhiệt nano. Đánh giá một số tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano chế tạo đƣợc.

Các thông số kỹ thuật của dầu bôi trơn tản nhiệt nano. Kết luận chƣơng 3. ỨNG DỤNG DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO CACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ.

Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử.

Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe tăng. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ.

Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe thiết giáp. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ.

Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe chở khí tài quân sự. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử.

Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử. Khảo sát dầu bôi trơn tản nhiệt có chứa thành phần nano trên thực địa.

Thử nghiệm thực địa trên xe thiết giáp. Thử nghiệm thực địa trên xe chở khí tài quân sự. Thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần CNTs trong tản nhiệt cho đèn LED công suất lớn. Kết luận chƣơng 4 .124 KẾT LUẬN CHUNG .126 KIẾN NGHỊ VÀ KẾ HOẠCH TIẾP THEO .127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.128 TÀI LIỆU THAM KHẢO .131 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Diễn giải CNT Ống nano cacbon – Carbon nanotube CNF Sợi nano cacbon - Carbon nanofibers AFM Kính hiển vi lực nguyên tử - Atomic Force Microscope STM Kính hiển vi xuyên hầm quét - Scanning Tunneling Microscope CVD Lắng đọng hoá học pha hơi - Chemical Vapor Deposition CPU Vi xử lý trung tâm - Central Processing Unit LED Điốt phát quang - Light Emitting Diode SEM Kính hiển vi điện tử quét - Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng - Field Emitting Scanning FESEM Electron Microscope TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua - Transmission Electron Microscope Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao - High Resolution HRTEM Transmission Electron Microscope TGA Phân tích nhiệt trọng lƣợng - Thermogravimetric Analysis XRD Nhiễu xạ tia X - X-Ray Diffraction MWCNT Ống nano cacbon đa tƣờng - Muti-walled Carbon Nanotube SWCNT Ống nano cacbon đơn tƣờng - Single-walled Carbon Nanotube PAO Dầu gốc - Poly AlphaOlefine FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi fourier - Fourrier Transformation InfraRed UV – VIS Quang phổ hấp thụ phân tử - Ultraviolet visible SDS Sodium dodecyl Sulfate EG Ethylen Glycol DW Nƣớc cất FHP Ống dẫn nhiệt phẳng – Flat heat pipe SAE Chỉ số phân loại dầu nhớt – Society of automobile engineers API American Petroleum Institute DOS Electronic density of states DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.

So sánh một số tính chất cơ học của CNTs với các vật liệu khác [18]. Độ dẫn nhiệt của CNTs và một số chất lỏng tản nhiệt [46]. Thành phần dầu bôi trơn thƣơng phẩm [83, 84]. Tổng hợp các thông số theo tiêu chuẩn ГОСТ 12.1-85 của Nga kết hợp thêm một số tiêu chuẩn khác đối với dầu bôi trơn.

Hàm lƣợng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt cho tàu thủy cỡ nhỏ theo tiêu chuẩn ГОСТ 12.337-84 sau quá trình nghiên cứu tối ƣu hóa trên cơ sở hàm lƣợng của CNTs là 0,12% thể tích. Hàm lƣợng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho xe tăng theo tiêu chuẩn ГОСТ 6360-83 sau quá trình nghiên cứu tối ƣu hóa trên cơ sở hàm lƣợng của CNTs là 0,12% thể tích. Hàm lƣợng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho xe thiết giáp theo tiêu chuẩn ГОСТ 6360-85 sau quá trình nghiên cứu tối ƣu hóa trên cơ sở hàm lƣợng của CNTs là 0,12% thể tích. Hàm lƣợng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho xe chở khí tài quân sự theo tiêu chuẩn ГОСТ 17479.1-85 sau quá trình nghiên cứu tối ƣu hóa trên cơ sở hàm lƣợng của CNTs là 0,12% thể tích.

So sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano đã chế tạo đƣợc với dầu bôi trơn thƣơng phẩm và dầu không chứa thành phần nano dùng cho tàu thủy cỡ nhỏ. Tổng hợp và so sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano đã chế tạo đƣợc, dầu thƣơng phẩm và dầu bôi trơn không chứa nano cho động cơ xe tăng. Tổng hợp và so sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano chế tạo đƣợc với dầu thƣơng phẩm và dầu bôi trơn không chứa nano cho động cơ xe thiết giáp .