کاربرد سرامیک در روغن موتور خودرو

آیا می توانید تصور کنید، خودرویی بخرید که دهها سال به تعویض روغن نیاز نداشته باشد؟ اینکار صرفاً با بالا بردن راندمان موتور و کاهش اصطکاک اجزای موتور خودرو امکان پذیر خواهد بود. یکی از روشهایی که برای کاهش اصطکاک دستگاههای صنعتی استفاده می گردد، تکنولوژی متالوسرامیک می باشد. مبنای این تکنولوژی استفاده از ذرات بسیار ریز سرامیکی در روغن موتور در جهت کاهش اصطکاک و استهلاک قطعات در راستای بالا بردن راندمان مکانیکی دستگاه های صنعتی و جلوگیری از اتلاف نیرو می باشد. تکنولوژی متالوسرامیک برای نخستین بار توسط دانشمندان هوا فضای شوروی سابق به جهانیان معرفی شد. این تکنولوژی پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی وارد دنیای صنعت گردید، به خصوص صنعت خودروسازی.

همانطور که می دانیم دیواره سیلندرها با رینگهای کمپرسی پیستون به شدت در تماس است. این تماس، اصطکاک زیادی را به وجود می آورد که با کاهش راندمان مکانیکی موتور همراه است ولی از طرفی اگر این اصطکاک وجود نداشته باشد، تراکم محفظه احتراق از قسمت دیواره سیلندر فرار خواهد کرد. بدیهی است که این امر موجب کاهش شدید راندمان حجمی و حتی خاموش شدن موتور خواهد شد. پس باید برای جلوگیری از این معضل چاره ای اندیشید. در محیط مادی و برای هر گونه ماده یا حرکتی، اصطکاک موجود است. اصطکاک نه تنها در دیواره سیلندرها، بلکه در لابه لای چرخ دنده های گیربکس و دیفرانسیل، در قسمت تماس میل بادامک و سوپاپ و در بسیاری از قسمتهای موتور دیده می شود.

حال این سؤال مطرح می شود که آیا می توان اصطکاک موجود در سیلندرها و سایر قسمتها را بدون از دست دادن تراکم موتور از بین برد؟ آیا می توان بدون لق کردن چرخ دنده ها، اصطکاک موجود در بین آنها را به حداقل رساند؟ این جاست که تکنولوژی جدیدی به نام متالو سرامیک وارد میدان می شود.
چندی بیش کمپانی یاماها در یکی از مدل های خود برای ساخت سیلندرهای موتور بجای چدن از سرامیک استفاده کرد. نتیجه کار به طرز حیرت انگیزی رضایت بخش بود. ولی سرامیک ماده ای بسیار گرانبها است و فراگیر شدن آن نیاز به گذر زمان و ارایه روشهای جدید برای تولید ارزانتر دارد.
Ceramic Coating: عبارت است از تکنولوژی روکش کردن فلزات با لایه ای نازک از سرامیک مخصوص که در این روش کل محفظه سیلندر از سرامیک ساخته نمی شود و سیلندر ساخته شده ارزانتر از سیلندر سرامیکی خواهد بود. تاکنون در بسیاری از موارد دیده شده که فلزات و سطوحی که در حال کارکرد، اصطکاک و گرمای زیادی را باعث می شوند، با لایه ای از سرامیک پوشیده شده اند. ولی به چند دلیل نمی توان این روش را با متالوسرامیک یکسان دانست:
۱) این لایه سرامیکی بسیار گران قیمت است. 

2) برای این کار باید موتور یا دستگاه مورد نظر را متوقف کرده، قطعات آن را از هم باز کرد و پس از انجام عملیات پوشش با سرامیک دوباره آن را مونتاژ کرد. شاید این عمل در مورد اتومبیل کار ساده ای باشد ولی در مورد دستگاه های غول پیکر صنعتی فرآیند پیچیده تری دارد. باز و بسته کردن یک دستگاه غول پیکر که به عنوان مثال در خط تولید یک اتومبیل فعال است، حداقل به۳ یا ۴ روز زمان نیاز دارد که این کار برابر است با توقف کامل یا shut down خط تولید که هزاران یا حتی میلیونها دلار ضرر مالی برای شرکت مربوطه در بر خواهد داشت.

3) لایه سرامیکی کمی ترد و شکننده است و تنش های وارد بر قطعات ممکن است باعث خرد شدن این لایه شود. ولی در متالوسرامیک قضیه اندکی متفاوت است. برای درک این موضوع باید دنیای جدید نانو تکنولوژی را بهتر بشناسیم. یک روغن موتور بسیار مرغوب مانند API SL یا SM را در نظر بگیرید که درون آن با ذرات بسیار ریز سرامیک اشباع شده است. این ذرات با قطر نانو به قدری ریز هستند که قادرند از هر نوع فیلتری عبور کنند. وقتی روغن در قسمتهای مختلف موتور گردش می کند، این ذرات را همراه خود می برد. اگر بر روی یک کاغذ یا یک دیوار صاف دست بکشید تصور خواهید کرد که کاملاً صاف است. در صورتی که اگر با میکروسکوپ به آن بنگرید تعداد زیادی پستی و بلندی مشاهده خواهید کرد. دیواره سیلندر نیز چنین وضعیتی دارد. یعنی در نگاه اول به قدری صیقلی و صاف است که همانند آینه تصاویر را انعکاس می دهد، ولی این سطح نیز پر است از نقاط برجسته و فرو رفته. دمای قسمت نوک تیز این برآمدگی ها گاه به ۱۰۰۰درجه سانتیگراد می رسد. اگر چه دمای کارکرد روغن ممکن است بین۹۰ تا۱۵۰ درجه سانتیگراد باشد ولی اگر بخواهیم به صورت نقطه ای به این مسئله نگاه کنیم، همین نقطه های کوچک به مرور باعث خراب شدن روغن می شوند. 

متالوسرامیک در اینجا عرض اندام می کند. ذرات سرامیکی معلق در روغن زمانی فعال می شوند که در یک نقطه سایش و دمای زیادی وجود داشته باشد. این ذرات پس از رسیدن به این نقاط، با دریافت دمای موجود در این نقاط به صورت اتم به اتم به این پستی و بلندی ها پیوند می خورند و مانند بتونه پستی و بلندی ها را پر می کنند. تفاوت لایه متالوسرامیک با لایه سرامیک معمولی در این است که سرامیک معمولی مانند رنگ روی سطوح را می پوشاند، در صورتی که ذرات متالوسرامیک در ابعاد نانو با مولکولهای فلز پیوند می خورند و تقریباً مادام العمر بر روی سطوح باقی می مانند. از طرفی سرامیک معمولی با اینکه از سختی بالایی برخوردار است در عین حال شکننده است و این همان نقطه قوت متالوسرامیک است، چرا که سختی متالوسرامیک ۱۰برابر فولاد می باشد و اصطکاک آن ۶ برابر کمتر از آینه است. در صورت استفاده از این تکنولوژی تمامی سطوح موتور که روی یکدیگر ساییده می شوند با لایه ای بسیار نازک، کاملاًَ مستحکم و صاف از سرامیک پوشیده می شوند. در کل، این امر موجبات پر شدن خطوط میکروسکوپی سیلندر و افزایش کمپرس موتور را فراهم می کند. در ضمن براثر از بین رفتن اصطکاک بین سیلندر و پیستون، راندمان مکانیکی موتور افزایش می یابد. در این حالت موتور راحت تر کار کرده و سریعتر دور بر می دارد، صداها و لرزش اضافی موتور به حداقل می رسد، سایش قطعاتی مانند میل بادامک و رینگ پیستونها و مهمتر از همه مصرف سوخت موتور از۱۰ تا ۲۵درصد (بسته به شرایط کارکرد موتور) کاهش می یابد.

یکی دیگر از ویژگیهای این دستاورد تعمیر موتور بدون نیاز به باز کردن قطعات است. در مواقعی مانند خط افتادگی بر روی دیواره سیلندر باید موتور را باز کرده و با تراش دادن دیواره سیلندر و استفاده از رینگ پیستون بزرگتر این مشکل را برطرف کرد که این امر با اتلاف وقت و هزینه همراه است. در صورتی که از این تکنولوژی استفاده شود، می توان بدون باز کردن موتور و فقط با افزودن این ماده به روغن موتور شرایط موتور را به حالت عادی باز گرداند.