İçindekiler
ÖZET.............................................................................................................................................4 SÜRTÜNME VE YAĞLAMA.............................................................................................................4 .....................................................................................................................................................5 Hekzagonal Bor Nitrür..................................................................................................................5 BORONMAX..................................................................................................................................7 BORONMAX M1002......................................................................................................................9 SONUÇ........................................................................................................................................10
Tablolar Tablo 1:Katkısız ve BORONMAX katkılı motor yağın yük dayanımı.........................................................8 Tablo 2:Katkısız ve BORONMAX katkılı motor yağında elementlerin ppm değeri ile analizleri ..............8
Şekiller Şekil 1:İçten yanmalı motor parçaları için yağlama rejimleri ve sürtünmeyle olan ilişkileri ...................5 Şekil 2:Hekzagonal bor nitrürün kristal yapısı.........................................................................................6 Şekil 3:Beyaz rengi ile hekzagonal bor nitrür tozu .................................................................................6 Şekil 4:hBN’nin SEM görüntüsü..............................................................................................................7 Şekil 5: BORONMAX M1002 redüktör yağ katkısı eklenmiş yağ ile çalıştırılan motorun zamana bağlı olarak çektiği akım..................................................................................................................................9
2/9
ÖZET Yağlama, hareketli parçalardan oluşan makinalar için hayati öneme sahip olup , sürtünme ve aşınmayı azaltarak, parçaların arızalanmasını önleyerek makinaların performansını ve ömrünü artırır. Yeterli olmayan yağlama enerji ve malzeme kayıplarına neden olur. Gelişmiş ülkelerde sürtünme ve aşınma kaynaklı enerji ve malzeme kayıpları yıllık olarak gayri safi milli hasılanın %5-7 arasında olduğu tahmin edilmektedir. Dünyada yıllık olarak 250 milyon varil yağ kullanıldığı hesaplanmaktadır ve bunun gelecekte artacağı beklenmektedir. Motor yağları bu talebin yarısını, diğer yarısını ise sektörde en hızlı büyüyen endüstriyel yağlar oluşturmaktadır. Performans geliştirici yağ katkıları, dünya yağ pazarının %5-15'ni oluşturmaktadır. BORONMAX ürünleri ile sürtünmeyi azaltarak enerji tasarrufu ve performans artışı sağlayarak yağ katkıları pazarında yer almayı hedeflemektedir.
SÜRTÜNME VE YAĞLAMA Sürtünme, mühendislikte genellikle temas eden yüzeylerin hareketine karşı direnç olarak tanımlanmaktadır. Katıların temasında sürtünme ve aşınmayı önlemede kullanılan filmin geliştirilmesi ile ilgili konular yağlama başlığı altında araştırılmaktadır. Sürtünme, ince bir film ile kayma mukavemeti düşük gaz, sıvı, katı malzemeler kullanılarak yüzeylerin düzgün hareketi sağlanarak azaltılabilir. Birbiri üzerinde hareket eden yüzeyler arasında oluşan filmlerin sürtünme katsayıları değişkendir. Sürtünme katsayısı ile yağlama durumu ilişkilidir ve Şekil 1’de yağlayıcı filmlerin kalınlık oranı (Summerfield number) ile sürtünme katsayısı arasındaki ilişki görülmektedir. Değişik motor parçaları farklı yağlamaya göre çalışarak kabul edilen performansa ulaşmaktadırlar. Genellikle rulmanlar hidrodinamik yağlama ile çalışmakta ve yüzeyler yağ filmi ile birbirinden ayrılmaktadır. Düşük hızlarda, kalkış ve duruşta yağ filmi kesilerek metal metale temas etmektedir. Piston segmanlarında ve şanzımanlarda ise karışık ve sınır yağlama şartları geçerlidir. Asıl amaç sürtünmenin yüksek olduğu; enerji ve malzeme kayıplarına neden olan karışık ve sınır yağlama koşullardaki sürtünme katsayısını aşağıya çekmektir. Sürtünme katsayısını düşürmek için motor parçaları arasında yağlayıcılık görevi yapan yağlayıcılar (motor yağları) kullanılmaktadır. Tek başına motor yağları kullanıldığında karışık ve sınır yağlama şartlarında hareketli motor parçaları arasındaki yağ film çok incelmekte hatta kesilmektedir, bunun sonucunda hareketli yüzeylerde metaller birbirine temas etmektedir. Bunu önlemek için motor yağına çeşitli katkılar ilave edilmektedir. Bu katkılardan; •
motor yağı ile reaksiyona girmemeleri,
•
kalıntı bırakmamaları,
•
filtreyi tıkamamaları,
•
oluşan sıcaklığa dayanmaları,
•
metal yüzeyinde korozyona neden olmamaları, 3/9
•
eksoz gazında çevreye zarar verecek emisyon yaymamaları,
•
motor performansını artırmaları
beklenmektedir. Beklentilerin karşılanması için çeşitli organik ve inorganik bileşikler denenmektedir.
Şekil 1:İçten yanmalı motor parçaları için yağlama rejimleri ve sürtünmeyle olan ilişkileri
HEKZAGONAL BOR NİTRÜR
Bor nitrür, bor ve azot atomlarının bir araya getirilerek oluşturulan yapay bir malzeme olup kübik ve hekzagonal kristal yapısı ile endüstriyel alanda kullanılmaktadır. Hekzagonal bor nitrüre (hBN) grafite benzeyen kristal yapısı ile beyaz grafit adı da verilmektedir (Şekil 2). Hekzagonal bor nitrür yoğunluğu düşük, ısı iletimi yüksek, elektrik direnci yüksek kimyasal olarak inert ve yağlayıcı özelliğe sahip olup beyaz renklidir (Şekil3). BORTEK (Bor Teknolojileri ve Mekatronik Ltd.Şti., Eskişehir) ülkemizin bor cevherlerini kullanarak kendi geliştirdiği teknoloji ve Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü (BOREN) desteği ile laboratuvar dışında Türkiye’de ilk ve tek olarak hBN tozunu üretmiştir.
4/9
Şekil 2:Hekzagonal bor nitrürün kristal yapısı
Şekil 3:Beyaz rengi ile hekzagonal bor nitrür tozu Hekzagonal kristal yapıya sahip olan bor nitrürde tabakalar içindeki atomlar birbirine kuvvetli kovalent bağ ile bağlanırlar. Tabakalar arasındaki zayıf Van der Walls bağlarının neden olduğu düşük kayma mukavemeti ile tabakalar birbiri üzerinde kaydırılarak diğerlerinden ayrılabilir. Kayma yüküne maruz kalan hekzagonal bor nitrür katmanları birbiri üzerinde kolayca kayarak hekzagonal bor nitrüre üstün yağlayıcılık özelliği kazandırıp sürtünme katsayısını düşürürler. Hekzagonal bor nitrür evrensel bir sorun olan sürtünmenin düşürülmesinde etkin olan üstün özellikli bir katı yağlayıcıdır. Sürtünme katsayısını düşürme özelliğinden faydalanarak motor yağı içinde kullanılabilmektedir. Ancak kullanılacak hekzagonal bor nitrürün fiziksel ve kimyasal özellikleri motor yağına eklenen katkılardan beklenen özellikleri sağlaması istenir, örneğin tane boyutu büyük olursa filtreleri tıkar ve bu durum motorun yağlanmasının kesilmesine yol açarak önemli hasarlara sebep olur. Sanayi ve Ticaret Bakanlığı SAN-TEZ projesi desteği ile BORTEK tarafından üretilen Şekil 4 de görülen nano boyutlu hekzagonal bor nitrür tanelerinin tabaka kalınlığı ve boyutu ile yağ katkısından beklenen özellikleri karşılamaktadır.
5/9
Şekil 4:hBN’nin SEM görüntüsü
BORONMAX
BORTEK tarafından nano boyutlu olarak üretilen hekzagonal bor nitrür; motor yağı ve motorla etkileşime girmeyen, filtreleri tıkamayan, herhangi bir kimyasal reaksiyon oluşturmayan ve bozulmayan, sürtünmeyi ve aşınmayı azaltan BORONMAX motor yağı katkısı olarak pazara sunulmuştur. Boronmax çeşitli testlere tabi tutularak özellikleri ve performansı belirlenmiştir. Sürtünme katsayısını ve yüke dayanımını belirlemek amacıyla İ.T.Ü. de ASTM D 518305’e göre teste tabi tutulmuştur. Katkısız motor yağı ile BORONMAX katkılı motor yağı 392 N yük altında 1 saat testten sonra katkısız yağın sürtünme katsayısı 0,14 iken, BORONMAX katkılı yağın sürtünme katsayısı 0,12 olarak tespit edilmiştir. Yük 490 N çıkarıldığında katkısız yağın sürtünme katsayısı ani olarak artmış ve yağlayıcı film kesilerek metal metale temas edip aşınma izi oluşmuştur. BORONMAX içeren yağda ise aynı yük altında sürtünme katsayısında değişim olmamış ve aşınma görülmemiştir. BORONMAX katkılı yağ üzerindeki yük 588 N çıkarıldığında belirli bir süre sonunda sürtünme katsayısının arttığı ve aşınmanın oluştuğu gözlenmiştir (Tablo 1).Bu durum yükün artması durumunda BORONMAX katkılı yağın sınır ve karışık şartlarda sürtünme katsayısını düşürerek yağlama görevini yapmaya devam ettiğini göstermektedir. Sonuç olarak BORONMAX katkılı yağın sürtünme katsayısında %14 azalma, yük dayanımında %20 artış ölçülmüştür.
6/9
Tablo 1:Katkısız ve BORONMAX katkılı motor yağın yük dayanımı
Motorların çalışması sonucunda parçalarda meydana gelen aşınma neticesinde malzemelerde bulunan çeşitli elementler motor yağına geçmektedir. Motor yağları değiştirilmiş aynı marka, model araçların 15 000 km sonra motor yağları alınarak elementel analiz yapılmıştır. Tablo 2’de analiz sonucunda bulunan elementlerin miktarları görülmektedir. Nano boyutlu hekzagonal bor nitrür içeren BORONMAX katkılı yağı kullanan motordan alınan numune yağdaki element miktarları katkısız yağ kullanan motorun değerlerine göre %40 varan oranlarda düşüş göstermektedir. Bu da sürtünme katsayısında meydana gelen düşüşe paralel olarak aşınmanın azaldığını teyit etmektedir. Tablo 2:Katkısız ve BORONMAX katkılı motor yağında elementlerin ppm değeri ile analizleri Elementler
Al
Cu
Mg
Fe
Si
Sn
Katkısız
3,68
12,00
12,00
9,59
6,95
7,24
BORONMAX katkılı
2,14
7,65
9,05
6,37
6,08
4,76
% fark
-41,85
-36,25
-24,58
-33,57
-12,52
-34,25
Sürtünme sadece aşınma oluşturmamakta motor performansını da etkilemektedir. Sürtünme katsayısının düşürülmesi, sürtünme kayıplarını azaltarak motor performansını yükseltmektedir. Motor performansının yükselmesi sonucunda yakıt sarfiyatı azalmaktadır. ODTÜ'de kontrollü laboratuvar ortamında yapılan testlerde sıfır motorda BORONMAX katkılı yağ kullanıldığında, 3900 devir/dakika motor hızında özgül yakıt tasarrufu %4,64 olduğu ölçülmüştür [4]. Kullanılmış motorlarda BORONMAX kullanımı ile yakıt tasarrufu daha yüksek rakamlara çıkmaktadır. Örneğin şehir içinde % 5-10, şehirlerarası yolda %10-20 yakıt tasarrufu sağlamaktadır. Hekzagonal bor nitrürün ısı iletiminin yüksekliği nedeniyle motor yağının aşırı ısınmasına engel olmaktadır. Ayrıca tam yanmanın oluşmasına katkıda bulunarak karbon monoksit emisyonunu azaltmaktadır.
7/9
BORONMAX M1002
Günümüzün rekabet şartlarında, üretim yapan şirketlerde enerji maliyetlerini düşürmek birinci öncelikli konu haline gelmiştir. Tesislerin ve makinaların daha verimli çalıştırılarak kullanılan elektrik enerjisinin aşağı çekilmesi başka bir deyişle tasarruf edilmesi enerji maliyetlerini azaltacaktır. BORONMAX M1002 yağ katkısı nano boyutlu hBN içeren ve her redüktör ve dişli sistemine uygun hazırlanan bir yağ katkısıdır. KALESERAMİK ÇANAKKALE KALEBODUR SERAMİK SANAYİ A.Ş. ‘de değirmenlerindeki redüktörler katkısız yağ ile çalıştırılarak çektiği akım ölçülmüştür. Daha sonra BORONMAX M1002 redüktör yağ katkısı eklenmiş yağ ile çalıştırılarak motorun çektiği akım ölçülmüştür. Şekil 5’de akımda meydana gelen değişim görülmektedir. Çekilen akım kullanılan süre uzadıkça düşmekte ve ikinci haftadan sonra sabit kalmaktadır. BORONMAX M1002 uygulamasının ilk yapıldığı redüktörlerde ara dönemlerde en son 12 ay ara ile analizör ölçümleri tekrarlanmış ve tasarrufun kalıcı olduğu ispatlanmıştır. Meydana gelen değişim sürtünmenin azaltılmasıyla oluşmaktadır. BORONMAX M1002 sürtünme nedeniyle oluşan enerji kaybını %10’na varan oranlarda azaltmaktadır. Bu tasarruf sürekli çalışan sistemlerde yıllık olarak hesaplandığında büyük rakamlara ulaşmaktadır. Örneğin 100 Kwh’lik bir motora bağlı redüktörde %10’luk bir tasarruf yıllık 10.000 TL.’ ye ulaşmaktadır. Bunun yanında yağ katkı maddesi uygulamasının akabinde herhangi bir redüktör motor grubunda bu yapılan işleme istinaden herhangi bir arıza elektriksel veya mekaniksel anlamında gözlemlenmemiştir.
100
Akım (A)
95 90 Haftalık ortalama
85 80 0
1
2
süre (hafta)
Şekil 5: BORONMAX M1002 redüktör yağ katkısı eklenmiş yağ ile çalıştırılan motorun zamana bağlı olarak çektiği akım
8/9
BORONMAX M1002 sadece dişli kutularında değil yataklarda da sürtünmeyi azaltarak sürtünme sonucu oluşan ısı enerjisinin azalmasına katkıda bulunacağı göz önüne alınarak Konya Çimento A.Ş. firmasında bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Konya Çimento A.Ş. gözetiminde yapılan çalışmada kırıcıların kaymalı yataklarına BORONMAX M1002 yağ katkısı eklenmiştir. BORONMAX M1002’nin eklenmesinden sonra yataktaki yağ sıcaklıklarında 10oC azalma ölçülmüş ve yağ sıcaklığının artması sonucu oluşan duruşlar azaldığı için maliyetlerde düşüş sağlanmıştır.
SONUÇ Nano boyutlu hekzagonal bor nitrür içeren BORONMAX ürünleri sürtünmenin sorun olduğu motorlarda, Makine parçalarında, aktarma organlarında vb. tüm alanlarda, çok sayıda firmada başarı ile kullanılmaktadır. Yağ katkısı için yüksek safiyeti ve nano boyuta sahip en uygun hammaddeyi üreten BORTEK, BORONMAX ürünleri ile diğer katkılardan farklı olarak tüm testlerden başarı ile geçerek müşterilerine katkı sağlamaktadır.
9/9
