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Superschmierung im Mikromaßstab mit Graphit und hexagonalem Bornitrid

Apr 15, 2020

Reibung und Verschleiß sind zwei Hauptursachen für Energieverlust und Komponentenversagen im mechanischen System. Beim horizontalen Bohren von Bohrlöchern führt die hohe Reibung zwischen dem Bohrwerkzeug und der Bohrlochwand und dem Gehäuse zu vielen Komplikationen, wie z. B. Haltedruck, Auslösewiderstand, langsame mechanische Bohrgeschwindigkeit, Verschleiß des Bohrwerkzeugs usw., die schwerwiegend sind wirkt sich auf die Verlängerungslänge des horizontalen Abschnitts aus. Traditionelle Methoden zur Verringerung der Reibung umfassen flüssige Schmiermittel, die unter starker Bindungskraft und extremer Umgebung (hohe Temperatur, chemische Verschmutzung, Vakuum usw.) versagen. Die strukturelle Überschmierung (Reibungskoeffizient< 0.="" 01)="" bietet="" eine="" praktikable="" methode="" zur="" reduzierung="" von="" reibung="" und="" verschleiß.="" dieses="" verfahren="" hängt="" hauptsächlich="" von="" der="" wirksamen="" verringerung="" der="" seitenkraft="" des="" asymmetrischen="" starren="" kristallkontakts="" ab.="" wissenschaftler="" haben="" vor="" einem="" jahrzehnt="" erstmals="" nanostrukturen="" in="" homogenem="" graphit="" entdeckt.="" nach="" langjähriger="" forschung="" ist="" die="" anisotropie="" der="" homogenen="" harten="" grenzfläche="" das="" haupthindernis="" für="" die="" breite="" anwendung="" der="" strukturellen="" superschmierung.="" selbst="" wenn="" sie="" sich="" in="" einem="" asymmetrischen="" zustand="" mit="" extrem="" geringer="" reibung="" befinden,="" bewegen="" sie="" sich="" durch="" rotation="" in="" einen="" gleichmäßigen="" zustand="" mit="" hoher="" reibung.="" der="" schweregrad="" dieses="" problems="" hängt="" von="" der="" kontaktgröße="" ab.="" wenn="" dieses="" problem="" gelöst="" werden="" kann,="" wird="" erwartet,="" dass="" eine="" superschmierung="" im="" makromaßstab="" erreicht="" wird="" und="" dann="" im="" bereich="" der="" bohrtechnik="" das="" langfristige="" problem="" der="" großen="" reibung="" und="" des="" großen="" drehmoments="" in="" langen="" horizontalen="" bohrlöchern="" gelöst="">

Zheng Quanshui, Professor an der Tsinghua-Universität, hat die strukturelle Superschmierung im Mikrokristall-Heteroübergang realisiert, die eine Grundlage für die weitere Realisierung der Makro-Superschmierung bildet.Die experimentellen Ergebnisse der Grenzfläche zwischen Graphit und hexagonalem Bornitrid zeigen, dass der Kontakt zwischen Graphit und hexagonalem Bornitrid unter äußerer Belastung konsistent ist und die Struktur supergeschmiert ist.Die im Heteroübergang beobachtete Reibungsanisotropie ist um mehrere Größenordnungen kleiner als die im homogenen Teil gemessene. Die Atomsimulation zeigt auch, dass der Reibungsmechanismus in diesen beiden Fällen aus zwei völlig unterschiedlichen dynamischen Zuständen stammt. Die Strukturüberschmierung wird experimentell im Mikrokristall-Heteroübergang realisiert, der eine Grundlage für die weitere Realisierung der makroskopischen Superschmierung bildet. Die experimentellen Ergebnisse der Grenzfläche zwischen Graphit und hexagonalem Bornitrid zeigen, dass der Kontakt zwischen Graphit und hexagonalem Bornitrid unter äußerer Belastung konsistent ist und die Struktur supergeschmiert ist. Die im Heteroübergang beobachtete Reibungsanisotropie ist um mehrere Größenordnungen kleiner als die im homogenen Teil gemessene. Die Atomsimulation zeigt auch, dass der Reibungsmechanismus in diesen beiden Fällen aus zwei völlig unterschiedlichen dynamischen Zuständen stammt.

Wenn nachgewiesen ist, dass Graphit und hexagonales Bornitrid eine Superschmierung im Makromaßstab erreichen können, können sie als Beschichtungen auf die Oberfläche von Bohrwerkzeugen gesprüht werden, wodurch der Reibungskoeffizient zwischen Bohrwerkzeugen, Gehäusen und Bohrlochwänden erheblich verringert und das Problem gründlich gelöst wird von hoher Reibung in langen horizontalen Brunnen.