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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sind im Allgemeinen auf Schmierstoffe,
und genauer auf Schmierstoffe mit funktionalisierten Nanokugeln
bzw. -sphären.
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Stand der Technik
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Ein
Schmierstoff ist eine Substanz, oft eine Flüssigkeit, die zwischen zwei
sich bewegende Oberflächen
gebracht wird, um Reibung und Abnutzung zwischen den beiden Oberflächen zu
verringern. Flüssige
Schmierstoffe wirken, indem sie Kräfte zwischen sich gegenüberliegenden
Flächen
mittels Strömungsmitteldruck übertragen,
während
feste Schmierstoffe wirken, indem sie den Kontakt oder die Reibung
zwischen sich gegenüberliegenden
Flächen reduzieren.
Schmierstoff werden in großem
Maße verwendet,
um die Betriebsdauer sich in verschiedenen dynamischen Systemen
bewegender Teile zu verlängern,
wie beispielsweise in Motoren, Getrieben, und hydraulischen Vorrichtungen.
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Verschiedene
Arten von Schmierungen können
weitgehend basierend auf dem Mechanismus des Schmiervorgangs definiert
werden. Diese Arten umfassen hydrodynamische Schmierung Mischschmierung,
Grenzflächenschmierung,
und Schmierung unter gesteigertem Druck bzw. Hochdruckschmierung.
Hydrodynamische Schmierung und Mischschmierung erhalten die Trennung
der sich bewegenden Oberflächen
jeweils durch einen dünnen bzw.
dicken Film des Schmiermittels aufrecht. Grenzflächenschmierung und Arten der
Hochdruckschmierung verwenden eine dünne, feste Schicht des Schmierstoffes,
die auf den Oberflächen
der sich bewegenden Teile ausgebildet ist. In ei nigen Fällen kann
diese dünne
Schicht festen Schmierstoffs aus Material gebildet bestehen, das
von größeren Schmierstoffpartikeln
abgeschert wurde, oder aus Produkten von aus Reaktionen hervorgegangenen Zusatzstoffen,
die in einem Strömungsmittelschmierstoff
enthaften sind.
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Nanosphärische Schmierstoffe
sind Kugeln in der Größenordnung
von Nanometern, die ausgeformt sind, um eine chemisch oder physikalisch
stabile Schmierung zwischen sich bewegenden Oberflächen bereitzustellen.
Nanosphären
können
die Reibung zwischen den Oberflächen
verringern, indem sie zwischen den sich bewegenden Oberflächen wie winzige
Kugeln in einem „Lager" wirken. Die Schmierfähigkeit
von Nanosphären
beruht zum Teil auf der Krümmung
und der geringen Größe der Nanosphären. Im
Gegensatz zu kugelförmigen
Partikeln größerer Abmessungen
beeinflusst die geringe Größe der Nanosphären im Allgemeinen
nicht die Trennung zwischen den sich bewegenden Oberflächen.
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Eine
Anwendung eines auf Nanopartikeln basierenden Schmierstoffs wird
in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2007/0004602 (im folgenden als '602er Veröffentlichung bezeichnet) an Waynick,
veröffentlicht
am 04.01.2007, beschrieben. Die '602er
Veröffentlichung
beschreibt im Allgemeinen Zusatzstoffe in Form von Nanopartikeln
als Zusatzstoffe für
die Verwendung in Ölen
und Schmierfetten. Die Zusatzstoffe können ein Carbonat wie beispielsweise
Kalziumcarbonat umfassen, ein Carboxylat, ein Phosphat, ein Sulfat,
oder eine Kombination dieser verschiedenen Materialien umfassen,
um bessere Ergebnisse als bei alleiniger Verwendung dieser Materialien
zu erzielen.
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Obwohl
die '602er Veröffentlichung
eine Spanne von Zusatzstoffen in Form von Nanopartikeln beschreibt,
bleiben dennoch Beschränkungen.
So kann beispielsweise die chemische Oberflächenreaktivität der Nanopartikel
hoch sein, was zu ungewollter Partikelanhäufung führen könnte, was wiederum die effektive
Partikelgröße steigern
könnte
und die Vorteile der geringen Abmasse der Nanopartikel verringern
könnte.
Zusätzlich
kann die chemische Zusam mensetzung der Nanopartikel möglicherweise keine
Bildung eines Schmierstoffs erlauben, der die chemischen Eigenschaften
aufweist, die geeignet sind, um Korrosion oder Abnutzung zu widerstehen.
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Die
vorliegende Veröffentlichung
zielt darauf ab, einen oder mehrere der Nachteile der bisherigen Nanopartikelschmierstoffe
zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In
einer Hinsicht bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren
zur Herstellung eines Schmierstoffs. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen
einer harten Nanosphäre
bzw. -kugel, die eine Größe von weniger
als ungefähr
500 nm aufweist. Das Verfahren umfasst auch, dass die Nanokugel
einer Strahlungsenergie ausgesetzt wird, um zumindest teilweise
einen funktionellen Wirkstoff an die Oberfläche der Nanokugel zu binden.
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In
einer anderen Hinsicht bezieht sich die vorliegende Offenbarung
auf einen Schmierstoff, der eine harte Nanokugel aufweist, die eine
Größe von weniger
als ungefähr
500 nm besitzt. Der Schmierstoff weist auch einen funktionalen Wirkstoff
auf, der mittels Strahlungsenergie zumindest teilweise an eine Oberfläche der
Nanokugel gebunden ist.
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In
noch einer weiteren Hinsicht bezieht sich die vorliegende Veröffentlichung
auf einen Schmierstoff. Der Schmierstoff weist ein Basisöl und einen Schmierstoffzusatz
auf. Der Schmierstoff weist auch eine keramische Nanokugel auf,
die eine Größe von weniger
als ungefähr
500 nm aufweist, und einen funktionalen Wirkstoff, der durch Mikrowellenenergie zumindest
teilweise an eine Oberfläche
der Nanokugel gebunden ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
begleitenden Zeichnungen, die in dieser Beschreibung enthalten sind
und einen Teil davon bilden, verdeutlichen beispielhafte Ausführungsbeispiele
der Veröffentlichung
und dienen zusammen mit der geschriebenen Beschreibung zur Erklärung der
Prinzipien des veröffentlichten
Systems.
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1 zeigt
zwei sich relativ zueinander bewegende Oberflächen, die einen Schmierstoff
gemäß eines
beispielhaften vorliegenden Ausführungsbeispiels
aufweisen.
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2 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
der beiden Oberflächen
der 1.
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3 zeigt
einen Prozess zur Herstellung von Nanokugeln gemäß einem beispielhaften veröffentlichten
Ausführungsbeispiel.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt
zwei beispielhafte Oberflächen 10,
die sich relativ zueinander bewegen, und einen Schmierstoff 20,
wobei ein gewisser reibungsbehafteter Kontakt zwischen den Oberflächen 10 auftritt. Die
Oberflächen 10 können Teil
eines Bauteils oder einer Maschine sein, die gestaltet ist, um eine
mechanische Tätigkeit
auszuführen.
Nicht einschränkende
Beispiele der Oberflächen
können
Kontaktflächen
eines Kolbens bzw. Kolbenbodens und einer Zylinderwand im Brennraum
eines Motors umfassen, miteinander in Eingriff tretende Oberflächen einer Getriebeanordnung,
hydraulische Bauteile, oder andere sich gegenüberliegende Oberflächen, die
einer Relativbewegung unterliegen.
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Der
Schmierstoff 20 kann zumindest teilweise auf oder zwischen
den Oberflächen 10 vorgesehen
sein. In einigen Fällen
kann der Schmierstoff 20 die Reibung verringern, indem
er einen schützenden Film
auf den Oberflächen 10 bildet.
In einigen Ausführungsbeispielen
könnte
der Schmierstoff 20 Kraftstoffen oder anderen Arten von
Strömungsmitteln
zugesetzt werden. Beispielsweise könnte der Schmierstoff 20 Benzin,
Dieselkraftstoff, Kraftstoff für
Zweitaktmotoren, Biokraftstoffen, oder jedem anderen brennbaren
Strömungsmittel
zugesetzt werden.
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Der
Schmierstoff 20 könnte
jede flüssige Substanz
sein, die zwischen die Oberflächen 10 eingebracht
wird, um die Reibung oder Abnutzung dazwischen herabzusetzen. In
einigen Ausführungsbeispielen
kann der Schmierstoff 20 aus mehreren verschiedenen Substanzen
zusammengesetzt sein. Der Schmierstoff 20 kann eine Flüssigkeit
aufweisen, wie beispielsweise ein orga nisches Öl (z. B. pflanzliche Öle, Keim-
bzw. Kernöle,
und Mineralöle),
auf Kohlenwasserstoffen basierende Öle (z. B. auf fossilen Kraftstoffen
basierende Öle),
synthetische Flüssigkeiten
(z. B. hydrierte Polyolefine, Ester, Silikone, und fluorierte Kohlenwasserstoffe),
oder andere geeignete Arten von Flüssigkeiten. Die Zusammensetzung des
Schmierstoffs 20 kann abhängig sein von der Art der zu
schmierenden Oberflächen 10,
den Betriebsbedingungen, der erwarteten Betriebslebensdauer der
mechanischen Bauteile, und anderen Parametern.
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Der
Schmierstoff 20 kann auch eine Mischung von flüssigen und
festen Schmierstoffen aufweisen. In einigen Fällen kann der Schmierstoff 20 vollkommen
aus einem festen Schmierstoff zusammengesetzt sein. In anderen Ausführungsbeispielen könnte der
Schmierstoff 20 eine Suspension eines festen Schmierstoffs
in einem flüssigen
Medium darstellen. Solche festen Schmierstoffe können im Wesentlichen kugelförmige Feststoffpartikel
mit einer Größe unterhalb
eines Mikrometers aufweisen, wie unten detailliert beschrieben.
Insbesondere können feste
Schmierstoffe harte, im Wesentlichen kugelförmige, keramische Partikel
mit einer Größe im Nanometerbereich
aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen
können
diese festen Schmierstoffe mit Mikrowellenenergie behandelt werden,
um physikalische oder chemische Eigenschaften, die mit dem Schmierstoff 20 assoziiert
sind, zu funktionalisieren und zu verbessern.
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Zusätzlich können verschiedene
Zusatzstoffe mit dem Schmierstoff 20 gemischt werden. Einer oder
mehrere verschiedene Zusatzstoffe können darauf abgestimmt sein,
eine gewünschte
chemische oder physikalische Eigenschaft des Schmierstoffs 20 zu
verbessern. Beispielsweise können
einige Zusatzstoffe darauf abgestimmt sein, um die Viskosität, die Widerstandsfähigkeit
gegen Korrosion oder Oxidation, die Verschleißtoleranz, die Wärmeübertragung, oder
andere geeignete Eigenschaften zu verbessern.
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2 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
der Oberflächen 10 der 1.
Der Schmierstoff 20 ist zwischen den Oberflächen 10 vorgesehen
gezeigt, und weist eine Vielzahl von Nanokugeln 30 innerhalb eines
flüssigen
Mediums 40 auf. Die Nanokugeln 30 bzw. Nanosphären können jeden
festen Schmierstoff umfassen, wie zuvor beschrieben wurde, und unten detaillierter
beschrieben werden wird. Das flüssige Medium 40 kann
jede flüssige,
als Schmierstoff dienende Substanz umfassen, wie zuvor beschrieben, wie
beispielsweise organische Öle,
auf Kohlenwasserstoff basierende Öle, synthetische Flüssigkeiten, und
Zusatzstoffe umfassen. Das flüssige
Medium 40 kann dazu dienen, die Nanokugeln 30 in
Suspension zu halten, um zumindest teilweise die Zusammenballung
der Nanokugeln 30 zu verhindern. Das flüssige Medium 40 kann
auch als Schmiermedium in Arten der hydrodynamischen oder Mischschmierung
dienen. In einigen Fällen
kann das flüssige
Medium 40 dazu dienen, um Wärme von den Oberflächen 10 abzuführen. Das
flüssige
Medium 40 kann ebenso eine flüchtige Flüssigkeit aufweisen, die gestaltet
wurde, um zumindest teilweise zu verdampfen, um die Nanokugeln 30 zwischen
den Oberflächen 10 zu
konzentrieren. In noch weiteren Ausführungsbeispielen kann das flüssige Medium 40 aus
dem Schmierstoff 20 weggelassen werden.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
kann das flüssige
Medium 40 eine chemische Verbindung (nicht gezeigt) enthalten.
Die chemische Verbindung kann ausgewählt werden, um gewünschte chemische
oder physikalische Eigenschaften des Schmierstoffs 20 bereitzustellen
oder zu verbessern, wie beispielsweise die Widerstandsfähigkeit
gegen Abnutzung oder Korrosion. Beispielsweise könnte die chemische Verbindung
als Oberflächenstabilisator
dienen, um die Oberflächenenergie
der Nanokugeln 30 zu verringern, und ihre Neigung zu verringern,
sich zusammen zu ballen. Geeignete chemische Verbindungen können phosphatbasierte,
aminbasierte, sulfatbasierte, oder borbasierte Wirkstoffe umfassen. Nicht
einschränkende
Beispiele von Materialien, die als chemische Verbindungen verwendet
werden können,
können
Zinkdialkylzinkdithiophosphat (ZDDP), Natriumtripolyphosphat, Kaliumdiphosphat,
und 2-Ethylhexylmolybdändithiophosphat
umfassen. Wie gemäß Stand
der Technik bekannt, kann mehr als eine chemische Verbindung verwendet
werden.
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Der
Schmierstoff 20 kann eine Vielzahl von Nanokugeln 30 jeder
im Allgemeinen kugelförmigen Form
aufweisen. Wie hier definiert, kann eine Nanokugel jeden im Allgemeinen
kugelförmigen
Partikel mit einer Größe unter
500 nm umfassen. Da Nanokugeln im Allgemeinen eine kugelförmige Gestalt
aufweisen, kann sich die Größe auf einen
ungefähren äußeren Durchmesser
oder auf eine ungefähre
Breite einer Nanokugel beziehen. In einigen Ausführungsbeispielen können die
Nanokugeln 30 einen Bestand umfassen, der eine Spanne von
Größen unter
ungefähr
500 nm aufweist. In anderen Ausführungsbeispielen
kann eine Mehrzahl der Nanokugeln 30 eine Größe aufweisen,
die geringer ist als ungefähr
500 nm. In noch weiteren Ausführungsbeispielen können die
Nanokugeln 30 einen Bestand umfassen, der eine durchschnittliche
Größe unter
ungefähr
200 nm aufweist.
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Die
Nanokugeln 30 können
hart sein, wobei die Nanokugel 30 im Wesentlichen widerstandsfähig gegen
eine andauernde Verformung ist. Harte Partikel sind im Allgemeinen
widerstandsfähiger
gegen Verformung als weiche Partikel, wie beispielsweise Gele oder
andere Materialien mit elastischen oder plastischen Verformungseigenschaften.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
können
die Nanokugeln 30 in Partikel geformt werden, die im Wesentlichen
gleichförmig
sind und aus dicht gepackter Materie bestehen. In anderen Ausführungsbeispielen
können
die Nanokugeln 30 porös
sein, wobei innere Leer- oder Hohlräume in der im Wesentlichen
gleichförmigen
Struktur der Nanokugeln 30 existieren. Weiterhin können die
Hohlräume
(nicht gezeigt) der Nanokugeln 30 zumindest teilweise mit anderen
Materialien gefüllt
sein, wie beispielsweise den zuvor beschriebenen chemischen Verbindungen.
In anderen Ausführungsbeispielen
können
die Oberflächen
der Hohlräume
der Nanokugeln 30 funktionalisiert sein, wie unten genauer
beschrieben.
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Die
Nanokugeln 30 können
aus jedem geeigneten Material geformt sein, das in der Lage ist,
ein hartes Partikel zu bilden, wie beispielsweise einem keramischen
Material. Solche Materialien können
gemäß Stand
der Technik be kannte Materialien beinhalten, gewöhnlicherweise als feste Schmiermittel verwendete
Materialien, oder Materialien, die in der Lage sind, harte, im Wesentlichen
kugelförmige
Partikel mit einer Größe im Nanometerbereich
zu bilden. Ein keramisches Material kann beispielsweise einzelne
Oxide, Karbide, Nitride, oder intermetallische Materialien beinhalten.
Einzelne Oxidmaterialien können
Aluminiumoxid (Al2O3),
Zirkondioxid (ZrO2), Titandioxid (TiO2), Magnesiumoxid (MgO), Siliziumdioxid (SiO2), Mullit (3Al2O3·2
SiO2), Spinell (MgO·Al2O3), oder ähnliche
Materialien umfassen. Karbidmaterialien können Siliziumkarbid (SiC),
Borkarbid (B4C), Titankarbid (TiC), oder ähnliches
Material umfassen. Nitridmaterialien können Bornitrid (BN), Siliziumnitrid (Si3N4) oder ähnliches
Material umfassen. Intermetallische Materialien können Nickel-Aluminide (NiAl, Ni3Al), Titan-Aluminide (TiAl, Ti3Al),
Molybdändisilizide
(Mo-Si2),
oder ähnliches
Material umfassen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
können
die Nanokugeln 30 eine oder mehrere gesinterte Oberflächen 35 aufweisen.
Die gesinterte Oberfläche 35 kann
jeden Bereich der Nanokugel 30 umfassen. Beispielsweise
könnte
die gesinterte Oberfläche 35 einen
Bereich der Nanokugel 30 umfassen, der sich zumindest teilweise über die
Begrenzungsfläche
der Nanokugel 30 erstreckt, wie in 2 gezeigt.
Da die Nanokugeln 30 innere Hohlräume aufweisen können, kann
die gesinterte Oberfläche 35 eine
oder mehrere innere Oberflächen 35 (nicht
gezeigt) der Nanokugel 30 aufweisen.
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Die
gesinterte Oberfläche 35 kann
unter Verwendung geeigneter Herstellungsmethoden auf einer oder
mehreren Nanokugeln 30 gebildet werden, wie unten genauer
beschrieben. Die gesinterten Oberflächen 35 können eine
geeignete Funktionalisierung der Nanokugeln 30 bereitstellen.
Funktionalisierung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Prozess,
durch den chemisch funktionale Gruppen an eine Oberfläche der
Nanokugeln 30 gebunden werden. Die Funktionalisierung der
Nanokugeln 30 an sich kann das Hinzufügen von chemisch funktionalen
Gruppen zu zumindest einem Teil der inneren und/oder äußeren Oberflächen der
Nanokugeln 30 umfassen.
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Die
Funktionalisierung der Nanokugeln 30 kann verschiedene
chemische oder physikalische Eigenschaften des Schmierstoffs 20 bereitstellen
oder verbessern. Beispielsweise können die Nanokugeln mit bestimmten
funktionale Gruppen versehen werden, um die Stabilisierung zu verbessern,
wobei die Neigung der Nanokugeln 30, sich zusammenzuballen,
teilweise verringert werden kann. Zudem können den Nanokugeln funktionale
Gruppen hinzugefügt werden,
um die Wärmeübertragung,
die Geräuschdämpfung,
die Korrosionsbeständigkeit,
oder andere gewünschte
Eigenschaften zu verbessern.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
können den
Nanokugeln 30 eine oder mehrere funktionale Gruppen hinzugefügt werden.
Zusätzlich
können
Nanokugeln 30 verschiedener Größe oder Porosität gestaltet
sein, um verschiedene Mengen funktionaler Gruppen zurückzuhalten,
und somit verschiedene Stufen der Funktionalisierung darstellen.
Beispielsweise kann eine hoch poröse Nanokugel 30 mit
mehr funktionalen Gruppen funktionalisiert werden als eine weniger
poröse
Nanokugel 30 ähnlicher
Größe. Solche
variablen Eigenschaften können
es zulassen, dass Nanokugeln 30 präzise auf bestimmte Anwendungen
zugeschnitten werden, wie unten beschrieben.
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3 zeigt
ein Verfahren 45 zur Herstellung von Nanokugeln 30.
Unbehandelte Nanokugeln 50 können in eine Verarbeitungskammer 60 gebracht werden.
Die Kammer 60 kann jede Vorrichtung sein, die gestaltet
ist, um unbehandelte Nanokugeln 50 mit Strahlungsenergie
zu behandeln. In einigen Ausführungsbeispielen
kann die Strahlungsenergie Mikrowellenenergie beinhalten. Beispielsweise
kann die Kammer 60 eine von Milestone (Monroe, CT) hergestellte
Ethos1600-Vorrichtung beinhalten. Insbesondere kann die Strahlungsenergie
primär
Mikrowellenenergie umfassen, wobei der Großteil der Strahlung im Mikrowellenbereich
liegt. Mikrowellenenergie kann jede Form von Energie beinhalten,
die eine Wellenlänge
im Bereich von 30 cm bis 1 mm aufweist.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
kann das Verfahren 45 Mikrowellenenergie verwenden, um eine
Oberfläche
der unbehandelten Nanokugeln 50 zumindest teilweise zu
sintern. Das Sintern kann zu Bindungen zwischen einer Oberfläche der
Nanokugeln und einem oder mehreren ausgewählten funktionalen Wirkstoffen 70 führen. Die
Anwendung von Mikrowellenenergie, die Zeit, während der unbehandelte Nanokugeln 50 der
Mikrowellenenergie ausgesetzt sind, und andere mit dem Prozess des
Oberflächensinterns
assoziierte Parameter können
innerhalb der Kammer 60 optimiert werden. Ein solcher Prozess
kann gestaltet werden, um der Oberfläche der Nanokugeln ausreichend
Wärme zuzuführen. Wärme kann
benötigt
werden, um Aktivierungsenergien der Reaktionspartner zu überwinden
und eine Bindungsreaktion auf der Oberfläche der Nanokugeln anzustoßen. Beispielsweise
kann die Kammer 60 die Reaktionspartner für 10 Minuten
auf 150°C
erwärmen,
oder für
20 bis 60 Minuten auf 200°C,
oder für
30 bis 60 Minuten auf 250°C,
in Abhängigkeit
vom Ausmaß der
benötigten
Oberflächenreaktion.
Die funktionale Gruppe des funktionalen Wirkstoffs 70 kann
somit an die Oberfläche
der Nanokugel gebunden werden, was zu einer Funktionalisierung der
entstehenden Nanokugeln 30 führt. Weiterhin kann sich auch
einer oder mehrere der in der Kammer 60 gebildeten Reaktionspartner
an die Nanokugeln 30 binden, um eine gewisse Funktionalisierung
bereitzustellen. Die Nanokugeln 30 können steuerbar für bestimmte
Anwendungen in verschiedenen tribologischen und schmiermitteltechnischen
Anwendungen hergestellt werden.
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Die
Kammer 60 kann ebenfalls eingerichtet sein, um unbehandelte
Nanokugeln 50 mit einem oder mehreren funktionalen Wirkstoffen 70 zu
kombinieren. Die funktionalen Wirkstoffe 70 können eine Verbindung
aufweisen, die eine oder mehrere funktionale Gruppen umfasst, die
mit unbehandelten Nanokugeln 50 zur Reaktion gebracht werden
können, um
funktionalisierte Nanokugeln 30 zu bilden, wie oben beschrieben.
Die funktionalen Wirkstoffe 70 können verwendet werden, um unbehandelte
Nanokugeln 50 zu funktionalisieren, um eine oder mehrere der
folgenden Eigenschaften zu verbessern, wie Korrosionsschutz, Rostschutz,
Druck, Verschleiß,
oder andere Eigenschaften der Nanokugeln 30. Beispielsweise
können
die funktionalen Wirkstoffe 70 eines oder mehrere der Folgenden
umfassen: Metalldithiophosphate, Metalldithiocarbamate, Metallsulfonate, Thiadiazole,
geschwefelte Terpene, Metallsulfo nate, Alkylamine, Alkylaminphosphate,
Alkenylbernsteinsäuren,
Fettsäuren,
saure Phosphatester, Alkylsulfide, Polysulfide, geschwefelte Fettsäuren, chlorierte Fettsäuren, chlorierte
Paraffinwachse, Alkylphosphite, Alkylphosphate, aschefreie Dithiophosphate,
Karboxylate, Metalltriborate, chlorierte Wachse, Bleinaphtenate,
oder Kombinationen davon. Der funktionale Wirkstoff 70 kann
fest, flüssig,
gasförmig,
oder eine gelförmige
Art von Material sein.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
können
im Handel erhältliche,
unbehandelte Nanokugeln 50 innerhalb der Kammer 60 mit
einem oder mehreren funktionalen Wirkstoffen 70 kombiniert
werden. Diese Mischung kann vor, nach oder während der Mischung mit Strahlungsenergie
einem oder mehreren Heiz- und/oder
Kühlschritten
unterzogen werden. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass die Verarbeitung
unter kontinuierlichem oder unterbrochenem Rühren der unbehandelten Nanokugeln 50 und
der funktionalen Wirkstoffe 70 durchgeführt werden kann.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
kann die Kammer 60 mehrere Abteilungen aufweisen, die gestaltet
sind, um die Nanokugeln derart zu behandeln, dass die Herstellung
der Nanokugeln in mehreren Schritten erfolgen kann. Eine erste Kammer
(nicht gezeigt) könnte
beispielsweise eingerichtet sein, um unbehandelte Nanokugeln 50 unter
ausgewählten Bedingungen
Strahlungsenergie auszusetzen. Die Nanokugeln können dann einem oder mehreren funktionalen
Wirkstoffen ausgesetzt werden und wahlweise für bestimmte Zeiten erhitzt
werden. Überwachung,
Probenentnahme, und andere Kontrolltechniken können angewendet werden, um
eine geeignete Herstellung der Nanokugeln 30 sicherzustellen.
Beispielsweise können
verschiedene Filter (nicht gezeigt) verwendet werden, um sicherzustellen,
dass die Nanokugeln 30 eine im Wesentlichen gleichmäßige Größe aufweisen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
kann der ganze oder im Wesentlichen der ganze Schmierstoff 20 aus
Nanokugeln 30 bestehen. Wenn beispielsweise ein im Allgemeinen
fester Schmierstoff gewünscht wird,
können
die aus der Kammer 60 stammenden Nanokugeln 30 als
Schmierstoff 20 verwendet wer den. In anderen Ausführungsbeispielen,
in denen ein flüssiger
Schmierstoff gewünscht
ist, kann der Schmierstoff 20 durch Nanokugeln 30 und
ein flüssiges
Medium 40 gebildet werden.
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Das
Verfahren 45 kann optional das Mischen der in der Kammer 60 hergestellten
Nanokugeln 30 mit dem flüssigen Medium 40 in
einer Mischmaschine 80 zur Herstellung des Schmierstoffs 20 umfassen. Die
Mischmaschine 80 kann jede geeignete Vorrichtung umfassen,
die eingerichtet ist, um die Nanokugeln 30 und das flüssige Medium 40 zu
kombinieren. Beispielsweise kann die Mischmaschine 80 einen mechanischen
Mischer, einen Ultraschallmischer, oder jeden anderen, gemäß Stand
der Technik bekannten Mischer umfassen.
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Das
flüssige
Medium 40 kann jegliches organische Öl, ein auf Kohlenwasserstoffen
basierendes Öl,
oder eine synthetische Flüssigkeit
umfassen, wie zuvor beschrieben. Verschiedene Zusatzstoffe (nicht gezeigt)
können
ebenfalls mit dem flüssigen
Medium 40 gemischt werden. Diese Zusatzstoffe können eine oder
mehrere gewünschte
Eigenschaften des Schmierstoffs 20 verbessern. Die Zusatzstoffe
können
beispielsweise dazu dienen, die Oberflächen 10 vor Rost und/oder
Abnutzung zu schützen,
die Eigenschaften des Schmierstoffs 20 für bestimmte
Anwendungen zu verbessern, und den Schmierstoff 20 vor Oxidation
zu schützen.
Diese Zusatzstoffe können Säureneutralisatoren,
Antischaummittel, Antioxidationsmittel, Rostschutzmittel, Korrosionsschutzmittel, Reinigungsmittel,
Lösungsmittel,
Emulgatoren, Hochdruckzusatzstoffe, Viskositätsverstärker, Stockpunktsenker (Pourpointsenker),
Benetzungsmittel, Mittel zur Steigerung des Viskositätsindex,
und/oder jegliche andere, gemäß Stand
der Technik bekannte Zusatzstoffe für Schmiermittel umfassen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
kann der Schmierstoff 20 weiteren, verschiedenen Herstellungsprozessen
(nicht gezeigt) unterzogen werden. Beispielsweise kann ein Überwachungsprozess
angewendet werden, um verschiedene physikalische und/oder chemische
Eigenschaften des Schmier stoffs zu messen, wie beispielsweise Viskosität, Anteil
an Nanokugeln, Schmierfähigkeit,
etc. In einigen Ausführungsbeispielen
kann etwas des Schmierstoffs 20 in die Kammer 60 zurück oder
in einen anderen Verarbeitungsschritt geleitet werden, um, basierend
auf Ausgabewerten eines Überwachungsprozesses,
weiter verarbeitet zu werden. Ein weiterer Prozess könnte einen
Reinigungsprozess beinhalten, in dem Verunreinigungen und anderes
unerwünschte
Material aus dem Schmierstoff 20 entfernt werden könnte. Ein
solcher Prozess könnte
das Herausfiltern verschieden großer Nanopartikel unerwünschter
Größe oder
Eigenschaft umfassen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Nanokugeln 30 können Schmierstoffen, Kraftstoffen,
anderen Strömungsmitteln
oder Kombinationen davon zugesetzt werden. Wie zuvor beschrieben,
kann der Schmierstoff 20 verwendet werden, um die Reibung
oder den Verschleiss zwischen jeglichen beweglichen Teilen zu verringern.
Der Schmierstoff 20 kann harte Nanokugeln 30 aufweisen,
die dazu dienen können,
die Trennung der Oberflächen 10 verschiedener
sich bewegender Teile zumindest teilweise aufrecht zu erhalten.
Die Nanokugeln 30 können
auch die Reibung zwischen Oberflächen 10 verringern,
indem sie wie „Kugeln" in einem „Kugellager" als Schnittstelle
zwischen den Oberflächen 10 wirken.
Die tribologischen Eigenschaften des Schmierstoffs 20 können durch
neuartige Eigenschaften der Nanokugeln 30, die aufgrund
ihrer Abmaße
und/oder ihrer funktionalisierten Oberflächen hervortreten, ebenfalls
gesteigert werden.
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Verschiedene
Strömungsmittel
können
Nanokugeln 30 aufweisen, wie hier beschrieben, wobei die
Nanokugeln 30 eine oder mehrere funktionale Gruppen umfassen
können.
Funktionale Gruppen können
Verbindungen umfassen, die gestaltet sind, um verschiedene gewünschte Eigenschaften
solcher Strömungsmittel
hervorzurufen oder zu steigern. Beispielsweise können funktionale Gruppen die
Verschleiss- oder Reibungseigenschaften, die Wärmeübertragung, die Widerstandsfähigkeit
gegen Korrosion steigern, die Emissionen verringern, die Lärmdämpfung,
oder andere Eigenschaften des Schmierstoffs 20 steigern.
Insbesondere können
diese funktionalen Gruppen als Oberflächenstabilisatoren dienen,
um die Neigung der Nanokugeln, sich zusammenzuballen, zu verringern.
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Die
Nanokugeln 30 können
gesinterte Oberflächen 35 aufweisen,
die eine oder mehrere der verschiedenen funktionalen Gruppen aufweisen.
Das Sintern kann die Behandlung der Nanokugeln mit Strahlungsenergie
und insbesondere mit Mikrowellenenergie umfassen. Mikrowellenenergie,
die auf eine Mischung funktionaler Mittel 70 und unbehandelter Nanokugeln 50 aufgebracht
wird, kann zu einer gesinterten Oberfläche führen, wobei die funktionalen Gruppen
an innere oder äußere Oberflächen der
Nanokugeln 30 gebunden sind. Der Herstellungsprozess kann
gesteuert und modifiziert werden, um Nanokugeln 30 mit
einer oder mehreren Arten verschiedener Ebenen bzw. Levels von funktionalen
Gruppen zu bilden. Die Gegenwart bzw. das Vorhandensein unterschiedlicher
Mengen geeignet geformter Nanokugeln 30 kann verschiedene
physikalische oder chemische Eigenschaften des Schmierstoffs 20 hervorrufen
oder steigern.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Änderungen an
den offen gelegten Nanokugeln 30, oder dem Schmierstoff 20 vorgenommen
werden können.
Andere Ausführungsbeispiele
werden dem Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung und der
Ausführung
der hierin offen gelegten Nanokugeln 30 oder des Schmierstoffs 20 offensichtlich
sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibungen und Beispiele
nur beispielhaft betrachtet werden sollen, wobei ihr wahrer Umfang
durch die folgenden Ansprüche
und ihre Entsprechungen angezeigt wird.