Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia nano tin trong dầu bôi trơn đến khả năng hồi phục bề mặt chi tiết bị mòn

56
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM 
LƯỢNG PHỤ GIA NANO TiN TRONG DẦU BÔI TRƠN 
ĐẾN KHẢ NĂNG HỒI PHỤC BỀ MẶT CHI TIẾT BỊ MÒN 
EXPERIMENTAL RESEARCH ON EFFECT OF NANO‐TiN 
ADDITIVES CONTENT IN LUBRICATION OIL TO THE 
SELF-REPAIRING OF SURFACE ELEMENTS 
Nguyễn Đình Cương, Đỗ Công Đạt
Email: nguyencuong1111980@gmail.com 
Trường Đại học Sao Đỏ
Ngày nhận bài: 8/6/2018 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 23/9/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2018
Tóm tắt
Với sự phát triển của công nghệ nano, vật liệu nano đã được sử dụng rộng rãi trong dầu bôi trơn. Bổ 
sung hàm lượng 0,5% phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn, sử dụng thiết bị bốn bi MRS-10A, thí nghiệm 
với điều kiện vận tốc khác nhau. Thông qua máy đo đường kính vết mòn, kính hiển vi đồng tiêu (LCSM) 
và máy phổ tán sắc năng lượng (EDX) phân tích khả năng giảm ma sát mài mòn và tự hồi phục bề mặt 
chi tiết. Dựa trên cơ sở kết quả thí nghiệm, tiếp tục khảo sát hàm lượng chất phụ gia nano TiN trên động 
cơ diesel trong thời gian 30 phút với các tốc độ khác nhau để đánh giá mức độ giảm công ma sát dẫn 
đến giảm nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ, công suất động cơ tăng, chi phí nhiên liệu giảm, tiết kiệm tài 
nguyên và kéo dài tuổi thọ của động cơ.
Từ khóa: Vật liệu nano; tự hồi phục; chất phụ gia nano TiN; động cơ diesel.
Abstract
With the development of nanotechnology, nano lubricating materials have been widely used as 
lubricating additive in lubricant. Experimental results indicate that the amount of 0.5% TiN in lubricants. 
The tribological behavior of TiN nanoparticle as lubricating additives was studied in MRS-10A four-
ball frictional apparatus. Experiments were established with different velocity conditions. The frictional 
wear behavior and self-repair characteristic was analyzed by using Grinding Spot measurement system, 
Laser Scanning Confocal Microscope (LCSM) and EDX measurement instruments. The derived results 
are used to survey the content of TiN nano additives in diesel engine for 30 minutes with different speeds 
to evaluate the frictional reduction lower lubricant temperature, incrising power of the engine, reducing 
specific fuel costs thereby able to enhance life cycle of engine and more energy-saving compared to 
normal lubricants.
Keywords: Nano materials; self-repairing; TiN nano additive; diesel engine.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Trong quá trình chuyển động, ma sát mài mòn là 
một hiện tượng luôn tồn tại trong các thiết bị máy 
móc. Ở các quốc gia như Mỹ, Anh, Đức và các 
nước phát triển khác, hằng năm ma sát hao mòn 
gây thiệt hại cho tổng sản phẩm quốc dân (GNP) 
chiếm 2÷7% [1]. Các điều tra đã phân tích và kết 
luận, khi ứng dụng những nghiên cứu chống ma 
sát mài mòn sẽ làm giảm thiệt hại GNP từ 1,0% 
đến 5,6% [2].
1.1. Phân bố công suất trong ô tô
Theo Priest M [3], phân bố công suất cho các hệ 
thống, các cặp ma sát của xe ô tô hạng trung: 
Tổng năng lượng sản sinh là 32 kW sẽ chi phí cho 
bánh xe là 3,8 kW; ma sát do hệ thống cơ khí 4,9 
kW, còn lại là chủ yếu do thất thoát nhiệt. Taylor C 
M [4] đã nghiên cứu và chứng minh ma sát trong 
động cơ được phân bố như sau: ma sát hao mòn 
của các van cơ khí chiếm 12%; các ổ trục và ổ 
lăn chiếm 32%; đặc biệt cụm piston-xecmăng và 
xilanh hao mòn chiếm 56%. Học giả người Anh 
Người phản biện: 1. PGS.TS. Nguyễn Doãn Ý
 2. TS. Vũ Hoa Kỳ
57
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
Andersson BS [5] nghiên cứu xe khách loại nhỏ và 
trung bình về phân bổ năng lượng sản sinh ra từ 
khi đốt cháy nhiên liệu: 12% chi phí để xe chuyển 
động; 15% hao tổn để khắc phục ma sát. Dựa 
vào số liệu của học giả Anh phân tích, nếu giảm 
ma sát 20% thì sẽ tiết kiệm lượng tiêu hao nhiên 
liệu là 3%.
Học giả Nhật Bản Nakasa [6] nghiên cứu về phân 
bố tổn thất ma sát các cặp ma sát trong động cơ 
hạng trung (dưới 1200cc). Tỷ lệ được phân như 
sau: cơ cấu truyền động là 11,5%; ổ lăn: 5,0%; 
các loại van 6,0%; ổ trục: 11,5%; xecmăng 19,0%; 
phần váy piston: 47,0%.
1.2. Các nghiên cứu phụ gia nano trong dầu 
bôi trơn 
Một số quốc gia: Nhật Bản, Mỹ, Nga, Trung 
Quốc đặc biệt coi trọng nghiên cứu chất phụ gia 
nano tự hồi phục. Chất phụ gia tự hồi phục này 
được áp dụng ở lĩnh vực quân sự như: trên máy 
bay, chiến hạm, trên ô tô làm giảm ma sát, mòn, 
tiết kiệm nhiên liệu, tăng tuổi thọ, ngoài ra còn 
giảm được tiếng ồn [7]. Đặc biệt được ứng dụng 
nhiều cho các cặp ma sát của thiết bị máy trong 
nhà máy hạt nhân, các hầm mỏ có chất phóng xạ, 
trạm NaSa [8].
Nhật Bản rất quan tâm nghiên cứu ứng dụng chất 
phụ gia nano tự hồi phục trên ô tô, tập trung ứng 
dụng vào động cơ ô tô và bộ phận chuyển động 
của ô tô [9]. Ở Mỹ, Christopher DellaCorte [10] 
nghiên cứu hỗn hợp phụ gia nano Ag/BaF2-CaF2 
tự hồi phục hao mòn bề mặt ma sát. Nghiên cứu 
phát hiện chất phụ gia nano này không những đã 
tự hồi phục mài mòn của cặp chi tiết ma sát mà 
còn hình thành lớp kim loại bảo vệ bề mặt ma sát 
chống mài mòn. Re’KinVe và các tác giả khác [11] 
ứng dụng chất phụ gia nano đá kim cương trên 
động cơ ô tô. Kết quả nghiên cứu là hệ số ma sát 
giảm 20%, chất phụ gia nano làm cải thiện tính 
chất dầu bôi trơn, đồng thời làm giảm tiếng ồn, 
giảm chất phát thải. Nhóm tác giả G.V. Vinogradov 
[12] nghiên cứu chất phụ gia nano lưu huỳnh trong 
dầu bôi trơn, thí nghiệm trên máy bốn bi. Kết quả 
thí nghiệm thấy rõ, dầu bôi trơn có phụ gia nano, 
vết mòn trên bề mặt của bi nhỏ, độ nhám trên bề 
mặt giảm đáng kể. A.Neville [13] nghiên cứu cho 
rằng bề mặt ma sát và chất phụ gia tương thích 
trong dầu bôi trơn làm giảm ma sát mài mòn. 
Hernández Battez [14] nghiên cứu ba chất phụ 
gia nano CuO，ZrO2 và ZnO và so sánh khả năng 
giảm ma sát và mài mòn. Rashmi [15] nghiên 
cứu chất phụ gia nano MoS2 về khả năng giảm 
ma sát mài mòn. Nghiên cứu thấy rằng, chất phụ 
gia này có khả năng giảm ma sát và mài mòn rất 
tốt. Rapoport [16] nghiên cứu chất phụ gia WS2 
trong dầu bôi trơn nguyên chất, kết quả cũng thấy 
rằng, có phụ gia sẽ chống được mài mòn và giảm 
ma sát.
Nano TiN là hợp chất có các tính chất: dẫn nhiệt 
tốt, ít chịu tác dụng hóa học, dễ khuếch tán vào bề 
mặt kim loại làm cho bề mặt bóng, chịu mài mòn, 
độ cứng lớn nhưng vẫn giữ độ dẻo tốt, ít nứt gãy.
Từ những tính chất đặc biệt của TiN, do vậy bài 
viết nghiên cứu chất phụ gia nano TiN trong dầu 
bôi trơn động cơ diesel (CF4-15W/40), thí nghiệm 
trên máy bốn bi. Để đánh giá tính năng ma sát, 
chống mài mòn và khả năng phục hồi mài mòn bề 
mặt chi tiết. Qua thí nghiệm trên máy bốn bi, lựa 
chọn được hàm lượng tốt nhất chất phụ gia nano 
TiN trong dầu bôi trơn để tiếp tục khảo nghiệm 
trên động cơ diesel để đánh giá giảm công ma sát 
của động cơ.
1.3. Quy trình thí nghiệm
Bảng 1. Sơ đồ quy trình thực nghiệm
58
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
2. THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY 4 BI
2.1. Pha chế phụ gia
Phụ gia trong dầu bôi trơn bao gồm: hàm lượng 
nano TiN (độ hạt là 20 nm) và hàm lượng chất 
phân tán - Polyethylene glycol (trọng lượng phân 
tử PEG-200) với tỷ lệ 1:2 và cùng bổ sung vào 
bôi trơn của động cơ diesel (CF-4 15W/40). Sau 
đó đặt cốc dầu hỗn hợp đã pha chế vào máy phát 
sóng siêu âm trong thời gian 30 phút, chất phụ gia 
sẽ phân tán trong dầu bôi trơn như hình 1.
Hình 1. Phân tán chất phụ gia nano trong 
dầu bôi trơn
2.2. Thiết bị thí nghiệm
a) Nguyên lý bốn viên bi
 b) Kẹp bi c) Cố định ba viên bi
Hình 2. Nguyên lý và cấu tạo của ma sát bốn bi
1-Viên bi đỉnh; 2-Ba viên bi phía dưới; 3-Mối 
ghép kẹp ba viên bi; 4-Kẹp bi; 
5-Đai ốc ren ngoài.
Dùng máy thí nghiệm ma sát bốn bi MRS-10A, 
đường kính viên bi thí nghiệm là 12,7 mm, độ 
cứng HRC: 64-66. Nguyên lý làm việc của máy 
bốn bi theo hình 2. Viên bi phía trên được kẹp 
chặt bởi kẹp bi (4) và có chuyển động quay. Ba 
viên bi ở dưới được cố định bởi mối ghép đai ốc 
ren ngoài (5). Khi viên bi (1) quay sẽ tiếp xúc ma 
sát với ba viên bi cố định phía dưới. Khi có chuyển 
động ma sát, ba viên bi phía dưới bị mài mòn biên 
dạng (vết mòn) là hình tròn. 
2.3. Thông số và phương pháp phân tích 
Theo tiêu chuẩn SH-T0762-2005 với điều kiện thí 
nghiệm: tải trọng 392 N, tốc độ 600 vg/ph và nhiệt 
độ dầu bôi trơn là 75oC, thí nghiệm với phụ gia 
nano trong dầu bôi trơn đã pha như mục 2.1, với 
thời gian là 60 phút.
Dùng máy đo biên dạng mài mòn của ba viên bi cố 
định phía dưới, sau đó tính trung bình đường kính 
vết mài mòn để đánh giá độ mòn trong quá trình 
ma sát. Đồng thời, sử dụng thiết bị kính hiển vi 
đồng tiêu LCSM và máy phổ tán sắc năng lượng 
EDX phân tích thành phần hóa học trên vết mài 
mòn của viên bi. Kết quả phân tích thành phần 
hóa học của bề mặt viên bi bị mài mòn sẽ đánh 
giá được khả năng tự hồi phục hao mòn của phụ 
gia nano TiN.
2.4. Kết quả thí nghiệm với máy bốn bi
2.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng đến ma sát 
và mài mòn
2.4.1.1. Hệ số ma sát và vết mòn
Hình 3. Ảnh hưởng của hàm lượng TiN đến ma 
sát và mòn
Hàm lượng của chất phụ gia nano ảnh hưởng rất 
nhiều đến tính chất của dầu bôi trơn. Nếu hàm 
lượng chất phụ gia quá giới hạn trong dầu bôi trơn 
thì nano dễ dàng liên kết với nhau thành những 
hạt lớn hơn tạo thành các tạp chất trong dầu bôi 
trơn. Nhưng nếu hàm lượng quá ít thì chất phụ gia 
không đủ làm cải thiện tính chất của dầu bôi trơn. 
Do vậy, nhất thiết phải có một hàm lượng tốt nhất 
chất phụ gia trong dầu bôi trơn mới cải thiện tính 
59
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
chất dầu bôi trơn, sẽ làm giảm ma sát, mài mòn 
cặp chi tiết.
Với điều kiện thí nghiệm theo tiêu chuẩn, thí 
nghiệm với hàm lượng nano TiN trong dầu bôi 
trơn từ 0.0% đến 1,0%, kết quả thí nghiệm thấy 
rằng, phụ gia nano đã cải thiện tính chất của dầu 
bôi trơn (hình 3). Với hàm lượng nhỏ 0,25% nano 
TiN trong dầu bôi trơn cũng đã làm giảm hệ số ma 
sát và đường kính vết mòn của viên bi (bảng 2). 
Khi bổ sung hàm lượng chất phụ gia nano TiN là 
0,5%, hệ số ma sát và đường kính vết mòn đạt giá 
trị nhỏ nhất. Hệ số ma sát là 0,0667, so với hệ số 
ma sát của dầu bôi trơn nguyên chất giảm 19,8%. 
Đường kính vết mòn là 0,345 mm, giảm 14,2% so 
với dầu bôi trơn gốc. Khi hàm lượng chất phụ gia 
nano trong dầu bôi trơn là 0,75%, hệ số ma sát 
và đường kính vết mòn tăng dần. Nguyên nhân 
có thể do hàm lượng quá 0,5%, những hạt nano 
TiN trong dầu bôi trơn liên kết cục bộ với nhau 
trở thành hạt lớn hơn, một phần sẽ lắng đọng. Do 
vậy, khả năng chống ma sát và mài mòn của chất 
phụ gia nano ít hiệu quả. 
Bảng 2. Hàm lượng phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn ảnh hưởng đến ma sát, mòn
Hàm lượng chất phụ gia (%) 0,0 0,25 0,5 0,75 1,0
Hệ số ma sát 0,0832 0,0805 0,0667 0,0780 0,0800
Đường kính vết mòn (mm) 0,402 0,348 0,345 0,383 0,397
2.4.1.2. Tự hồi phục mài mòn của chất phụ gia
a. Dầu bôi trơn CF4-15W/40
Với điều tiêu chuẩn, từ hình 4 có thể quan sát 
thấy, khi sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, vết 
mòn có nhiều nhấp nhô cao, độ sâu xước rất rõ 
nét trên bề mặt ma sát, toàn bề mặt tương đối xù 
xì. Vết cào xước rõ nét và hầu hết trên toàn bộ bề 
mặt vết mài mòn (hình 4a, 4b). Độ lệch trung bình 
của profin hình học bề mặt Ra = 1887 nm (hình 
4c). Dùng máy phổ tán sắc năng lượng (EDX) 
phân tích thành phần hóa học trên bề mặt ma sát 
(hình 4d), thấy tồn tại chủ yếu các thành phần các 
nguyên tố hóa học của viên bi là Fe, Cr và S.
b. Hàm lượng 0,5% chất phụ gia nano TiN
Với điều kiện tiêu chuẩn, khi thí nghiệm hàm 
lượng 0,5% của chất phụ gia nano TiN trong dầu 
bôi trơn, quan sát bề mặt vết mòn (LCSM) và phân 
tích thành phần hóa học (EDX) trên vết mòn được 
thể hiện trên hình 5. Từ hình vẽ có thể quan sát 
thấy, bề mặt vết mòn khi dùng chất phụ gia nano 
TiN trong dầu bôi trơn so với dùng dầu bôi trơn 
nguyên chất có rất ít nhấp nhô, bề mặt tương đối 
bằng phẳng, vết cầy xước không sâu, không rõ 
nét. Vết xước chỉ tập trung chủ yếu ở phần trung 
tâm vết mòn (hình 5a; 5b). Độ lệch trung bình của 
profin hình học bề mặt Ra = 957 nm (hình 5c). 
Dùng EDX phân tích thành phần hóa học trên bề 
mặt vết mòn có tồn tại các nguyên tố hóa học Fe, 
Ti và Cr. Trong đó, nguyên tố Fe, Cr thành phần 
hóa học của chi tiết ma sát (viên bi), nguyên tố 
Ti là từ chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn. 
Nguyên tố Ti tồn tại trên bề mặt vết mòn có trị số là 
1,12%. Do vậy có thể kết luận rằng, chất phụ gia 
nano TiN trong dầu bôi trơn đã bổ sung, khuếch 
tán vào vết mòn nên bề mặt ma sát giảm độ nhấp 
nhô bề mặt chi tiết.
2.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ đến ma sát và 
mài mòn
Hàm lượng 0,5% nano TiN trong dầu bôi trơn có 
khả năng giảm ma sát và chống mài mòn tốt nhất 
tại điều kiện tiêu chuẩn. Nhưng trên thực tế, các 
cặp ma sát luôn làm việc trong điều kiện vận tốc 
khác nhau. Do vậy, để chứng minh hàm lượng 
0,5% nano TiN trong dầu bôi trơn có khả năng 
giảm ma sát mài mòn trong điều kiện vận tốc thay 
đổi. Nhóm nghiên cứu tiếp tục thí nghiệm với điều 
kiện vận tốc trong khoảng 400 vg/ph đến 1600 
vg/ph, còn các điều kiện khác giữ nguyên điều kiện 
tiêu chuẩn.
Từ bảng 3, cho thấy bất luận tại điều kiện vận 
tốc thấp hay cao, chất phụ gia nano TiN trong 
dầu bôi trơn đều giảm ma sát và mài mòn so với 
dầu bôi trơn gốc. Với vận tốc từ 400 vg/ph đến 
1400 vg/ph, khi sử dụng chất nano phụ gia nano 
TiN, hệ số ma sát giảm 12,1%, đường kính vết 
mòn giảm 11,0% so với sử dụng dầu bôi trơn 
nguyên chất. Đặc biệt khi ở điều kiện vận tốc 1600 
vg/ph, khi sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, cặp 
ma sát phát ra tiếng “rít, két” kim loại nghe rất chói 
tai (kẹt bi), sau đó máy bốn bi tự động dừng hoạt 
động. Nhưng khi sử dụng chất phụ gia nano TiN 
trong dầu bôi trơn, cặp ma sát không phát ra tiếng 
kêu, máy bốn bi hoạt động bình thường. Như vậy 
có thể khẳng định, khi có phụ gia nano TiN với 
hàm lượng 0,5% trong dầu bôi trơn đã cải thiện 
tính năng của dầu bôi trơn gốc.
60
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
 a) Toàn bộ đường kính vết mòn b) Vết mòn tại trung tâm
 c) Trung tâm vết mòn (hình 3D) d) EDX phân tích thành phần hóa học
Hình 4. Dùng thiết bị LCSM và EDX quan sát và phân tích vết mòn khi dùng dầu bôi trơn gốc
 a) Toàn bộ đường kính vết mòn b) Vết mòn tại trung tâm
 c) Trung tâm vết mòn (hình 3D) d) EDX phân tích thành phần hóa học
Hình 5. Dùng thiết bị LCSM và EDX quan sát và phân tích vết mòn khi dùng hàm lượng 0,5% 
phụ gia nano TiN
61
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
Bảng 3. Ảnh hưởng của vận tốc đến khả năng giảm ma sát, mòn
(Thí nghiệm với điều kiện: Hàm lượng nanoTiN = 0,5%; t = 60 ph; PB = 392 N; nhiệt độ: 75˚C)
Vận tốc (vg/ph)
Đường kính vết mòn (D/mm) Hệ số ma sát (μ)
Chất phụ gia nano 
TiN
Dầu bôi trơn gốc 
CF4-15W/40
Chất phụ gia 
nano TiN
Dầu bôi trơn gốc 
CF4-15W/40
400 0,318 0,342 0,0616 0,0651
600 0,345 0,402 0,0667 0,0832
800 0,380 0,417 0,0765 0,0867
1000 0,413 0,432 0,0824 0,0890
1200 0,419 0,463 0,0736 0,0829
1400 0,422 0,516 0,0702 0,0826
1600 0,431 kẹt bi 0,0693 kẹt bi
3. THÍ NGHIỆM HÀM LƯỢNG CHẤT PHỤ GIA 
NANO TiN ĐẾN ĐỘNG CƠ
3.1. Lịch sử nghiên cứu
Wang Dongai cùng các tác giả khác [17] thí 
nghiệm với chất phụ gia nano đá kim cương có 
kích thước 3÷6 nm. Kết quả thí nghiệm cho thấy: 
với hàm lượng 0,01% trong dầu bôi trơn đã cải 
thiện chất lượng dầu bôi trơn, tự hồi phục hao 
mòn các cặp ma sát dẫn đến áp suất xilanh động 
cơ tăng lên 28,9% làm tăng công suất động cơ là 
4,2% và giảm lượng khí thải độc hại như HC là 
60%, NOx là 20,5%. Shi Pei-jing
 [18] đã thí nghiệm 
trên động cơ với chất phụ gia nano đồng kết hợp 
với nano đất hiếm pha vào trong dầu bôi trơn 
động cơ và dầu bôi trơn. Kết quả thí nghiệm thấy 
rằng, sử dụng chất phụ gia nano trong dầu bôi 
trơn đã giảm công ma sát dẫn đến tăng công suất 
động cơ và mômen xoắn là 3,0% và 4,3%, chi phí 
nhiên liệu giảm 3,5%. Khi thí nghiệm với thời gian 
300 h, dùng phương pháp phân tích hàm lượng 
kim loại trong dầu bôi trơn. Kết quả thí nghiệm: 
Khi động cơ dùng dầu bôi trơn có chất phụ gia 
nano thì lượng kim loại Fe, Cr, Mn, Al ít hơn rất 
nhiều so với động cơ dùng dầu nguyên chất.
3.2. Thiết bị và thông số thí nghiệm
3.2.1. Thiết bị thí nghiệm
Thí nghiệm với hai động cơ diesel (4JB1), động 
cơ có bốn xilanh (4.3l). Trạng thái kỹ thuật tương 
đương nhau và cả hai động cơ đã hoạt động được 
5000 giờ. Dùng hệ thống thí nghiệm là ET2000.
3.2.2. Thông số thí nghiệm
Khảo sát với dải tốc độ động cơ: 1200 vg/ph, 1500 
vg/ph, 1800 vg/ph, 2100 vg/ph, 2300 vg/ph, 2500 
vg/ph, 2700 vg/ph. Thời gian mỗi lần thí nghiệm 
60 phút. Thông qua phần mềm chuyên dụng: cứ 
2 s các thông số sẽ được lưu lại bộ nhớ máy tính. 
Thí nghiệm với hai động cơ: Một động cơ sử dụng 
dầu bôi trơn pha chế phụ gia nano TiN, hàm lượng 
0,5%. Động cơ khác sử dụng dầu bôi trơn gốc 
CF4-15W/40. Các thông số thí nghiệm: công suất 
động cơ, mômen xoắn, chi phí nhiên liệu riêng. 
Sau đó đánh giá mức độ tăng công suất động cơ, 
mômen xoắn và giảm chi phí nhiên liệu riêng khi 
sử dụng dầu bôi trơn có chất phụ gia nano TiN.
3.3. Kết quả thí nghiệm
3.3.1. Công suất động cơ, mômen xoắn và chi 
phí nhiên liệu
Từ hình 6, có thể qua sát thấy: Động cơ khi sử 
dụng dầu bôi trơn có thêm chất phụ gia nano TiN, 
công suất và mômen xoắn tăng lên rất rõ rệt (hình 
6a, b). Đồng thời chi phí nhiên liệu riêng giảm đáng 
kể (hình 6c). Với tốc độ 1200 vg/ph, khi động cơ 
sử dụng dầu bôi trơn có chất phụ gia nano TiN so 
với động cơ dùng dầu bôi trơn nguyên chất, công 
suất động cơ và mômen xoắn tăng nhiều nhất lần 
lượt tăng là: 27,40% và 27,32%, còn chi phí nhiên 
liệu riêng giảm là 21,24%. Nhưng ở tốc độ 2100 
vg/ph, công suất động cơ và mômen xoắn tăng 
ít nhất nhất lần lượt tăng là: 12,33% và 12,34%, 
chi phí nhiên liệu riêng giảm 10,65%. Với dải tốc 
độ khảo sát, khi sử dụng dầu bôi trơn có phụ gia 
nano TiN, công suất và mômen xắn tăng trung 
bình lần lượt là 18,21%và 18,22%. Chi phí nhiên 
liệu riêng giảm 14,11%. Có thể quan sát thấy (hình 
6c), khi động cơ sử dụng dầu bôi trơn có phụ gia 
nano ở điều kiện tốc độ thấp, chi phí nhiên liệu 
riêng giảm nhiều nhất so với động cơ sử dụng dầu 
bôi trơn nguyên chất.
62
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
n/r.min-1
Dầu nguyên chất
Phụ gia nano TiN
a) Đồ thị công suất thay đổi theo tốc độ
n/r.min-1
Dầu nguyên chất
Phụ gia nano TiN
b) Đồ thị mômen xoắn thay đổi theo tốc độ
n/r.min-1
Dầu nguyên chất
Phụ gia nano TiN
c) Đồ thị chi phí nhiên liệu riêng thay đổi 
theo tốc độ
Hình 6. Ảnh hưởng của tốc độ đến công suất 
động cơ, mômen xoắn và chi phí nhiên liệu riêng
3.3.2. Phân tích nguyên nhân tăng công suất 
và giảm chi phí nhiên liệu
Như đã phân tích ở trên, có thể đánh giá rằng: 
chất phụ gia nano TiN trong dầu bôi trơn đã làm 
tăng tính chất dầu bôi trơn dẫn đến giảm ma sát 
của các chi tiết tiếp xúc và phục hồi bề mặt bị mòn. 
Xét nhóm piston - xylanh động cơ (hình 7) thấy 
rằng, khi động cơ mới sử dụng, bề mặt xylanh 
tương đối nhẵn bóng (hình 7a), nhưng động cơ sử 
dụng được 5000 giờ, quan sát thấy bề mặt xylanh 
và xecmăng bị mòn (hình 7b). Khi khảo nghiệm, 
động cơ sử dụng dầu bôi trơn nguyên chất, kết 
quả công suất giảm và chi phí nhiên liệu riêng 
tăng. Nhưng với động cơ sử dụng dầu bôi trơn có 
phụ gia nano TiN, chất phụ gia nano TiN đã phục 
hồi bề mặt bị mòn của xylanh, xecmăng, do vậy 
buồng đốt động cơ kín khít hơn, ít bị lọt khí xuống 
cacte (hình 7c) đồng thời, lớp hồi phục này cũng 
làm giảm ma sát đáng kể. Do vậy, đây là một trong 
những nguyên nhân để tăng công suất động cơ và 
chi phí nhiên liệu riêng giảm. 
Hình 7. Hình thành lớp hồi phục nhóm piston - 
xylanh động cơ
4. KẾT LUẬN
Thí nghiệm trên máy bốn bi, với hàm lượng phụ 
gia nano TiN 0,25÷1,00% trong dầu bôi trơn thấy 
rằng: Chất phụ gia nano cải thiện tính chất của dầu 
bôi trơn. Do vậy, hệ số ma sát của cặp ma sát giảm 
và hao mòn cũng giảm. Đặc biệt hàm lượng phụ 
gia là 0,5%, ma sát và mòn giảm nhiều nhất và bề 
mặt mòn được hồi phục bằng phụ gia nano TiN.
Thí nghiệm trên động cơ diesel, khi động cơ sử 
dụng dầu bôi trơn, hàm lượng phụ gia nano TiN là 
0,5%, công ma sát của động cơ giảm, do vậy công 
suất động cơ tăng và giảm chi phí nhiên liệu riêng. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Dašic P, Franek F, Assenova E, et al. International 
standardization and organizations in the field of 
tribology [J]. Industrial Lubrication and Tribology, 
2003, 55(6): 287-291.
[2]. Jost H P. Tribology Micro & Macro Eco-
nomics: A Road to Economic Savings [J]. 
Tribology and Lubrication Technology, 2005, 
61(10): 18.
63
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
[3]. Priest M, Taylor C M. Automobile engine tribology-
approaching the surface [J]. Wear, 2000, 241: 
193-203.
[4]. Taylor C M. Automobile engine tribology-design 
considerations for efficiency and durability[J]. 
Wear, 1998, 221: 1-8.
[5]. Andersson BS. Company perspectives in vehicle 
tribology-Volvo, 17th Leeds-Lyon Symposium 
on Tribology-Vehicqle Tribology[C]. Tribology 
series-18. Oxford-UK- Elsevier Ltd, 1991: 503-506.
[6]. Nakasa M. Engine friction overview. Proceedings 
of International Tribology Conference Japan[C]: 
Yokohama, 1995.
[7]. Ni jiDing. Yi geEr. Mechanical parts of friction 
surface and the contact surface wear 
protectionlayer generates compensating method 
[J]. 1998,2002, (12):162.
[8]. NASA turns to universities for research in space 
age materials [DB/OL]. News from Princeton 
Julsep,2002. 
q3/0920-nasa.htm
[9]. SatoshiM, Eiichi Y, Haruhisa K, et al. Self- 
repairing mechanical system[A]. Part of the SPLE 
Conference on Sensor Fusion and Decentralized 
Control in Robotic Systems II[C]. Bellingham, 
Washington, USA: Society of Photo-optical 
Instrumentation Engineers, 1999: 202-213.
[10]. Christopher DellaCorte. The effect of counterface 
on the tribological erformance of a high 
temperature solid lubricant composite from 25 
to 650℃[J]. Surface and Coatings Technology, 
1996,(2): 486~492.
[11]. Re’Kin Ve. Lubricants with ultra-disperse 
diamond-graphitepowder. Chemistry and 
Technology of Fuels and Oils, 2004, 40(3): 
164-170.
[12]. G.V. Vinogradov, O.E. Morozova. A study of the 
wear of steel under heavy loads with lubricants 
containing sulphur-based additives[J]. Wear, 
1960(3): 297-308.
[13]. A. Neville, A. Morina, T. Haque, etc. CoMPatibility 
between tribological urfaces and lubricant 
additives-How friction and wear reduction can be 
controlled by surface/lube synergies[J]. Tribology 
International, 2007, (40): 1680-1695.
[14]. Hernández Battez A., González R., Viesca J. L., et 
al. CuO, ZrO2 and ZnO nanoparticles as antiwear 
additive in oil lubricants[J]. Wear, 2008, 265: 422-428.
[15]. Rashmi R. Sahoo, Sanjay K. Biswas. Deformation 
and friction of MoS2 particles in liquid suspensions 
used to lubricate sliding contact[J]. Thin Solid 
Films, 2010, 518: 5995-6005.
[16]. L. Rapoport, V. Leshchinsky, I. Lapsker, et al. 
Tribological properties of WS2 nanoparticles under 
mixed lubrication[J]. Wear, 2003, 255: 785-793.
[17]. Wang Dongai, Liu Meihua, Zhang Shuda, JiDegang. 
Research on Wear Mechanism for Modified 
Nano-diamond Powder as Additives in Lubricating 
Oils[J]. Lubrication Engineering, 2009, 34(7) : 
58-61. 
[18]. Shi Pei-jing，Xu Yi. Preparation of Nanoparticles 
Self-Repairing Additive and its Application in 
Engines[J]. Chinese surface engineering in 2004 
second (total sixty-fifth): 37-40.