Water-based boundary lubrication with biomolecule additives on diamond-like carbon and stainless steel surfaces

Kitka ja kuluminen aiheuttavat vuosittain merkittäviä taloudellisia menetyksiä. On arvioitu, että noin 30 % maailman energiankulutuksesta kuluu kitkahäviöihin. Uusien teknologisten ratkaisujen, kuten pinnoitteiden, pinnan teksturoinnin sekä voiteluaineiden, avulla voidaan kitkaa alentaa erityisesti rajavoitelualueella. Tässä väitöskirjassa on tutkittu erilaisten hydrofobiini-proteiinien sekä kvitten hedelmästä liuotetun liman käytettävyyttä lisäaineena terästen, timantinkaltaisten pinnoitteiden (DLC) sekä muovien vesivoitelussa. Tutkimuksessa havaittiin, että hydrofobiinit kykenevät muodostamaan ruostumattoman teräksen, DLC:n sekä PDMS-muovin pinnoille yhden molekyylin paksuisia kerroksia. Teräksen pinnalle muodostuneessa proteiinikalvossa 40-64 % massasta oli vettä. Veden määrällä hydrofobiinien muodostamassa voitelukalvossa oli positiivinen vaikutus kitkan ja kulumisen alenemiseen teräs vs. teräs-kontaktissa. Myös kvitten limalla voidelluissa polyeteeni vs. teräs - kokeissa havaittiin, että molekyyleihin sitoutuneella vedellä on kitkaa alentava vaikutus. Alhaisimmat kitkakertoimet (0,03) teräs vs. teräs kontaktissa mitattiin FpHYD5-nimisellä hydrofobiinilla. Alhainen kitka johtui teräskuulan pinnalle syntyneestä proteiinikalvosta. Kvitten limalla pystyttiin saavuttamaan alhaisimmillaan 0,02 kitkakerroin polyeteeni vs. teräs kontaktissa. Kaikista alhaisimmat kitkakertoimet saavutettiin PDMS vs. PDMS - kontaktissa, missä HFBI ja FpHYD5 hydrofobiinit alensivat kitkan lähelle 0,01:tä. Tulosten perusteella voidaan todeta, että vesipohjaisilla voiteluaineilla on potentiaalia rajavoiteluun teollisissa sovelluksissa esimerkiksi elintarvike-, tekstiili- ja terveysteknologia-aloilla, jos lämpötilat, kontaktipaineet, materiaaliominaisuudet sekä olosuhteet ovat sopivat.