Ultrasəs dispersiyası ilə təkmilləşdirilmiş nanosürtkü materialları

Nanoq əlavələrin sürtkü materialı formulalarına daxil edilməsi son illərdə tribologiyanın ən mühüm nailiyyətlərindən biridir. Bununla belə, tədqiqatçılar və proses mühəndisləri davamlı bir çətinliklə üzləşirlər: nanoölçülü hissəciklərin struktur bütövlüyünü pozmadan onların özlü baza yağlarında homogen dispersiyasını əldə etmək. Ənənəvi qarışdırma üsulları çox vaxt aqlomeratları effektiv şəkildə parçalaya bilmir və bu, məhsulun istismar göstəricilərinin qeyri-sabit olmasına və saxlanma zamanı sabitliyinin məhdudlaşmasına səbəb olur.

Həll: sürtkü materialı formulalarında nanoq əlavələrin ultrasəslə dispersiyası

Yüksək güclü ultrasəs bu dispersiya çətinlikləri üçün üstün həlldir. Akustik kavitasiya prinsiplərindən istifadə edən ultrasəs avadanlığı maye mühitlərdə növbələşən yüksək və aşağı təzyiq dövrləri yaradır. Aşağı təzyiq dövründə mayedə kiçik vakuum qabarcıqları əmələ gəlir. Bu qabarcıqlar maksimum həcmə çatdıqda və daha çox enerji uda bilmədikdə yüksək təzyiq dövründə şiddətlə çökür. Bu çökmə lokal ekstremal şərait – təxminən 5000 Kelvinə çatan temperatur və 1000 atmosferdən yüksək təzyiq – yaradır; bu şərait nanohissəcik yığınlarını effektiv şəkildə deaqlomerasiya edir və sürtkü materialının bütün matrisi boyunca bərabər paylanmanı təmin edir.
Proses mühəndisləri üçün bu, həftələr ərzində çökən və təbəqələrə ayrılan sürtkü materialı ilə komponentin bütün xidmət müddəti boyunca istismar göstəricilərini qoruyan sürtkü materialı arasındakı fərq deməkdir.

Nümunəvi tədqiqat: keçirici plastik sürtkü materiallarında azotla aşqarlanmış bambukabənzər karbon nanoboruları

Ultrasəs texnologiyasının sürtkü materiallarının istehsalında effektivliyinin inandırıcı nümunəsi Journal of Materials Research and Technology jurnalında (2019) dərc olunmuş tədqiqatdır. «Elektrik keçirici sürtkü materiallarının hazırlanması üçün azotla aşqarlanmış bambukabənzər karbon nanoborularının tətbiqi» adlı tədqiqat Hielscher UIP1000hdT zond tipli homogenizator avadanlığının (340 W, 2 min emal müddəti) homogen, sabit və elektrik keçirici plastik yastıq sürtkü materiallarının istehsalını necə mümkün etdiyini göstərir.
Tədqiqatçılar plastik sürtkü materialları üçün keçirici əlavələr kimi bambukşəkilli karbon nanoborularından (BCNTs) istifadə etmişlər. Azotun nanoboruların yan divarlarının qrafit quruluşuna daxil edilməsi nəticəsində qeyri-adi elektron və struktur xassələri yaranmış, bu da əla adsorbsiya xüsusiyyətlərinə və elektrik keçiriciliyinə gətirib çıxarmışdır. Karbon nanoboruları diqqətəlayiq elektrik keçirici nanostrukturlu materiallardır və onların elektron xassələri aşqarlama üsulları ilə azot atomlarının daxil edilməsi vasitəsilə məqsədyönlü şəkildə tənzimlənə bilər.
Nəticələr ultrasəs dispersiyasının gücünü vurğulayır:

Bu nümunəvi tədqiqat konsepsiyanın texniki təsdiqi kimi çıxış edir: uyğun nanomaterial uyğun ultrasəs enerjisi ilə qarşılaşdıqda əldə olunan sürtkü materialı əvvəllər ənənəvi qarışdırma üsulları ilə əlçatmaz hesab edilən istismar göstəricilərinə nail olur.

Sürtkü materiallarında ultrasəs nanodispersiyasının əsas xüsusiyyəti

Ultrasəs dispersiyası yanaşması onun sənaye potensialını təsdiqləyən müstəsna nəticələr verir:

• Əlavələrə minimal tələbat: BCNTs-in nisbətən kiçik miqdarı, konkret olaraq 1,5 wt%, plastik sürtkü materiallarının 14 mS-dən yüksək yaxşı elektrik keçiriciliyinə nail olmaq üçün kifayətdir. Nanoboru tərkibli nümunələr hərəkətsiz vəziyyətdə aparılan ölçmələrdə 7 ilə 18,5 mS arasında yaxşı elektrik keçiriciliyi göstərir.
• İşləmə zamanı yaxşılaşdırılmış göstəricilər: Kürəcikli yastığın faktiki işləməsi zamanı elektrik keçiriciliyi ölçmələri daha yüksək qiymətlər göstərir; 3% BCNT formulalı materialda maksimum 31,5 mS qeydə alınmışdır. Hər bir halda keçiricilik hərəkətsiz vəziyyətdəki ölçmələrlə müqayisədə artır və bu, işləmə zamanı mexaniki gərginliyin keçirici yolları daha da yaxşılaşdırdığını göstərir.
• Üstün sürtünmə göstəriciləri: 1,5 wt% BCNT əlavə edilmiş nümunələrdə əlverişli sürtünmə xüsusiyyətləri əldə olunur və sürtünmə momentinin qiymətləri 6,1 və 5,1 Nmm təşkil edir. Bu, optimal əlavə konsentrasiyasının keçiriciliklə mexaniki istismar göstəriciləri arasında tarazlıq yaratdığını göstərir.
• Yaxşılaşdırılmış termiki sabitlik: Qatılaşdırıcı kimi yüksək özlülüklü silikon yağının (5000 mm²/s) və pirogen silisium dioksidin əlavə edilməsi damcılanma temperaturunu 150°C-dən yuxarı qaldıraraq yüksək temperatur tətbiqlərində mühüm bir məhdudiyyəti aradan qaldırır.
• Optimallaşdırılmış formulalar: 3% BCNT və 1,0% kolloidal SiO₂ tərkibli, özlülüyü 50 mm/s olan PDMS baza yağının keçiriciliyi mexaniki möhkəmliklə birləşdirərək kürəcikli yastıqların yüklənməsi üçün uyğun olduğu təsdiqlənmişdir.

Ultrasəs: sənaye miqyasına keçidin üstünlüyü

Hielscher UIP1000hdT ilə laboratoriya miqyasında aparılan işləmələr konsepsiyanı təsdiqləsə də, sənaye tətbiqləri üçün əsl dəyər miqyasın xətti şəkildə artırılması imkanındadır. Hielscher sonikatorları miqyasın xətti şəkildə artırılması imkanları sayəsində unikal üstünlük təklif edir və tədqiqat və inkişaf işlərində laboratoriya masasında emaldan böyük həcmlərin axın xəttində istehsalına rəvan keçidi mümkün edir.
Sənayedə tətbiq üçün proses mühəndisləri xüsusi axın kameraları ilə təchiz edilmiş 4kW güclü UIP4000hdT modelindən, 6kW güclü UIP6000hdT sonikatorundan və ya 16kW güclü UIP16000hdT cihazından istifadə edə bilərlər. Miqyasın xətti şəkildə artırılmasına bu yanaşma laboratoriya miqyasında hazırlanmış formulaların istehsal miqyasında hazırlandıqda eyni dispersiya keyfiyyətini və hissəcik paylanması xüsusiyyətlərini saxlamasını təmin edir. Ultrasəs emalı ilə əldə olunan sabitlik ənənəvi qarışdırma üsullarına xas olan partiyalararası dəyişkənliyi aradan qaldırır; bu, aerokosmik, avtomobil və dəqiq maşınqayırma sahələrində yüksək istismar göstəricili sürtkü materiallarının tətbiqləri üçün xüsusilə vacibdir.

Sürtkü materiallarında innovasiya üçün ultrasəs emalı niyə vacibdir

Nanoq əlavələrin ultrasəslə dispersiyasının üstünlükləri sadəcə qarışdırma səmərəliliyindən daha genişdir. Bu texnologiya aşağıdakıları mümkün edir:

1. Əlavələrin miqdarının artırılması: Nanoq əlavələr aqlomerasiya olmadan daha yüksək konsentrasiyalarda daxil edilə bilər və bununla istismar üstünlükləri maksimuma çatdırılır.
2. Saxlanma zamanı yaxşılaşdırılmış sabitlik: Homogen dispersiyalar uzunmüddətli saxlanma ərzində çökmənin və fazaların ayrılmasının qarşısını alır.
3. Sabit məhsul keyfiyyəti: Hər bir istehsal partiyasında eyni dispersiya xüsusiyyətləri əldə olunur ki, bu da ciddi keyfiyyət nəzarəti tələb edən tətbiqlər üçün həlledicidir.
4. Qısaldılmış emal müddəti: Ultrasəs kavitasiyası ənənəvi üsulların tələb etdiyi saatlar əvəzinə dəqiqələr ərzində dispersiya yaradır.
5. Müxtəlif formulalara uyğunluq: Texnologiya müxtəlif baza yağları, qatılaşdırıcılar və əlavə növləri ilə işləyərək formulaların hazırlanmasında çeviklik təmin edir.

Zond tipli ultrasəs disperseri yüksək istismar göstəricili biosürtkü materialları yaradır.
(Tədqiqat və şəkil: Liu et al., 2020)

Ultrasəs dispersiyası ilə nanosürtkü materialları istehsalınızı təkmilləşdirin

Ultrasəs texnologiyasının sürtkü materiallarının istehsal proseslərinə inteqrasiyası nanoəlavələrin sürtkü materialı formulalarına daxil edilməsi üsulunda paradiqma dəyişikliyini ifadə edir. Azotla aşqarlanmış bambukabənzər karbon nanoborularından istifadə etməklə elektrik keçirici plastik sürtkü materiallarının uğurla hazırlanmasının göstərdiyi kimi, yüksək enerjili ultrasəs emalı müstəsna istismar xüsusiyyətlərinə malik homogen, sabit dispersiyalar yaradır. Hielscher şirkətinin laboratoriya masası üçün UIP1000hdT sonikatorundan axın kameraları ilə təchiz edilmiş UIP4000hdT, UIP6000hdT və UIP16000hdT kimi sənaye axın xətti sonikator modellərinə qədər miqyası xətti şəkildə artırmaq imkanı sayəsində tədqiqatçılar və proses mühəndisləri laboratoriyada əldə edilən innovasiyanın fabrikdə eyni istismar göstəricilərini təmin etməsinə zəmanət verərək tədqiqat və inkişaf mərhələsindəki kəşfdən kommersiya istehsalına inamla keçə bilərlər.
Sürtkü materialları texnologiyasının gələcəyi yalnız yeni nanoəlavələrin hazırlanmasında deyil, həm də onların tam potensialını üzə çıxaran dispersiya üsullarının mənimsənilməsindədir. Ultrasəs emalı elmi kəşflə sənaye tətbiqi arasında körpü yaradaraq yüksək tələblər qoyan sənaye tətbiqləri üçün növbəti nəsil yüksək istismar göstəricili sürtkü materiallarının hazırlanmasını mümkün edir.

 
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal məhsuldarlığı barədə məlumat verir:

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan idarəetmə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə rəvan inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitdə və yüksək tələblər qoyan mühitlərdə işləmənin öhdəsindən asanlıqla gəlir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya, eləcə də istifadə rahatlığına malik yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.

Ədəbiyyat / İstinadlar

• László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
• Kałużny Jarosł, Waligórski M, Szymański GM, Merkisz J, Różański J, Nowicki M, Al Karawi M, Kempa K. (2020): Reducing friction and engine vibrations with trace amounts of carbon nanotubes in the lubricating oil. Tribology International 2020.
• Mosleh, Mohsen; Atnafu, Neway; Belk, John; Nobles, Orval (2009): Modification of sheet metal forming fluids with dispersed nanoparticles for improved lubrication. Wear 267, 2009. 1220-1225.
• Li J, Du C, Delgado MA, et al. (2026): The application of nanocellulose in eco-friendly lubricants: A review. Friction, 2026.