Schmierstoffe - Nanopartikel verbessern Schmierstoff-Performance

Schmieröle können in hohem Maße von Nano-Zusatzstoffen profitieren, welche zugesetzt werden, um Reibung und Verschleiß zu verringern. Entscheidend ist jedoch, dass Nano-Zusatzstoffe wie Nanopartikel, Graphen-Monoschichten oder Core-Shell-Nanosphären gleichmäßig und einzeln im Schmierstoff dispergiert werden. Die Ultraschall-Dispergierung hat sich als zuverlässige und effiziente Mischmethode erwiesen, die eine homogene Verteilung der Nanopartikel gewährleistet und zuverlässig Aggregate zerschlägt.

Wie dispergiert man Nano-Additive in Schmiermitteln? – Mit Ultrasonics!

Die Verwendung von Nano-Zusatzstoffen in Schmierstoffen gilt als eine der wirksamsten Methoden zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften und zur Verringerung von Reibung und Verschleiß. Eine solche tribologische Verbesserung in Schmierstoffen trägt erheblich zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung bei und senkt damit die Umweltbelastung.
Die Herausforderung bei nanoverbesserten Schmierstoffen liegt in der Dispergierung: Nanomaterialien wie Nanopartikel oder kristalline Nano-Zellulose erfordern fokussierte Hochleistungs-Mischer mit hoher Scherkraft, welche die Nanomaterialien gleichmäßig in einzelne Partikel dispergieren und im Medium verteilen. Durch die Erzeugung einzigartiger energiedichter Felder hat sich die Beschallung mit Hochleistungs-Ultraschallsonotroden bei der Verarbeitung von Nanomaterialien als überlegene Mischtechnologie erwiesen und ist dadurch eine der etabliertesten Methoden für Nanodispersionen.
Molseh et al. (2009) zeigten, dass die Dispersionsstabilität von drei verschiedenen Nanopartikeln (Molybdändisulfid (MoS2), Wolframdisulfid (WS2) und hexagonales Bornitrid (hBN)) in CIMFLO 20 mittels Ultraschallbehandlung deutlich besser ist als wenn traditionelles mechanisches Schütteln und Rühren angewendet wird. Da die Ultraschallkavitation einzigartige energiedichte Bedingungen schafft, übertrifft die Beschallung mittels Ultraschallsonotrode herkömmliche Dispersionstechniken an Effektivität und Effizienz.
Die Eigenschaften von Nanopartikeln, wie Größe, Form und Konzentration, beeinflussen ihre tribologischen Eigenschaften. Während die ideale Nanogröße je nach Material variiert, weisen die meisten Nanopartikel im Bereich von zehn bis hundert Nanometern die höchste Funktionalität auf. Die ideale Konzentration von Nano-Additiven in Schmieröl liegt meist zwischen 0,1-5,0 %.
Oxid-Nanopartikel wie Al2O3, CuO oder ZnO werden häufig als Nanopartikel eingesetzt, um die tribologische Leistung von Schmierstoffen zu verbessern. Andere Additive, die häufig in Schmierstoffen eingesetzt werden, sind aschefreie Additive, ionische Flüssigkeiten, Boratester, anorganische Nanomaterialien und aus Kohlenstoff gewonnene Nanostrukturen wie Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT), Graphit und Graphen. Spezifische Additive werden verwendet, um bestimmte Eigenschaften von Schmierölen zu verbessern. So enthalten beispielsweise verschleißverhindernde Schmierstoffe Hochdruckadditive wie Molybdändisulfid, Graphit, geschwefelte Olefine und Dialkyldithiocarbamatkomplexe oder Antiverschleißadditive wie Triarylphosphate und Zinkdialkyldithiophosphat.
Ultraschallhomogenisatoren (auch Ultraschallstabschwinger genannt) sind zuverlässige Mischer und werden für die Formulierung von Hochleistungsschmierstoffen eingesetzt. Die Beschallung gilt als überlegene Mischtechnologie, wenn es um die Herstellung von nano-skaligen Suspensionen geht, und ist bei der industriellen Herstellung von Schmierölen äußerst effizient.

Die Ultraschall-Dispergierung von Aluminiumoxid (Al2O3) führt zu einer deutlichen Verringerung der Partikelgröße und einer gleichmäßigen Dispersion.

Herstellung von Schmierstoffen mit Nano-Additiven

Für die Herstellung von nano-verstärkten Schmierölen sind zum einen geeignete Nanomaterialien und zum anderen eine leistungsfähige, effiziente Dispersionstechnik entscheidend. Ohne zuverlässige und langzeitstabile Nano-Dispersion kann kein Hochleistungsschmierstoff hergestellt werden.
Das Mischen und Dispergieren mit Ultraschall ist ein bewährtes Verfahren zur Herstellung von Hochleistungsschmierstoffen. Das Grundöl von Schmierstoffen wird mit Additiven wie Nanomaterialien, Polymeren, Korrosionsinhibitoren, Antioxidantien und anderen feinen Aggregaten versetzt. Die Scherkräfte des Ultraschalls sind sehr effizient und sorgen für eine sehr feine Partikelgrößenverteilung. Ultraschallkräfte (sonomechanische Kräfte) sind in der Lage, selbst Primärpartikel zu zerkleinern, und werden zur Funktionalisierung von Partikeln eingesetzt, so dass die resultierenden Nanopartikel bessere Eigenschaften aufweisen (z. B. Oberflächenmodifikation, Core-Shell-NP, dotierte NPs).
Ultraschall-High-Shear-Mixer können wesentlich dazu beitragen, Hochleistungsschmierstoffe effizient herzustellen!

Neuartige Nano-Zusatzstoffe in Schmierölen

Neuartige Nano-Additive werden entwickelt, um die Funktionalitäten und die Leistung von Schmierölen und -fetten noch weiter zu verbessern. So werden beispielsweise Cellulose-Nanokristalle (CNCs) erforscht und für die Formulierung umweltfreundlicher Schmierstoffe getestet. Zakani et al. (2022) zeigten, dass – im Vergleich zu unbeschallten Schmierstoffsuspensionen – die mit Ultraschall behandelte CNC-Schmierstoffe den Reibungskoeffizienten (COF) und den Verschleiß um fast 25 bzw. 30 % senken konnten. Die Ergebnisse dieser Studie legen nahe, dass die Ultraschallbehandlung die Schmierleistung von wässrigen CNC-Suspensionen erheblich verbessern kann.

Hochleistungs-Ultraschall-Dispergierer für die Schmierstoffherstellung

Bei der Verwendung von Nano-Zusatzstoffen in industriellen Fertigungsprozessen wie der Herstellung von Schmierölen ist es entscheidend, dass trockene Pulver (d.h. Nanomaterialien) homogen in eine flüssige Phase (Schmieröl) eingemischt werden. Die Dispersion von Nanopartikeln erfordert eine zuverlässige und wirksame Mischtechnik, die genügend Energie aufbringt, um Agglomerate aufzubrechen und somit die Eigenschaften nanoskaliger Partikel freizusetzen. Ultraschallgeräte sind als leistungsstarke und zuverlässige Dispergiergeräte bekannt und werden daher eingesetzt, um verschiedene Materialien wie Aluminiumoxid, Nanoröhren, Graphen, Mineralien und viele andere Stoffe zu desagglomerieren und homogen in einer flüssigen Phase wie Mineral-, synthetischen oder pflanzlichen Ölen zu verteilen. Hielscher Ultrasonics entwickelt, fertigt und vertreibt Hochleistungs-Ultraschall-Dispergierer für jede Art von Homogenisierungs- und Deagglomerierungsanwendungen.
Kontaktieren Sie uns jetzt, um mehr über die Ultraschall-Dispersion von Nano-Additiven in Schmierstoffen zu erfahren!

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren: