Lubrifiants aux fonctionnalités améliorées par des nanoparticules

Les huiles lubrifiantes peuvent tirer un grand bénéfice des nano-additifs, qui contribuent à réduire le frottement et l’usure. Il est toutefois essentiel que les nano-additifs tels que les nanoparticules, les monocouches de graphène ou les nanosphères cœur-coquille soient dispersés de manière uniforme et à l’état de particules individuelles dans le lubrifiant. La dispersion par ultrasons s’est avérée être une méthode de mélange fiable et efficace, qui assure une distribution homogène des nanoparticules et empêche l’agrégation.

Comment disperser des nano-additifs dans les fluides lubrifiants ? – Avec les ultrasons !

L’utilisation de nano-additifs dans les lubrifiants est considérée comme l’une des méthodes les plus efficaces pour améliorer les caractéristiques tribologiques en réduisant le frottement et l’usure. Une telle amélioration tribologique favorise considérablement les économies d’énergie et la réduction des émissions, diminuant ainsi l’impact environnemental.
Le défi des lubrifiants nano-améliorés réside dans le mélange : les nanomatériaux tels que les nanoparticules ou la nanocellulose cristalline nécessitent des mélangeurs à fort cisaillement ciblé, qui dispersent et démêlent les nanomatériaux de manière uniforme en particules individuelles. En créant des champs uniques à haute densité énergétique, la sonication au moyen de sondes à ultrasons de haute puissance a démontré sa supériorité dans le traitement des nanomatériaux et constitue ainsi la méthode établie pour les nanodispersions.
Molseh et al. (2009) ont montré que la stabilité de dispersion de trois nanoparticules différentes (disulfure de molybdène (MoS2), disulfure de tungstène (WS2) et nitrure de bore hexagonal (hBN)) dans le CIMFLO 20 était meilleure avec un traitement par ultrasons qu’avec une agitation mécanique par secouage et brassage. Comme la cavitation ultrasonore crée des conditions uniques à haute densité énergétique, la sonication de type sonde surpasse les techniques de dispersion conventionnelles en termes d’efficacité et de rendement.
Les caractéristiques des nanoparticules telles que la taille, la forme et la concentration influencent leurs propriétés tribologiques. Bien que la nano-taille idéale varie en fonction du matériau, la plupart des nanoparticules présentent leurs fonctionnalités les plus élevées dans une plage de dix à cent nanomètres. La concentration idéale de nano-additifs dans l’huile de graissage se situe le plus souvent entre 0,1–5,0% .
Les nanoparticules d’oxydes telles que Al2O3, CuO ou ZnO sont largement utilisées comme nanoparticules améliorant les performances tribologiques des lubrifiants. Les autres additifs comprennent les additifs sans cendres, les liquides ioniques, les esters de borate, les nanomatériaux inorganiques, les nanostructures dérivées du carbone comme les nanotubes de carbone (CNT), le graphite et le graphène. Des additifs spécifiques sont utilisés afin d’améliorer des propriétés spécifiques des huiles de graissage. Par exemple, les lubrifiants préventifs contre l’usure contiennent des additifs extrême pression tels que le disulfure de molybdène, le graphite, les oléfines sulfurées et les complexes de dialkyldithiocarbamate, ou des additifs anti-usure tels que les triarylphosphates et le dialkyldithiophosphate de zinc.
Les homogénéisateurs à ultrasons de type sonde sont des mélangeurs fiables et sont utilisés pour la formulation de lubrifiants haute performance. Réputée supérieure lorsqu’il s’agit de préparer des suspensions de taille nanométrique, la sonication est très efficace pour la fabrication industrielle d’huiles de graissage.

En savoir plus sur les disperseurs à ultrasons pour la production de nano-lubrifiants !
 

La dispersion par ultrasons de l’oxyde d’aluminium (Al2O3) entraîne une réduction significative de la taille des particules et une dispersion uniforme.

Fabrication de lubrifiants avec des nano-additifs

Pour la production d’huiles lubrifiantes nano-renforcées, un nanomatériau adéquat et une technique de dispersion puissante et efficace sont essentiels. Sans nanodispersion fiable et stable à long terme, il est impossible de fabriquer un lubrifiant haute performance.
Le mélange et la dispersion par ultrasons constituent une méthode établie pour la production de lubrifiants haute performance. L’huile de base des lubrifiants est renforcée par des additifs tels que des nanomatériaux, des polymères, des inhibiteurs de corrosion, des antioxydants et d’autres agrégats fins. Les forces de cisaillement ultrasonores sont très efficaces pour obtenir une distribution granulométrique très fine. Les forces ultrasonores (sonomécaniques) sont capables de broyer même les particules primaires et sont utilisées pour fonctionnaliser les particules, de sorte que les nanoparticules obtenues offrent des caractéristiques supérieures (p. ex. modification de surface, NP cœur-coquille, NP dopées).
Les mélangeurs à ultrasons à fort cisaillement peuvent grandement contribuer à fabriquer efficacement des lubrifiants haute performance !

Nouveaux nano-additifs dans les huiles lubrifiantes

De nouveaux additifs de taille nanométrique sont développés afin d’améliorer encore les fonctionnalités et les performances des huiles lubrifiantes et des graisses. Par exemple, les nanocristaux de cellulose (CNC) sont étudiés et testés pour la formulation de lubrifiants verts. Zakani et al. (2022) ont démontré que – par rapport aux suspensions lubrifiantes non soniquées – les lubrifiants CNC soniqués pouvaient réduire le COF (coefficient de frottement) et l’usure de près de 25 et 30% respectivement. Les résultats de cette étude suggèrent que le traitement par sonication peut améliorer significativement les performances de lubrification des suspensions aqueuses de CNC.

Disperseurs à ultrasons haute performance pour la fabrication de lubrifiants

Lorsque des nano-additifs sont utilisés dans des procédés de fabrication industrielle tels que la production d’huiles lubrifiantes, il est essentiel que les poudres sèches (c.-à-d. les nanomatériaux) soient mélangées de manière homogène dans une phase liquide (huile de graissage). La dispersion de nanoparticules nécessite une technique de mélange fiable et efficace, qui applique suffisamment d’énergie pour briser les agglomérats afin de libérer les qualités des particules à l’échelle nanométrique. Les ultrasonicateurs sont bien connus comme des disperseurs puissants et fiables ; ils sont donc utilisés pour désagglomérer et répartir de manière homogène divers matériaux tels que l’oxyde d’aluminium, les nanotubes, le graphène, les minéraux et de nombreux autres matériaux dans une phase liquide telle que des huiles minérales, synthétiques ou végétales. Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des disperseurs à ultrasons haute performance pour tout type d’applications d’homogénéisation et de désagglomération.
Contactez-nous dès maintenant pour en savoir plus sur la dispersion par ultrasons de nano-additifs dans les lubrifiants !

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :