Lubrifiants aux fonctionnalités améliorées par les nanoparticules

Les huiles lubrifiantes peuvent grandement bénéficier 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 à noyau soient dispersés uniformément et individuellement dans le lubrifiant. La dispersion par ultrasons s'est avérée être une méthode de mélange fiable et efficace, permettant une distribution homogène des nanoparticules et empêchant leur agrégation.

Comment disperser les 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 grandement les économies d'énergie et la réduction des émissions, diminuant ainsi l'impact sur l'environnement.
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 qui dispersent et démêlent les nanomatériaux uniformément en particules individuelles. Créant des champs uniques à forte densité énergétique, l'ultrasonication à l'aide de sondes ultrasonores de grande puissance a prouvé sa supériorité dans le traitement des nanomatériaux et constitue donc la méthode établie pour les nano-dispersions.
Molseh et al. (2009) ont montré que la stabilité de la dispersion de trois nanoparticules différentes (disulfure de molybdène (MoS2), disulfure de tungstène (WS2) et nitrure de bore hexagonal (hBN)) dans le CIMFLO 20 avec un traitement ultrasonique était meilleure qu'avec une agitation mécanique. Comme la cavitation ultrasonique crée des conditions uniques de densité énergétique, l'ultrasonication par sonde surpasse les techniques de dispersion conventionnelles en termes d'efficacité et d'efficience.
Les caractéristiques des nanoparticules, telles que la taille, la forme et la concentration, influencent leurs propriétés tribologiques. Alors que la taille idéale des nanoparticules varie en fonction du matériau, la plupart des nanoparticules présentent les fonctionnalités les plus élevées dans la plage de dix à cent nanomètres. La concentration idéale de nano-additifs dans l'huile de lubrification se situe généralement entre 0,1 et 5,0 %.
Les nanoparticules d'oxyde telles que Al2O3, CuO ou ZnO sont largement utilisées pour améliorer les performances tribologiques des lubrifiants. Parmi les autres additifs figurent les additifs sans cendres, les liquides ioniques, les esters de borate, les nanomatériaux inorganiques, les nanostructures dérivées du carbone telles que les nanotubes de carbone (CNT), le graphite et le graphène. Des additifs spécifiques sont utilisés pour améliorer certaines propriétés des huiles lubrifiantes. Par exemple, les lubrifiants anti-usure contiennent des additifs extrême-pression tels que le disulfure de molybdène, le graphite, les oléfines sulfurées et les complexes dialkyldithiocarbamate ou des additifs anti-usure tels que les triarylphosphates et le dialkyldithiophosphate de zinc.
Les homogénéisateurs à sonde ultrasonique sont des mélangeurs fiables et sont utilisés pour la formulation de lubrifiants de haute performance. Reconnue pour sa supériorité dans la préparation de suspensions de taille nanométrique, la sonication est très efficace pour la fabrication industrielle d'huiles lubrifiantes.

La dispersion ultrasonique 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 produire des huiles lubrifiantes renforcées par des nanotechnologies, il est essentiel de disposer d'un nanomatériau adéquat et d'une technique de dispersion puissante et efficace. Sans une nano-dispersion fiable et stable à long terme, il n'est pas possible de fabriquer un lubrifiant de haute performance.
Le mélange et la dispersion par ultrasons sont des méthodes éprouvées pour la production de lubrifiants de 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 ultrasoniques sont très efficaces pour obtenir une distribution granulométrique très fine. Les forces ultrasoniques (sonomécaniques) sont capables de broyer même les particules primaires et sont appliquées pour fonctionnaliser les particules, de sorte que les nanoparticules résultantes présentent des caractéristiques supérieures (par exemple, modification de la surface, NPs à noyau-coquille, NPs dopées).
Les mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement peuvent grandement contribuer à la fabrication efficace de lubrifiants de haute performance !

Nouveaux nano-additifs dans les huiles lubrifiantes

De nouveaux additifs de taille nanométrique sont mis au point pour améliorer les fonctionnalités et les performances des huiles et des graisses lubrifiantes. Par exemple, les nanocristaux de cellulose (CNC) font l'objet de recherches et sont testés pour la formulation de lubrifiants verts. Zakani et al. (2022) ont démontré que les – par rapport à des suspensions lubrifiantes non sonifiées – Les lubrifiants CNC traités par ultrasons ont pu 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 ultrasons peut améliorer de manière significative les performances de lubrification des suspensions aqueuses de CNC.

Disperseurs ultrasoniques haute performance pour la fabrication de lubrifiants

Lorsque des nano-additifs sont utilisés dans des processus de fabrication industrielle tels que la production d'huiles lubrifiantes, il est crucial que les poudres sèches (c'est-à-dire les nanomatériaux) soient mélangées de manière homogène dans une phase liquide (huile de graissage). La dispersion des 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 ultrasons sont bien connus pour être des disperseurs puissants et fiables. Ils sont donc utilisés pour désagglomérer et distribuer de manière homogène divers matériaux tels que l'oxyde d'aluminium, les nanotubes, le graphène, les minéraux et bien d'autres matériaux dans une phase liquide telle que les huiles minérales, synthétiques ou végétales. Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des disperseurs ultrasoniques de haute performance pour tout type d'applications d'homogénéisation et de désagglomération.
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Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :