Ar ultraskaņas dispersiju uzlabotas nanosmērvielas

Nanopiedevu iekļaušana smērvielu formulējumos ir viens no nozīmīgākajiem sasniegumiem triboloģijā pēdējos gados. Tomēr pētnieki un procesu inženieri saskaras ar pastāvīgu izaicinājumu: panākt nanomēroga daļiņu viendabīgu dispersiju viskozās bāzes eļļās, nebojājot daļiņu strukturālo integritāti. Tradicionālās maisīšanas metodes bieži nespēj efektīvi sašķelt aglomerātus, tāpēc produkta veiktspēja ir nevienmērīga un stabilitāte uzglabāšanas laikā ir ierobežota.

Risinājums: nanopiedevu disperģēšana ar ultraskaņu smērvielu formulēšanā

Lielas jaudas ultraskaņa ir pārāks risinājums šiem disperģēšanas izaicinājumiem. Izmantojot akustiskās kavitācijas principus, ultraskaņas iekārtas šķidrās vidēs rada pārmaiņus augsta un zema spiediena ciklus. Zema spiediena cikla laikā šķidrumā veidojas mazi vakuuma burbulīši. Kad šie burbulīši sasniedz maksimālo tilpumu un vairs nespēj absorbēt enerģiju, tie augsta spiediena cikla laikā strauji sabrūk. Šī sabrukšana lokāli rada ekstremālus apstākļus – temperatūru, kas sasniedz aptuveni 5000 kelvinus, un spiedienu, kas pārsniedz 1000 atmosfēras, – kas efektīvi sašķeļ nanodaļiņu aglomerātus un nodrošina vienmērīgu daļiņu sadalījumu visā smērvielas matricā.
Procesu inženieriem tā ir atšķirība starp smērvielu, kas dažu nedēļu laikā veido nogulsnes un noslāņojas, un smērvielu, kas saglabā savus veiktspējas rādītājus visā detaļas kalpošanas laikā.

Gadījuma izpēte: ar slāpekli leģētas bambusam līdzīgas oglekļa nanocaurulītes elektrovadošās plastiskajās smērvielās

Pārliecinošs piemērs ultraskaņas tehnoloģijas efektivitātei smērvielu ražošanā ir pētījums, kas publicēts žurnālā Journal of Materials Research and Technology (2019). Pētījumā ar nosaukumu „Ar slāpekli leģētu bambusam līdzīgu oglekļa nanocaurulīšu izmantošana elektrovadošu smērvielu izstrādē” parādīts, kā Hielscher UIP1000hdT zondes tipa homogenizators (340 W, apstrādes laiks 2 min) ļāva ražot viendabīgas, stabilas un elektrovadošas plastiskās gultņu smērvielas.
Pētnieki izmantoja bambusa formas oglekļa nanocaurulītes (BCNT) kā elektrovadošas piedevas plastiskajām smērvielām. Slāpekļa iekļaušana nanocaurulīšu sānu sienu grafītiskajā struktūrā radīja izcilas elektroniskās un strukturālās īpašības, nodrošinot teicamu adsorbcijas spēju un elektrovadītspēju. Oglekļa nanocaurulītes ir ievērojami elektrovadoši nanostrukturēti materiāli, un to elektroniskās īpašības var mērķtiecīgi pielāgot, ar leģēšanas metodēm iekļaujot slāpekļa atomus.
Rezultāti uzsver ultraskaņas dispersijas efektivitāti:

Šī gadījuma izpēte kalpo kā koncepcijas tehniskās īstenojamības pierādījums: kad piemērots nanomateriāls tiek apstrādāts ar piemērotu ultraskaņas enerģiju, iegūtā smērviela sasniedz veiktspējas rādītājus, kas iepriekš tika uzskatīti par nesasniedzamiem ar tradicionālajām maisīšanas metodēm.

Galvenā ultraskaņas nanodispersijas īpašība smērvielās

Disperģēšana ar ultraskaņu sniedz izcilus rezultātus, kas apliecina tās rūpniecisko potenciālu:

• Minimāls nepieciešamais piedevu daudzums: Ar salīdzinoši nelielu BCNT daudzumu, konkrēti 1,5 wt%, pietiek, lai sasniegtu labu plastisko smērvielu elektrovadītspēju, kas pārsniedz 14 mS. Nanocaurulītes saturošajiem paraugiem stacionāros mērījumos konstatēta laba elektrovadītspēja diapazonā no 7 līdz 18,5 mS.
• Uzlaboti darbības rādītāji ekspluatācijas laikā: Elektrovadītspējas mērījumi lodīšu gultņu faktiskās darbības laikā uzrāda vēl augstākas vērtības; sastāvam ar 3% BCNT reģistrēta maksimālā vērtība 31,5 mS. Salīdzinājumā ar mērījumiem stacionārā stāvoklī elektrovadītspēja palielinās katrā gadījumā, norādot, ka mehāniskā slodze darbības laikā vēl vairāk uzlabo elektrību vadošos ceļus.
• Izcili berzes raksturlielumi: Paraugiem ar 1,5 wt% BCNT saturu tiek sasniegti efektīvi berzes raksturlielumi, un to berzes momenta vērtības ir 6,1 un 5,1 Nmm. Tas parāda, ka optimāla piedevas koncentrācija līdzsvaro elektrovadītspēju un mehāniskās īpašības.
• Uzlabota termiskā stabilitāte: Augstas viskozitātes silikoneļļas (5000 mm²/s) un pirogēnā silīcija dioksīda pievienošana par biezinātājiem paaugstina pilēšanas temperatūru virs 150°C, novēršot būtisku ierobežojumu lietojumos augstā temperatūrā.
• Optimizēti sastāvi: PDMS bāzes eļļa ar viskozitāti 50 mm/s, kas satur 3% BCNT un 1,0% koloidālā SiO₂, izrādījās labi piemērota lodīšu gultņu slogošanai, apvienojot elektrovadītspēju ar mehānisko izturību.

Ultraskaņa: priekšrocības mēroga palielināšanā līdz rūpnieciskai ražošanai

Lai gan izstrāde laboratorijas mērogā, izmantojot Hielscher UIP1000hdT, apliecina koncepcijas īstenojamību, patiesā vērtība rūpnieciskiem lietojumiem ir lineāras mēroga palielināšanas iespēja. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces piedāvā unikālu priekšrocību, pateicoties iespējai lineāri palielināt mērogu, nodrošinot vienmērīgu pāreju no apstrādes ar galda iekārtām pētniecībā un izstrādē uz lielu apjomu ražošanu plūsmā.
Ieviešanai rūpniecībā procesu inženieri var izmantot 4kW modeli UIP4000hdT, 6kW ultraskaņas apstrādes ierīci UIP6000hdT vai jaudīgo 16kW ierīci UIP16000hdT, kas aprīkota ar specializētām plūsmas šūnām. Šī lineārās mēroga palielināšanas pieeja nodrošina, ka laboratorijas mērogā izstrādātie sastāvi saglabā identisku dispersijas kvalitāti un daļiņu sadalījuma raksturlielumus, kad tos izgatavo ražošanas mērogā. Ar ultraskaņas apstrādi panāktā vienmērība novērš tradicionālajām sajaukšanas metodēm raksturīgās atšķirības starp partijām, kas ir īpaši būtiski augstas veiktspējas smērvielu lietojumos aviācijas un kosmosa nozarē, automobiļu rūpniecībā un precīzās mašīnbūves nozarē.

Kāpēc apstrāde ar ultraskaņu ir nozīmīga smērvielu inovācijām

Nanopiedevu disperģēšanas ar ultraskaņu priekšrocības sniedzas tālāk par vienkāršu sajaukšanas efektivitāti. Šī tehnoloģija nodrošina:

1. Lielāks piedevu saturs: Iespējams iestrādāt augstākas nanopiedevu koncentrācijas bez aglomerācijas, maksimāli palielinot ieguvumus veiktspējai.
2. Uzlabota stabilitāte uzglabāšanas laikā: Homogēnas dispersijas novērš sedimentāciju un fāžu atdalīšanos ilgstošas uzglabāšanas laikā.
3. Nemainīga produkta kvalitāte: Katrai ražošanas partijai tiek sasniegti identiski dispersijas raksturlielumi, kas ir būtiski lietojumos, kuros nepieciešama stingra kvalitātes kontrole.
4. Saīsināts apstrādes laiks: Ultraskaņas kavitācija nodrošina disperģēšanu dažu minūšu laikā, savukārt tradicionālajām metodēm nepieciešamas stundas.
5. Daudzpusīga izmantošana dažādos sastāvos: Tehnoloģija ir izmantojama ar dažādām bāzes eļļām, biezinātājiem un piedevu veidiem, nodrošinot elastību sastāvu izstrādē.

Zondes tipa ultraskaņas disperģētājs rada augstas veiktspējas biosmērvielas.
(Pētījums un attēls: Liu et al., 2020)

Uzlabojiet nanosmērvielu ražošanu ar disperģēšanu ar ultraskaņu

Ultraskaņas tehnoloģijas integrēšana smērvielu ražošanas procesos nozīmē paradigmas maiņu nanopiedevu iestrādē smērvielu sastāvos. Kā liecina veiksmīgā elektrovadošu plastisko smērvielu izstrāde, izmantojot ar slāpekli leģētas bambusam līdzīgas oglekļa nanocaurulītes, apstrāde ar augstas enerģijas ultraskaņu nodrošina viendabīgas, stabilas dispersijas ar izcilām ekspluatācijas īpašībām. Pateicoties Hielscher iespējai lineāri palielināt procesa mērogu no galda ultraskaņas apstrādes iekārtas UIP1000hdT līdz rūpnieciskajiem ultraskaņas apstrādes iekārtu modeļiem UIP4000hdT, UIP6000hdT un UIP16000hdT ar plūsmas šūnām darbam plūsmas līnijā, pētnieki un procesu inženieri var pārliecinoši pāriet no pētniecības un izstrādes atklājumiem uz komerciālu ražošanu, nodrošinot, ka laboratorijā radītais jauninājums rūpnīcā darbojas identiski.
Smērvielu tehnoloģijas nākotne ir saistīta ne vien ar jaunu nanopiedevu izstrādi, bet arī ar tādu disperģēšanas metožu apgūšanu, kas ļauj pilnībā izmantot šo piedevu potenciālu. Apstrāde ar ultraskaņu veido saikni starp zinātniskiem atklājumiem un rūpniecisku izmantošanu, ļaujot radīt nākamās paaudzes augstas veiktspējas smērvielas prasīgiem rūpnieciskiem lietojumiem.

 
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes iekārtu aptuveno apstrādes jaudu:

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas ir labi pazīstamas ar saviem visaugstākajiem kvalitātes un projektēšanas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj mūsu ultraskaņas apstrādes iekārtas viegli integrēt rūpnieciskās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes iekārtām ar vismodernākajām tehnoloģijām un ērtu lietošanu. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.

Literatūra / Atsauces

• 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.