Смазочные материалы с улучшенными функциональными возможностями, улучшенными наночастицами
Смазочные масла могут значительно выиграть от наноприсадок, которые помогают уменьшить трение и износ. Однако крайне важно, чтобы нанодобавки, такие как наночастицы, монослои графена или наносферы с оболочкой ядра, были равномерно и однодисперсными в смазке. Ультразвуковая дисперсия зарекомендовала себя как надежный и эффективный метод смешивания, обеспечивающий однородное распределение наночастиц и предотвращающий агрегацию.
Как диспергировать нанодобавки в смазочных жидкостях? – С ультразвуком!
Использование наноприсадок в смазочных материалах считается одним из наиболее эффективных методов улучшения трибологических характеристик, снижающих трение и износ. Такое трибологическое улучшение значительно повышает энергосбережение, сокращение выбросов, тем самым снижая воздействие на окружающую среду.
Проблема нано-улучшенных смазочных материалов заключается в смешивании: наноматериалы, такие как наночастицы или кристаллическая наноцеллюлоза, требуют сфокусированных смесителей с высоким сдвигом, которые равномерно диспергируют и распутывают наноматериалы на отдельные частицы. Создание уникальных энергоемких полей, ультразвук с использованием мощных ультразвуковых зондов доказали превосходство в обработке наноматериалов и, таким образом, являются устоявшимся методом нанодисперсий.
Molseh et al. (2009) показали, что дисперсионная стабильность трех различных наночастиц (дисульфида молибдена (MoS2), дисульфида вольфрама (WS2) и гексагонального нитрида бора (hBN)) в CIMFLO 20 при ультразвуковой обработке была лучше, чем при механическом встряхивании и перемешивании. Поскольку ультразвуковая кавитация создает уникальные энергоемкие условия, ультразвук зондового типа превосходит традиционные методы диспергирования по эффективности и результативности.
Характеристики наночастиц, такие как размер, форма и концентрация, влияют на их трибологические свойства. В то время как идеальный наноразмер варьируется в зависимости от материала, большинство наночастиц демонстрируют самые высокие функциональные возможности в диапазоне от десяти до ста нанометров. Идеальная концентрация наноприсадок в смазочном масле в основном составляет от 0,1 до 5,0%.
Оксидные наночастицы, такие как Al2O3, CuO или ZnO, широко используются в качестве наночастиц, улучшающих трибологические характеристики смазочных материалов. Другие добавки включают беззольные добавки, ионные жидкости, эфиры боратов, неорганические наноматериалы, наноструктуры углеродного происхождения, такие как углеродные нанотрубки (УНТ), графит и графен. Специальные присадки используются для того, чтобы улучшить специфические свойства смазочных масел. Например, износопрофилактические смазочные материалы содержат добавки под экстремальным давлением, такие как дисульфид молибдена, графит, сернистые олефины и комплексы диалкилдиокарбаматов или противоизносные добавки, такие как триарилфосфаты и диалкилдитиофосфат цинка.
Ультразвуковые гомогенизаторы зондового типа являются надежными смесителями и используются для рецептуры высокоэффективных смазочных материалов. Известный как превосходный, когда дело доходит до приготовления наноразмерных суспензий, обработка ультразвуком очень эффективна для промышленного производства смазочных масел.
Промышленная ультразвуковая система смешивания для высокопроизводительного диспергирования наночастиц в смазочные масла.
- улучшенные трибологические характеристики
- равномерное наноаддитивное включение
- смазочные материалы на растительной основе
- подготовка трибофильма
- жидкости для формования листового металла
- наножидкости для повышения эффективности охлаждения
- ионные жидкости в водной или масляной смазке
- протяжные жидкости
Ультразвуковая дисперсия оксида алюминия (Al2O3) приводит к значительному уменьшению размера частиц и равномерной дисперсии.
Производство смазочных материалов с нанодобавками
Для производства наноармированных смазочных масел решающее значение имеют адекватный наноматериал и мощный, эффективный метод диспергирования. Без надежной и долговременной стабильной нанодисперсии невозможно изготовить высокоэффективную смазку.
Ультразвуковое смешивание и диспергирование является устоявшимся методом производства высокоэффективных смазочных материалов. Базовое масло смазочных материалов армировано такими присадками, как наноматериалы, полимеры, ингибиторы коррозии, антиоксиданты и другие мелкие агрегаты. Ультразвуковые силы сдвига очень эффективны в обеспечении очень тонкого распределения частиц по размерам. Ультразвуковые (сономеханические) силы способны измельчать даже первичные частицы и применяются для функционализации частиц, так что полученные наночастицы обладают превосходными характеристиками (например, модификация поверхности, NP ядра-оболочки, легированные NP).
Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом могут значительно помочь эффективному производству высокоэффективных смазочных материалов!
Масляная смесь с диалкилдитиофосфатом цинка (ZDDP) и поверхностно модифицированными наночастицами PTFE (PHGM) после ультразвуковой дисперсии.
(Исследование и картина: Sharma et al., 2017)
Новые наноприсадки в смазочных маслах
Новые наноразмерные присадки разрабатываются для дальнейшего улучшения функциональности и производительности смазочных масел и смазок. Например, нанокристаллы целлюлозы (CNC) являются исследованиями и тестируются на рецептуру зеленых смазочных материалов. Zakani et al. (2022) продемонстрировали, что – по сравнению со смазочными суспензиями без ультразвука – ультразвуковые смазочные материалы с ЧПУ могут снизить COF (коэффициент трения) и износ почти на 25 и 30% соответственно. Результаты этого исследования показывают, что обработка ультразвуком может значительно улучшить смазывающие характеристики водных суспензий с ЧПУ.
Высокоэффективные ультразвуковые диспергаторы для производства смазочных материалов
Когда наноампутники используются в промышленных производственных процессах, таких как производство смазочных масел, крайне важно, чтобы сухие порошки (т.е. наноматериалы) гомогенно смешивались в жидкую фазу (смазочное масло). Дисперсия наночастиц требует надежной и эффективной техники смешивания, которая применяет достаточно энергии для разрушения агломератов, чтобы высвободить качества наноразмерных частиц. Ультразвуковые аппараты хорошо известны как мощные и надежные диспергаторы, поэтому используются для деагломерации и распределения различных материалов, таких как оксид алюминия, нанотрубки, графен, минералы и многие другие материалы, однородно в жидкую фазу, такие как минеральные, синтетические или растительные масла. Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет высокоэффективные ультразвуковые диспергаторы для любого вида гомогенизации и деагломерации.
Свяжитесь с нами сейчас, чтобы узнать больше об ультразвуковом диспергировании нанодобавок в смазочных материалах!
В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Скорость потока | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| От 1 до 500 мл | От 10 до 200 мл / мин | UP100H |
| От 10 до 2000 мл | От 20 до 400 мл / мин | Uf200 ः т, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4L / мин | UIP2000hdT |
| От 10 до 100 литров | От 2 до 10 л / мин | UIP4000hdT |
| от 15 до 150 л | от 3 до 15 л/мин | UIP6000hdT |
| не доступно | От 10 до 100 л / мин | UIP16000 |
| не доступно | больше | кластер UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.
Наносмазки PTFE после 7 дней приготовления (A: базовое масло, B: PTFE наносмазочный агент с ультразвуковой обработкой 1 час, C: PTFE наносмазочный с 30 мин. ультразвуковой обработки).
(Исследование и фото: © Kumar et al., 2013)
Влияние ультразвука на дисперсионную стабильность Al2O3 в смазочных материалах.
(Исследование и графика: © Шариф и др., 2017)
Полезные сведения
Что такое смазочные материалы?
Основное использование смазочных материалов или смазочных масел заключается в уменьшении трения и износа от механического контакта, а также тепла. В зависимости от их использования и состава смазочные материалы делятся на моторные масла, трансмиссионные жидкости, гидравлические жидкости, трансмиссионные масла и промышленные смазочные материалы.
Поэтому смазочные материалы широко используются в автомобилях, а также в промышленном оборудовании. Для обеспечения хорошей смазки смазочные масла обычно содержат 90% базового масла (в основном нефтяных фракций, т.е. минеральных масел) и менее 10% присадок. Когда минеральные масла избегаются, растительные масла или синтетические жидкости, такие как гидрогенизированные полиолефины, сложные эфиры, силиконы, фторуглероды и многие другие, могут использоваться в качестве альтернативных базовых масел. Основное использование смазочных материалов заключается в снижении трения и износа от механического контакта, а также для снижения потерь тепла и энергии при трении. Поэтому смазочные материалы широко используются в автомобилях, а также в промышленном оборудовании.
Антиоксидантные вещества, такие как аминные и фенольные первичные антиоксиданты, природные кислоты, разлагатели перекиси и пиразины, продлевают жизненный цикл смазочных материалов за счет повышения окислительной стойкости. Таким образом, базовое масло защищено от тепловой деградации, так как термоокислительный распад происходит в восстановленном и замедленном виде.
Типы смазочных материалов
Жидкие смазочные материалы: Жидкие смазочные материалы, как правило, основаны на одном типе базового масла. К этому базовому маслу часто добавляются офтерные вещества с целью улучшения функциональности и производительности. Типичные добавки включают, например, воду, минеральное масло, ланолин, растительное или натуральное масло, наноприсадки и т.д.
Большинство смазочных материалов являются жидкостями, и их можно классифицировать по их происхождению на две группы:
- Минеральные масла: Минеральные масла - это смазочные масла, очищенные из сырой нефти.
- Синтетические масла: Синтетические масла - это смазочные масла, которые производятся с использованием соединений, которые искусственно модифицированы или синтезированы из модифицированной нефти.
Смазочная смазка представляет собой твердую или полутвердую смазку, которая состоит из жидкой смазки, которая загущается путем диспергирования в нее загустителей. Для производства смазочной смазки смазочные масла используются в качестве базовых масел и являются основным ингредиентом. Смазочная смазка содержит от 70% до 80% смазочного масла.
Проникающие смазочные материалы а также сухие смазочные материалы являются дополнительными типами, которые применяются в основном для нишевых приложений.
Нанодобавки, перечисленные выше, могут быть успешно смешаны со смазочными материалами с использованием ультразвуковых диспергаторов.
Литература / Ссылки
- Reddy, Chenga; Arumugam, S.; Venkatakrishnan, Santhanam (2019): RSM and Crow Search Algorithm-Based Optimization of Ultrasonicated Transesterification Process Parameters on Synthesis of Polyol Ester-Based Biolubricant. Arabian Journal for Science and Engineering 44, 2019.
- Zakani, Behzad; Entezami, Sohrab; Grecov, Dana; Salem, Hayder; Sedaghat, Ahmad (2022): Effect of ultrasonication on lubrication performance of cellulose nano-crystalline (CNC) suspensions as green lubricants. Carbohydrate Polymers 282(5), 2022.
- 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.
- Sharma, Vinay, Johansson, Jens; Timmons, Richard; Prakash, Braham; Aswath, Pranesh (2018): Tribological Interaction of Plasma-Functionalized Polytetrafluoroethylene Nanoparticles with ZDDP and Ionic Liquids. Tribology Letters 66, 2018.
- Haijun Liu, Xianjun Hou, Xiaoxue Li, Hua Jiang, Zekun Tian, Mohamed Kamal Ahmed Ali (2020): Effect of Mixing Temperature, Ultrasonication Duration and Nanoparticles/Surfactant Concentration on the Dispersion Performance of Al2O3 Nanolubricants. Research Square 2020.
- Kumar D.M., Bijwe J., Ramakumar S.S. (2013): PTFE based nano-lubricants. Wear 306 (1–2), 2013. 80–88.
- Sharif M.Z., Azmi W.H., Redhwan A.A. M, Mamat R., Yusof T.M. (2017): Performance analysis of SiO2 /PAG nanolubricant in automotive air conditioning system. International Journal of Refrigeration 75, 2017. 204–216.
Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.