นาโนหล่อลื่นที่ได้รับการปรับปรุงโดยการกระจายด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิก

การผสานสารเติมแต่งนาโนเข้ากับสูตรสารหล่อลื่นถือเป็นหนึ่งในความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุดในสาขาการเสียดทานและสึกหรอในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม นักวิจัยและวิศวกรกระบวนการยังคงเผชิญกับความท้าทายที่ต่อเนื่อง นั่นคือการบรรลุการกระจายตัวที่เป็นเนื้อเดียวกันของอนุภาคนาโนภายในน้ำมันพื้นฐานที่มีความหนืดโดยไม่ทำให้โครงสร้างของอนุภาคเสื่อมลง วิธีการผสมแบบดั้งเดิมมักไม่สามารถทำลายก้อนรวมตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ไม่สม่ำเสมอและมีความคงตัวบนชั้นวางจำกัด

ทางออก: การกระจายตัวแบบนาโนของสารเติมแต่งอัลตราโซนิกในสูตรสารหล่อลื่น

อัลตราซาวนด์กำลังสูงเป็นทางออกที่เหนือกว่าสำหรับความท้าทายด้านการกระจายตัวเหล่านี้ โดยใช้อิทธิพลของปรากฏการณ์อะคูสติกคาวิเทชัน อุปกรณ์อัลตราซาวนด์จะสร้างวัฏจักรความดันสูงและความดันต่ำสลับกันภายในสื่อที่เป็นของเหลว ในระหว่างรอบความดันต่ำ ฟองสุญญากาศขนาดเล็กจะก่อตัวขึ้นในของเหลว เมื่อฟองเหล่านี้มีปริมาตรสูงสุดและไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อีก พวกมันจะยุบตัวอย่างรุนแรงในระหว่างรอบความดันสูง การยุบตัวนี้ก่อให้เกิดสภาวะสุดขั้วในบริเวณเฉพาะ – อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 5000 เคลวิน และความดันเกิน 1000 บรรยากาศ – ซึ่งสามารถแยกกลุ่มอนุภาคนาโนออกจากกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ และทำให้การกระจายตัวสม่ำเสมอทั่วทั้งเมทริกซ์ของสารหล่อลื่น
สำหรับวิศวกรกระบวนการ นี่หมายถึงความแตกต่างระหว่างสารหล่อลื่นที่ตกตะกอนและแยกตัวภายในไม่กี่สัปดาห์ กับสารหล่อลื่นที่รักษาประสิทธิภาพการทำงานไว้ได้ตลอดอายุการใช้งานของชิ้นส่วน

กรณีศึกษา: นาโนทิวบ์คาร์บอนคล้ายไม้ไผ่ที่เจือด้วยไนโตรเจนในจาระบีนำไฟฟ้า

ตัวอย่างที่น่าสนใจของประสิทธิภาพของเทคโนโลยีอัลตราโซนิกในการผลิตสารหล่อลื่นมาจากงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Materials Research and Technology (2019) การศึกษาดังกล่าวมีชื่อว่า “การประยุกต์ใช้ท่อนาโนคาร์บอนที่มีลักษณะคล้ายไม้ไผ่ซึ่งมีการเจือด้วยไนโตรเจนสำหรับการพัฒนาสารหล่อลื่นที่มีคุณสมบัตินำไฟฟ้า” แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์โฮโมจีไนเซอร์แบบหัววัด Hielscher UIP1000hdT (กำลังไฟ 340 วัตต์, เวลาการประมวลผล 2 นาที) ช่วยให้สามารถผลิตจาระบีสำหรับตลับลูกปืนที่มีความเป็นเนื้อเดียวกัน มีความเสถียร และนำไฟฟ้าได้
นักวิจัยได้ใช้ท่อนาโนคาร์บอนรูปทรงไม้ไผ่ (BCNTs) เป็นสารเติมแต่งที่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสำหรับจาระบี เนื่องจากการแทรกซึมของไนโตรเจนเข้าไปในโครงสร้างกราฟิติของผนังด้านข้างของท่อนาโน ทำให้เกิดคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และโครงสร้างที่ยอดเยี่ยม ส่งผลให้เกิดพฤติกรรมการดูดซับและค่าการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม ท่อนาโนคาร์บอนเป็นวัสดุนาโนที่มีโครงสร้างเป็นท่อซึ่งมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าอย่างน่าทึ่ง และสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของพวกมันสามารถปรับแต่งได้เป็นพิเศษโดยการนำอะตอมของไนโตรเจนเข้ามาผ่านเทคนิคการโดป
ผลลัพธ์เน้นย้ำถึงพลังของการกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิก:

กรณีศึกษานี้ทำหน้าที่เป็นหลักฐานเชิงเทคนิคที่แสดงถึงแนวคิด: เมื่อวัสดุนาโนที่เหมาะสมพบกับพลังงานอัลตราโซนิกที่เหมาะสม น้ำมันหล่อลื่นที่ได้จะมีประสิทธิภาพตามเกณฑ์ที่ไม่เคยคิดว่าจะเป็นไปได้มาก่อนด้วยวิธีการผสมแบบดั้งเดิม

คุณสมบัติเด่นของการกระจายนาโนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในสารหล่อลื่น

วิธีการกระจายตัวด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมซึ่งยืนยันถึงศักยภาพในอุตสาหกรรม:

• ข้อกำหนดการเติมขั้นต่ำ: ปริมาณ BCNTs ที่ค่อนข้างน้อย โดยเฉพาะ 1.5% โดยน้ำหนัก เพียงพอที่จะทำให้จาระบีมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเกินกว่า 14 mS ตัวอย่างที่มีท่อนาโนแสดงให้เห็นค่าการนำไฟฟ้าที่ดีในช่วง 7 ถึง 18.5 mS ในการวัดแบบคงที่
• ประสิทธิภาพที่ปรับปรุงในระหว่างการทำงาน: การวัดค่าการนำไฟฟ้าในระหว่างการปฏิบัติการของลูกปืนลูกบอลจริง ๆ แสดงให้เห็นค่าที่สูงขึ้นอย่างมาก โดยมีค่าสูงสุดถึง 31.5 mS ที่บันทึกไว้กับสูตรที่มี BCNT 3% ค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นในทุกกรณีเมื่อเทียบกับการวัดในสภาพคงที่ ซึ่งบ่งชี้ว่าแรงเสียดทานทางกลในระหว่างการปฏิบัติการช่วยปรับปรุงเส้นทางการนำไฟฟ้าให้ดีขึ้น
• ประสิทธิภาพการเสียดสีที่เหนือกว่า: คุณสมบัติแรงเสียดทานที่มีประสิทธิภาพสามารถทำได้กับตัวอย่างที่เติม BCNT 1.5 wt% โดยแสดงค่าแรงบิดเสียดทานที่ 6.1 และ 5.1 นิวตันเมตร ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความเข้มข้นของสารเติมแต่งที่เหมาะสมสามารถสร้างสมดุลระหว่างค่าการนำไฟฟ้าและสมรรถนะทางกลได้
• ความเสถียรทางความร้อนที่ดีขึ้น: การเติมน้ำมันซิลิโคนที่มีความหนืดสูง (5000 มม.²/วินาที) และซิลิกาฟิวม์เป็นสารเพิ่มความข้น ทำให้จุดหยดเพิ่มขึ้นเกิน 150°C ซึ่งช่วยแก้ไขข้อจำกัดที่สำคัญในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง
• สูตรที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม น้ำมันพื้นฐาน PDMS ที่มี BCNT 3% และ SiO₂ ชนิดคอลลอยด์ 1.0% ซึ่งมีความหนืด 50 มม./วินาที ได้พิสูจน์แล้วว่าเหมาะสมสำหรับการบรรจุลูกปืนลูกกลิ้ง โดยสามารถผสมผสานการนำไฟฟ้าเข้ากับความทนทานทางกลได้ดี

อัลตราโซนิกส์: ข้อได้เปรียบในการขยายขนาดสู่ระดับอุตสาหกรรม

ในขณะที่การพัฒนาในระดับห้องปฏิบัติการโดยใช้ Hielscher UIP1000hdT แสดงให้เห็นถึงแนวคิดที่เป็นไปได้ คุณค่าที่แท้จริงสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมอยู่ที่ความสามารถในการปรับขนาดเชิงเส้น เครื่องโซนิคเอเตอร์ของ Hielscher มอบข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใครผ่านความสามารถในการปรับขนาดเชิงเส้น ทำให้สามารถเปลี่ยนผ่านจาก R&D การประมวลผลบนโต๊ะทำงานไปจนถึงการผลิตแบบอินไลน์สำหรับปริมาณมาก
สำหรับการนำไปใช้ในภาคอุตสาหกรรม วิศวกรกระบวนการสามารถใช้รุ่น 4kW UIP4000hdT, เครื่องโซนิเคเตอร์ 6kW UIP6000hdT หรือเครื่อง UIP16000hdT กำลังสูง 16kW ที่ติดตั้งเซลล์การไหลเฉพาะทาง แนวทางขยายขนาดเชิงเส้นนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสูตรที่พัฒนาในระดับห้องปฏิบัติการจะรักษาคุณภาพการกระจายตัวและลักษณะการกระจายตัวของอนุภาคให้เหมือนเดิมเมื่อผลิตในระดับการผลิต ความสม่ำเสมอที่ได้จากการประมวลผลด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงช่วยขจัดความแปรปรวนระหว่างชุดการผลิตที่มักพบในวิธีการผสมแบบดั้งเดิม ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานสารหล่อลื่นประสิทธิภาพสูงในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ และเครื่องจักรที่มีความแม่นยำสูง

ทำไมการใช้อัลตราโซนิกจึงมีความสำคัญต่อการสร้างนวัตกรรมน้ำมันหล่อลื่น

ข้อดีของการกระจายตัวแบบนาโนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผสมเท่านั้น แต่ยังช่วยให้สามารถ:

1. การเพิ่มปริมาณสารเติมแต่ง: สามารถผสมสารเติมแต่งนาโนที่มีความเข้มข้นสูงขึ้นได้โดยไม่เกิดการจับตัวเป็นก้อน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด
2. เสถียรภาพบนชั้นวางที่ดีขึ้น: สารแขวนลอยที่เป็นเนื้อเดียวกันช่วยป้องกันการตกตะกอนและการแยกเฟสในช่วงเวลาการเก็บรักษาที่ยาวนาน
3. คุณภาพสินค้าที่สม่ำเสมอ: แต่ละชุดการผลิตมีลักษณะการกระจายตัวที่เหมือนกันทุกประการ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด
4. ลดเวลาในการดําเนินการ: การเกิดโพรงอากาศด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถทำให้เกิดการกระจายตัวได้ภายในไม่กี่นาที แทนที่จะต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงตามวิธีการแบบดั้งเดิม
5. ความหลากหลายในการใช้กับสูตรต่างๆ: เทคโนโลยีนี้สามารถทำงานร่วมกับน้ำมันพื้นฐานหลากหลายชนิด สารเพิ่มความข้น และสารเติมแต่งประเภทต่างๆ ได้ ซึ่งช่วยให้มีความยืดหยุ่นในการพัฒนาสูตร

เครื่องกระจายชนิดหัวตรวจอัลตราโซนิกสร้างสารหล่อลื่นชีวภาพประสิทธิภาพสูง
(การศึกษาและรูปภาพ: หลิว และคณะ, 2020)

เพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสารหล่อลื่นนาโนของคุณด้วยการกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกส์

การผสานเทคโนโลยีอัลตราโซนิกเข้ากับกระบวนการผลิตสารหล่อลื่นถือเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญในวิธีการผสมสารเติมแต่งนาโนลงในสูตรสารหล่อลื่น ดังที่แสดงให้เห็นจากการพัฒนาจารบีที่มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าได้สำเร็จโดยใช้ท่อนาโนคาร์บอนที่มีลักษณะคล้ายไม้ไผ่ซึ่งผ่านการเติมไนโตรเจน การใช้อัลตราโซนิกพลังงานสูงสามารถสร้างการกระจายตัวที่เป็นเนื้อเดียวกันและมีความเสถียร พร้อมด้วยคุณสมบัติการทำงานที่ยอดเยี่ยม ด้วยความสามารถในการขยายขนาดเชิงเส้นของ Hielscher จากเครื่องโซนิเคเตอร์ขนาดตั้งโต๊ะ UIP1000hdT ไปจนถึงเครื่องโซนิเคเตอร์แบบอินไลน์สำหรับอุตสาหกรรม เช่น UIP4000hdT UIP6000hdT และ UIP16000hdT พร้อมเซลล์ไหล นักวิจัยและวิศวกรกระบวนการสามารถเปลี่ยนจาก R ได้อย่างมั่นใจ&การค้นพบสู่การผลิตเชิงพาณิชย์ โดยมั่นใจว่านวัตกรรมที่พัฒนาในห้องปฏิบัติการสามารถทำงานได้อย่างเหมือนกันในโรงงาน
อนาคตของเทคโนโลยีสารหล่อลื่นไม่ได้อยู่เพียงแค่การพัฒนาสารเติมแต่งนาโนใหม่ ๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเชี่ยวชาญเทคนิคการกระจายตัวที่สามารถปลดล็อกศักยภาพสูงสุดของสารเหล่านี้ได้ การประมวลผลด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างการค้นพบทางวิทยาศาสตร์กับการนำไปใช้ในอุตสาหกรรม ช่วยให้เกิดสารหล่อลื่นประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ต้องการความท้าทายสูง

 
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:

การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs

วรรณกรรม / อ้างอิง