Gecargede bio-lubricanten tonen uitstekende capaciteiten in het minimaliseren van gezondheidsrisico's voor de mens en het verbeteren van de prestaties van mechanisch bewerken. Bestaand onderzoek bevestigt de geschiktheid van nano-bio-lubricanten als effectieve atomisatiemediums voor elektrostatische atomisatie. Niettemin blijven de stabiliteit van de dispersie van nanodeeltjes en de oplaadkenmerken van bio-lubricanten belangrijke aandachtspunten in dit proces.

Huidig onderzoek heeft het principe van de versterking van elektrostatische atomisatie grotendeels onthuld, wat heeft geleid tot de ontwikkeling van verschillende atomisatieapparaten op basis van verschillende principes. Echter, vooruitgangen zijn vooral beperkt tot verbeteringen in de spuitmond. Bovendien wordt de prestaties van mechanisch bewerken door elektrostatische atomisatie beïnvloed door factoren zoals spanning, de fysieke eigenschappen van het atomisatiemedium en andere omgevingsomstandigheden. In industriële toepassingen is het niet altijd duidelijk hoe een hoog prestatieniveau van het bewerkingsproces bereikt kan worden door het afstemmen van de juiste procesparameters. Dit probleem kan worden opgelost door middel van diverse experimentele studies, die tot conclusies kunnen leiden, vooral aangezien atomisatieapparaten verschillende effecten vertonen bij identieke oplaadspanningen, wat discrepanties in bewerkingsprestaties aantoont. Bovendien blijkt uit het onderzochte literatuur dat de factoren die de prestaties van elektrostatische atomisatie beïnvloeden, niet volledig begrepen kunnen worden door slechts te kijken naar de individuele factoren. Het aanpakken van dit vraagstuk is van essentieel belang voor de verdere ontwikkeling van deze technologie.

In vergelijking met conventionele MQL (Minimum Quantity Lubrication), zijn de gecargede druppels die worden geproduceerd door elektrostatische atomisatie gevoeliger voor herhaalde atomisatie tijdens het transport door een instabiliteit van het oppervlak. Dit leidt tot een reductie van de deeltjesgrootte met 5,9-47,8% en een afname van de oppervlaktespanning en de contacthoek met respectievelijk 3,4-72,4%. De penetratie, natting en filmafvormingscapaciteiten van de gecargede druppels verbeteren de wrijvingskenmerken aan het interface aanzienlijk, wat resulteert in een reductie van de snijkrachten met 1,6-41,7% en een afname van de bewerkingstemperatuur met 6,6-36,9%. Hierdoor worden de bewerkingsprestaties verbeterd, zoals blijkt uit verminderingen van de gereedschapsverslijtage met 9,5-42,4% en de daling van de oppervlakteafwijking (Ra) met 4-47%. Naast het aanpakken van de beperkingen van de prestaties van bio-lubricanten bij pneumatische atomisatie, verhelpt elektrostatische atomisatie effectief het probleem van de hoge OMC (oil mist concentration) die typisch is voor conventionele MQL. Ter illustratie, vergeleken met conventionele lucht-geassisteerde MQL, wordt OMC verminderd met ongeveer 6,2-68,3%.

Sinds de jaren vijftig gaan de vorderingen in groene smeertechnologieën onverminderd door, waarbij wetenschappers zich blijven richten op groen, laag-koolstof en duurzame productiemethoden, wat heeft geleid tot aanzienlijke prestaties. Vooral de near-dry smeertechnologieën, zoals cryogene technologie en MQL, worden nu op grote schaal toegepast in industriële toepassingen. Ontwikkelingslanden, zoals China, India en Brazilië, hebben aanzienlijke bijdragen geleverd aan de vooruitgang van de MQL-methode. De huidige onderzoekshots zijn voornamelijk gericht op de optimalisatie van atomisatieparameters, de analyse van temperatuurveldtheorieën, de werking van oliewolkmechanismen, materiaalverwijderingsmechanismen, ultrasonische atomisatie, technologieën ter verbetering zoals microtextured tools en ultrasone trillingen, en hybride nanodeeltjes.

De elektrostatische atomisatie ondersteunde MQL vertegenwoordigt de meest recente vooruitgang in MQL-afgeleide technologieën en verdient bijzondere aandacht. Desondanks belemmeren uitdagingen bij het opladen van de kleine druppels en het onvermijdelijke hoge energieverbruik door verhoogde oplaadspanningen de vooruitgang en industriële acceptatie van deze technologie. Magnetisch verbeterde elektrostatische atomisatie wordt als een potentieel oplossingsgebied gezien. Verder kunnen de vooruitgangen in de technologie, zoals de toepassing van hoge-prestatiematerialen zoals koolstofvezels, nikkel-gebaseerde superlegeringen en materialen voor additive manufacturing, de grens voor groene precisie en ultraprécisieproductie verleggen. Toekomstige technologische doorbraken zouden kunnen voortbouwen op de inzichten die in de figuur [6.27] zijn gepresenteerd.

Naast de elektrostatica en pneumatische atomisatietechnieken die in dit onderzoek zijn besproken, is ultrasonische atomisatie een andere veelgebruikte methode in MQL. Het is belangrijk op te merken dat de diffusie van deze atomisatietechnieken uitsluitend wordt beperkt door hun respectieve beperkingen. Als elektrostatische, pneumatische en ultrasonische atomisatie kunnen worden geïntegreerd, en de betrouwbaarheid van de apparaten kan worden gewaarborgd, zou deze technologie verdere vooruitgangen kunnen boeken in de verwerkingsprestaties. Op dit moment blijven experimentele studies en de ontwikkeling van apparaten op dit gebied schaars.

Cryogene bewerking vertoont veelbelovende potentie, vooral in de integratie van cryogene technieken met MQL. Echter, de fysieke kenmerken van snijvloeistoffen (zoals viscositeit en stromingsvermogen) veranderen onder cryogene en ultra-cryogene omstandigheden, wat de toekomstige trend zou kunnen zijn om het cryogene domein uit te breiden om het filmvormende effect van snijvloeistoffen te maximaliseren. Bovendien vormen het afdichten en isoleren van cryogene gassen, evenals de geïntegreerde ontwikkeling van kritieke apparaten, een ander belangrijk onderzoeksgebied. De oxidatie van bio-lubricanten in de snijzone bij niet-cryogene temperaturen belemmert hun promotie. Hoge-temperatuur- en extreme drukomstandigheden in de snijzone degraderen gemakkelijk de thermische en zuurstofstabiliteit van bio-lubricanten, wat leidt tot falen in het vormen van films en vervolgens de toename van wrijving en verslechtering van de bewerkingskwaliteit. Onderzoekers hebben chemische modificaties en olieblends voorgesteld als oplossingen voor deze problemen. Chemische modificaties bieden aanzienlijke ontwikkelingsmogelijkheden, met veelgebruikte methoden zoals epoxidering, esterificatie, hydrogenering en transgenatie, die allemaal gericht zijn op het verbeteren van de thermische en zuurstofstabiliteit van bio-lubricanten.

Naast groene smeertechnologie kunnen processen zoals ultrasonische trillingen, het gebruik van getextureerde gereedschappen en plasmamodulatie de kwaliteit van bewerkte oppervlakken verbeteren, waarbij de integratie van verschillende verwerkingsmethoden veelbelovend blijkt. Onder ultrasonische trillingen kunnen microdruppels de capillaire nattingsprestaties verbeteren. Echter, een uitgebreide kwantitatieve beoordeling van de nattingprestaties van MQL in combinatie met ultrasone trillingen, die het effect van de breuk van druppels aan de trillingsinterface en capillaire golven op het verspreidingsgebied van het smeermedium omvat, is noodzakelijk. Getextureerde gereedschappen verminderen niet alleen het contactoppervlak tussen gereedschap en chip, maar creëren ook microkanalen voor het smeermedium en beïnvloeden het hydrodynamische gedrag ervan. Experimenten hebben aangetoond dat getextureerde snijgereedschappen de draagcapaciteit van het smeermedium verbeteren, hoewel de synergetische smeerprestaties van niet-uniforme natbaarheid en biomimetische microtextured oppervlakken verder onderzocht moeten worden. Ondanks de genoemde mogelijkheden voor procesverbetering is de ontwikkeling van cruciale apparatuur nog ver van optimaal. De ontwikkeling van aanpasbare mondstukken en atomisatieparameterisatie blijft een belangrijke focus, evenals het creëren van een procesparametersdatabase voor procesintegratie en economisch verantwoorde procesregulering.

Hoe Nanodeeltjes de Tribologische Eigenschappen Verbeteren in Smeermiddelen en Koelvloeistoffen

Nanodeeltjes, vaak als een klein maar krachtig hulpmiddel beschouwd, vertonen opmerkelijke eigenschappen wanneer ze worden toegevoegd aan smeermiddelen en koelvloeistoffen. Ze dragen bij aan een verbetering van de tribologische prestaties, wat essentieel is voor het verlengen van de levensduur van machines en het verbeteren van hun efficiëntie. De mechanismen waarmee nanodeeltjes de tribologische eigenschappen verbeteren, variëren afhankelijk van het type nanodeeltje en de manier waarop het interageert met de oppervlakken van werkstukken tijdens een bewerkingsproces.

Het gebruik van nanodeeltjes in smeermiddelen heeft een directe invloed op de wrijvingscoëfficiënt (COF) en slijtage. Een van de meest gedocumenteerde effecten is de afname van de wrijvingscoëfficiënt bij het gebruik van nanodeeltjes zoals aluminiumoxide (Al2O3), koper (Cu) en grafen. Deze deeltjes kunnen de vorming van een beschermende laag op het oppervlak van het werkstuk bevorderen, wat leidt tot minder directe metaal-op-metaal contact en dus minder slijtage. De afname van de slijtage wordt verder versterkt door de eigenschappen van nanodeeltjes die in staat zijn om een tribologische barrière te creëren die fungeert als een soort van "buffer" tussen de bewegende delen van de machine.

De effecten van verschillende nanodeeltjes op de tribologische prestaties zijn veelzijdig. Het gebruik van verschillende soorten nanodeeltjes kan leiden tot een veranderde interactie met het oppervlak van het werkstuk, wat weer een verschillende invloed heeft op de wrijvings- en slijtageprocessen. Bijvoorbeeld, bolvormige nanodeeltjes zoals grafiet kunnen een rol spelen in het verminderen van wrijving door het creëren van een soort van smeermiddel dat de oppervlakken van de machine beter laat glijden. Anderzijds kunnen gelaagde nanodeeltjes, zoals hexagonaal boornitride (HBN), een beschermende laag vormen die de slijtage vermindert.

Het gebruik van nanodeeltjes biedt ook andere voordelen, zoals de verbetering van de thermische geleidbaarheid van smeermiddelen en koelvloeistoffen. Dit is van cruciaal belang in toepassingen waar hoge temperaturen ontstaan, zoals bij verspanen of slijpen. Nanodeeltjes kunnen helpen bij het verminderen van de opbouw van warmte door het verbeteren van de warmtegeleiding in de vloeistof. Dit verlaagt de temperaturen die tijdens bewerkingen ontstaan, wat de kans op oververhitting en de daaruit voortvloeiende schade aan gereedschappen of werkstukken verkleint.

Een ander belangrijk aspect van nanodeeltjes in smeermiddelen is de manier waarop ze invloed hebben op de viskeuze eigenschappen van de vloeistof. De concentratie van nanodeeltjes in een koelvloeistof kan de vloeibaarheid en de stromingskenmerken aanzienlijk beïnvloeden. Dit betekent dat bij hogere concentraties van nanodeeltjes, de viscositeit kan veranderen, wat op zijn beurt de smering en het koeleffect tijdens de bewerkingen optimaliseert.

Er is echter een belangrijk punt om te overwegen: de stabiliteit van de nanodeeltjes in de vloeistof. Nanodeeltjes kunnen gemakkelijk agglomeraat vormen, wat hun effectiviteit kan verminderen. Daarom is het van essentieel belang dat de juiste stabilisatietechnieken worden toegepast om de nanodeeltjes in de vloeistof te dispergeren. Dit kan bijvoorbeeld door gebruik te maken van fysische technieken zoals ultrasoon behandeling of mechanisch roeren, of door chemische stabilisatie via sterische of elektrosterische methoden.

Naast de tribologische en thermische verbeteringen die nanodeeltjes in smeermiddelen en koelvloeistoffen brengen, is het ook belangrijk de effecten van nanodeeltjes op de gereedschapslevensduur te overwegen. Het gebruik van nanodeeltjes kan de slijtage van gereedschappen aanzienlijk verminderen, waardoor de levensduur van het gereedschap toeneemt en de onderhoudskosten voor machines afnemen. Dit heeft niet alleen voordelen voor de productie-efficiëntie, maar ook voor de kosten van de gehele bewerkingscyclus.

Er dient echter ook aandacht te worden besteed aan de mogelijke nadelen van het gebruik van nanodeeltjes in industriële toepassingen. Hoewel de voordelen evident zijn, is er bezorgdheid over de mogelijke gezondheidseffecten van nanodeeltjes, zowel voor de mensen die ermee werken als voor het milieu. Het inademen van nanodeeltjes of het in contact komen met huid kan schadelijk zijn, dus de juiste veiligheidsmaatregelen moeten worden genomen.

In conclusie, nanodeeltjes bieden aanzienlijke voordelen voor de tribologische prestaties van smeermiddelen en koelvloeistoffen. Ze verbeteren de wrijvingseigenschappen, verminderen slijtage en verbeteren de thermische geleidbaarheid, wat cruciaal is voor efficiënte bewerkingsprocessen. Echter, de toepassing van deze technologie vereist zorgvuldig beheer van de stabiliteit van de deeltjes en aandacht voor de veiligheidsaspecten die gepaard gaan met hun gebruik.

Wat is de filosofie van een vlo?
Wat zijn de verborgen lagen van identiteit en verlangen?
Hoe Immigratie het Nationale Karakter Vormt: De Toekomst van de Verenigde Staten
Hoe het Beeld van Justitie in de Geschiedenis werd Vormgegeven: Van Trajanus tot Elizabeth