Magnetische smeermiddelen (MRF's) zijn complex samengestelde vloeistoffen die ferromagnetische deeltjes bevatten die in staat zijn om hun magnetische eigenschappen aan te passen aan externe velden. Dit maakt ze bijzonder geschikt voor een breed scala aan toepassingen, van medische tot industriële. De sleutel tot het succes van MRF's ligt in de stabiliteit van de deeltjes in de basisvloeistof, wat wordt beïnvloed door zowel de aard van de magnetische deeltjes als de eigenschappen van de vloeistof en de stabiliserende additieven die worden gebruikt.

Magnetische deeltjes kunnen uiteenlopen in hard of zacht magnetische materialen. Zachte magnetische deeltjes, zoals ferriet met een spinelstructuur, bezitten hoge verzadigingsmagnetisatie en uitstekende chemische stabiliteit, maar hebben de neiging om te aggregeren bij onvoldoende stabilisatie. Dit leidt tot sedimentatie en vermindert de effectiviteit van het smeermiddel. Om dit probleem te verhelpen, worden ultrafijne deeltjes of magnetische nanodeeltjes geïntroduceerd. Onderzoek toont aan dat de toevoeging van bijvoorbeeld CI-MWCNT's (gecontroleerde inductie-modificatie van multi-walled koolstofnanobuizen) aan MRF's de anti-sedimentatie-eigenschappen aanzienlijk verbetert. Andere studies suggereren dat hardere deeltjes zoals SrFe12O19 (straalstraal ferriet) ook goed functioneren, doordat ze de magnetische respons versterken zonder de stabiliteit van het smeermiddel negatief te beïnvloeden.

De keuze van de basisvloeistof speelt eveneens een cruciale rol. Basisvloeistoffen fungeren als dragers voor de magnetische deeltjes en moeten een goede compatibiliteit vertonen met de stabiliserende additieven, evenals geschikt zijn voor de beoogde toepassing. Er zijn verschillende soorten basisvloeistoffen, waaronder waterige vloeistoffen, esters, en diesters, evenals synthetische oliën. De keuze van de basisvloeistof moet zorgvuldig worden afgestemd op de specifieke eigenschappen die vereist zijn voor de applicatie. Zo worden waterige vloeistoffen vaak gekozen voor medische toepassingen vanwege hun lage kosten en eenvoudige bereiding, terwijl siliconenolie de voorkeur heeft voor toepassingen waar een stabielere magnetische respons vereist is.

Recente studies hebben de rol van synthetische oliën en andere bio-gebaseerde vloeistoffen, zoals glycerine en sojaboonolie, onderzocht als basisvloeistoffen voor MRF's. Deze oliën bieden aanzienlijke voordelen in termen van milieuvriendelijkheid en duurzaamheid, terwijl ze tegelijkertijd de stabiliteit van de magnetische deeltjes behouden. Een interessant voorbeeld van een dergelijke benadering is het gebruik van castorolie, die zich blijkt te onderscheiden door zijn tribologische eigenschappen, wat betekent dat het goed presteert in toepassingen waar slijtage en wrijving van belang zijn. Daarnaast onderzochten onderzoekers de eigenschappen van neembloemolie, waarvan de tribologische en rheologische kenmerken aantonen dat deze een veelbelovende kandidaat is voor toekomstige MRF-toepassingen.

Naast de keuze van de basisvloeistof, speelt de stabiliteit van de magnetische deeltjes een sleutelrol in de prestaties van MRF's. Stabilisatoren, zoals oppervlakte-actieve stoffen of dispersiemiddelen, worden toegevoegd om de deeltjes te beschermen tegen aggregatie. De moleculen van deze stoffen hechten zich aan de magnetische deeltjes en creëren een stabiliserende laag die voorkomt dat de deeltjes samenvloeien onder invloed van van der Waals-krachten of magnetische krachten. Veel gebruikte stabilisatoren zijn onder meer oleïnezuur (OA), dat effectief de agglomeratie van de deeltjes voorkomt. In andere gevallen kunnen mengsels van verschillende stabilisatoren, zoals laurinezuur en APEO-7, de stabiliteit verder verbeteren. Experimenteel is aangetoond dat een juiste combinatie van de juiste concentratie van stabilisatoren de beste prestaties biedt, met minimale sedimentatie en optimale magnetische respons.

De invloed van deze componenten, namelijk de magnetische deeltjes, basisvloeistoffen en stabilisatoren, op de algehele prestaties van MRF's is van groot belang. De keuze voor de juiste samenstelling is afhankelijk van de toepassing waarvoor het smeermiddel wordt ontworpen. In industrieën waar het vereist is om de prestaties van machineonderdelen te optimaliseren onder zware omstandigheden, moeten de componenten van het smeermiddel optimaal worden afgestemd op de vereiste functionele eigenschappen.

Het is belangrijk voor onderzoekers en ingenieurs om te begrijpen dat de effectiviteit van magnetische smeermiddelen niet alleen wordt bepaald door de keuze van de magnetische deeltjes, maar ook door de interactie tussen de deeltjes en de basisvloeistof, evenals de stabiliteit die wordt bereikt door de juiste keuze van stabilisatoren. Daarnaast spelen de milieueffecten van de gebruikte stoffen een steeds grotere rol. De verschuiving naar duurzamere, milieuvriendelijke basisvloeistoffen en additieven is niet alleen een trend, maar een noodzakelijke stap in de richting van een groenere industriële toekomst. Het onderzoek naar bio-gebaseerde olieën biedt een hoopvolle vooruitgang in deze richting, en het zal interessant zijn om te zien hoe deze technologie zich in de toekomst verder ontwikkelt.

Hoe Beïnvloedt de Magnetische Veldintensiteit de Tribologische Eigenschappen van Ferrofluïden?

De tribologische eigenschappen van ferrofluïden vertonen duidelijke veranderingen afhankelijk van verschillende parameters, zoals de massa-fractie van de deeltjes, de snelheid van de beweging, en de invloed van een extern magnetisch veld. Vooral de interactie tussen deeltjes in de vloeistof en het magnetische veld kan de wrijvingscoëfficiënt en de slijtagepatronen aanzienlijk beïnvloeden. Dit hoofdstuk bespreekt de belangrijkste bevindingen over deze invloeden, met speciale aandacht voor de dynamiek van ferrofluïden onder verschillende omstandigheden.

Massa-fractie van Deeltjes

Ferrofluïden bevatten magnetische deeltjes die, wanneer ze in een bepaald volume aanwezig zijn, de tribologische eigenschappen van de vloeistof beïnvloeden. De massa-fractie van de deeltjes heeft een directe invloed op de wrijvingscoëfficiënt en de slijtage van de tribologische oppervlakken. Bij een lage massa-fractie vertoont het ferrofluïd een redelijk stabiele werking, maar wanneer de fractie boven 1% komt, ontstaan er schommelingen in de wrijvingscoëfficiënt. Deze fluctuaties kunnen worden verklaard door de botsing en aggregatie van de deeltjes, die leiden tot de vorming van nanopartikelclusters. In sommige gevallen verliezen de deeltjes hun dynamische stabiliteit, wat resulteert in deposito's die de wrijvingscoëfficiënt beïnvloeden. De optimale massa-fractie is dus essentieel om de prestaties van het ferrofluïd te maximaliseren. Zhang et al. [149] bevestigden in 2016 dat bij het bereiken van de ideale deeltjesconcentratie, de fluctuaties in de wrijvingscoëfficiënt minimaal blijven.

Invloed van Sluitsnelheid

De snelheid waarmee een oppervlak beweegt, beïnvloedt de wrijvingscoëfficiënt van ferrofluïden. Volgens de experimenten van Shen et al. [150] neemt de wrijvingscoëfficiënt af naarmate de schuifsnelheid toeneemt, wat ook werd waargenomen in een experiment met een magnetisch smeermiddel met magneetoppervlakte-texturen. Dit effect wordt verklaard door het feit dat bij hogere snelheden de deeltjes in het ferrofluïd zich beter kunnen herverdelen, waardoor de vloeistof gemakkelijker over het oppervlak beweegt, wat leidt tot een lagere wrijving. Shahrivar et al. [153] vonden een vergelijkbaar resultaat, namelijk dat de wrijvingscoëfficiënt van ferrofluïden afnam bij snelheden boven de 10–2 m·s–1. Dit fenomeen kan worden gebruikt om tribologische prestaties te verbeteren bij hoge snelheden.

Effect van een Magnetisch Veld

Naast de gebruikelijke parameters zoals de massa-fractie en de schuifsnelheid, heeft het aangelegde magnetische veld een aanzienlijke invloed op de tribologische eigenschappen van ferrofluïden. Een verhoogde magnetische veldintensiteit kan de wrijvingscoëfficiënt, de oppervlakteruwheid en de slijtage diepte beïnvloeden. Hu et al. [154] ontdekten dat bij hogere magnetische veldsterktes de wrijvingscoëfficiënt toenam, wat te wijten was aan de beweging van de deeltjes langs de magnetische lijnen van kracht, waardoor de vloeistofweerstand toenam. Dit effect werd ook waargenomen in studies van Wang et al. [154], die het effect van magnetische velden op de wrijvingscoëfficiënt van Mn0.78Zn0.22Fe2O4 deeltjes onderzochten. Ze concludeerden dat de wrijvingscoëfficiënt verhoogde bij hogere magnetische veldsterktes door de toegenomen weerstand die de deeltjes ondervonden.

Echter, wanneer een uniform gradient magnetisch veld werd toegepast, werd een omgekeerd effect waargenomen. De wrijvingscoëfficiënt daalde, wat wordt toegeschreven aan de organisatie van magnetische deeltjes langs de lijnen van de magnetische kracht in een uniform veld. Dit resulteerde in een verbetering van de smering, doordat de viscositeit van het ferrofluïd toenam, wat leidde tot een lagere wrijving. Chen et al. [155] benadrukten dit effect en toonden aan dat het gebruik van een uniform gradient magnetisch veld de prestaties van ferrofluïden verbeterde door een smeerfilm te vormen die de wrijving reduceerde.

Andere Invloedfactoren

Naast de hierboven besproken factoren zijn er nog andere variabelen die de tribologische prestaties van ferrofluïden beïnvloeden. Een van deze is de frequentie van oscillatie, zoals aangetoond door Zhang et al. [155], die ontdekten dat de wrijvingscoëfficiënt afnam met de toename van de oscillatiefrequentie. Verder suggereerde Yang et al. [154] dat magnetische behandeling onder specifieke condities de wrijvingsprestaties van ferrofluïden verbeterde, waarbij ze een verlaging van de gemiddelde wrijvingscoëfficiënt met 5.9% rapporteerden. Deze bevindingen benadrukken het belang van het afstemmen van de tribologische parameters op de specifieke werkomstandigheden voor optimale prestaties.

Conclusie

Ferrofluïden zijn complexe vloeistoffen die sterk beïnvloed worden door de magnetische eigenschappen van de deeltjes die ze bevatten. De massa-fractie van de deeltjes, de schuifsnelheid, en vooral de intensiteit van een aangelegd magnetisch veld spelen een cruciale rol in het bepalen van de wrijvingscoëfficiënt en de slijtage van tribologische systemen. Door zorgvuldig te sturen op deze factoren kunnen ferrofluïden optimaal worden ingezet in verschillende toepassingen, van high-speed systemen tot bewerkingen waarbij minimale slijtage cruciaal is. De interactie tussen deeltjes en het magnetische veld biedt talloze mogelijkheden voor de verbetering van tribologische prestaties, mits men de dynamiek van ferrofluïden goed begrijpt en controleert.

Hoe kan Minimum Quantity Lubrication (MQL) bijdragen aan duurzamere bewerkingsmethoden?

In de huidige productie-industrieën staat het streven naar duurzaamheid centraal, mede dankzij nationale initiatieven zoals Industrie 4.0 in Duitsland, het 13e en 14e vijfjarenplan van China, en het "Made in China 2025"-programma. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van technologieën die de impact van traditionele bewerkingsmethoden op het milieu verminderen. Een belangrijk aspect van deze vooruitgang is het gebruik van koel- en smeermiddelen. Traditionele koeltechnieken, zoals het gebruik van enorme hoeveelheden snijolie, worden steeds meer vervangen door duurzamere alternatieven. Een van de meest veelbelovende technieken is Minimum Quantity Lubrication (MQL).

MQL, ofwel minimaal hoeveelheids smering, is een methode waarbij slechts een kleine hoeveelheid koelvloeistof (in de vorm van een fijne nevel) wordt toegediend aan de snijkant van gereedschappen tijdens het bewerkingsproces. Dit biedt aanzienlijke voordelen ten opzichte van traditionele methoden waarbij grote hoeveelheden snijvloeistoffen continu door het systeem worden gepompt. Het voordeel van MQL ligt voornamelijk in de vermindering van het verbruik van koelvloeistoffen, wat niet alleen de kosten verlaagt, maar ook de milieu-impact vermindert. In plaats van liters vloeistof die verspild worden en grote hoeveelheden energie die nodig zijn voor het vervoer en de verwerking van snijvloeistoffen, biedt MQL een gerichte benadering waarbij de hoeveelheid smeermiddel tot een minimum wordt beperkt, zonder concessies te doen aan de prestaties van het snijproces.

De voordelen van MQL strekken zich uit van verminderde kosten tot verbeterde veiligheid en milieuvriendelijkheid. Omdat er minder koelvloeistof nodig is, neemt de productie van snijvloeistoffen af, wat resulteert in minder gebruik van waardevolle natuurlijke hulpbronnen zoals mineraalolie en water. Bovendien worden de kosten voor de afvoer van gebruikte vloeistoffen aanzienlijk verlaagd, wat normaal gesproken een belangrijke uitdaging vormt voor de duurzaamheid van de productie. In feite kan de afvoer en het verwerken van gebruikte snijvloeistoffen vaak tot vijf keer de kosten van de gereedschappen zelf bedragen, wat het noodzakelijk maakt om alternatieven te overwegen.

Een ander belangrijk aspect van MQL is de impact op de gezondheid en het milieu. Traditionele bewerkingsmethoden met overvloedige vloeistoffen kunnen leiden tot de vorming van olieachtige mist en fijne stofdeeltjes zoals PM2.5, die schadelijk zijn voor de gezondheid van werkers en het milieu. MQL vermindert deze problemen aanzienlijk door het gebruik van minder vloeistof, wat resulteert in een schonere en veiligere werkomgeving. In een tijd waarin gezondheid en veiligheid van de werkomgeving steeds meer aandacht krijgen, speelt MQL een cruciale rol bij het verbeteren van de arbeidsomstandigheden.

De technologie achter MQL heeft zich bewezen als een zeer efficiënte oplossing, niet alleen in termen van kostenbesparing, maar ook als het gaat om het verbeteren van de bewerkingsprestaties. De atomisatie van het smeermiddel zorgt ervoor dat het vloeistofdruppeltje precies daar komt waar het nodig is, namelijk op het contactpunt tussen het gereedschap en het werkstuk. Dit biedt een effectieve manier van koelen en smeren zonder de nadelen van overmatig vloeistofgebruik. Dit resulteert in minder slijtage van gereedschappen, wat hun levensduur verlengt en de kosten van gereedschapsvervanging vermindert.

Bij de toepassing van MQL in bewerkingsprocessen wordt vaak een afweging gemaakt tussen de voordelen van deze techniek en de specifieke eisen van de bewerking zelf. De keuze van de juiste hoeveelheid smeermiddel, de gebruikte druppelgrootte en de verhouding tussen koelen en smeren moeten zorgvuldig worden afgewogen om de optimale prestaties te garanderen. Onderzoek heeft aangetoond dat MQL uitstekende procesaanpassingsmogelijkheden biedt, waardoor het een van de meest veelbelovende technologieën wordt voor het verbeteren van de prestaties van bewerkingen, het verlagen van de kosten, en het waarborgen van een veilige werkomgeving.

De voortdurende vooruitgang in technologieën zoals MQL geeft ons niet alleen de mogelijkheid om de productie te verduurzamen, maar draagt ook bij aan bredere milieudoelstellingen, zoals de vermindering van de ecologische voetafdruk van industriële processen. Dit komt op een moment dat mondiale uitdagingen op het gebied van klimaatverandering, grondstoffenbeheer en duurzame productie steeds urgenter worden. In die zin biedt MQL een stap in de richting van duurzamere productiemethoden die bijdragen aan het realiseren van een meer circulaire en milieuvriendelijke industrie.

MQL is echter niet zonder uitdagingen. De technologie vereist een gedetailleerd begrip van de bewerkingsomstandigheden en de mogelijkheden van de apparatuur. Het is niet altijd eenvoudig om de juiste parameters te bepalen, vooral in complexe bewerkingen waarbij hoge precisie vereist is. Daarom is verder onderzoek naar de optimale instellingen en de effectiviteit van MQL noodzakelijk, zodat de voordelen ervan volledig kunnen worden benut in een breed scala aan industriële toepassingen.

De implementatie van MQL vereist bovendien dat bedrijven de juiste infrastructuur en training bieden aan hun medewerkers. Dit geldt vooral voor kleinere bedrijven die mogelijk niet beschikken over de middelen om de technologie volledig te integreren. Hoewel de kosten op korte termijn laag kunnen zijn, moet de implementatie van MQL zorgvuldig worden gepland om ervoor te zorgen dat de besparingen op lange termijn groter zijn dan de initiële investeringen.

Hoe Magnetische Velden de Infiltratie en Smering in Slijpprocessen Beïnvloeden

De slijpsnelheid kan binnen het bereik van 10–30 m/s worden aangepast, wat typisch is voor standaard slijpoperaties. Het is mogelijk om uit vergelijking (10.8) te berekenen dat de shearfactor τ0 varieert tussen 13.000 en 65.000 N/m². Wanneer de afgeleide van vergelijking (10.6) langs de y-richting wordt berekend, blijkt dat de snelheidsgradiënt een functie is van de parameters b1 en b2. In combinatie met vergelijking (10.9) kan de volgende uitdrukking worden verkregen:

τ0=V⋅h⋅s−b2(1.0η⋅h⋅h+0.1⋅b1⋅h+b2)\tau_0 = V \cdot h \cdot s - b2 \left( 1.0 \eta \cdot h \cdot h + 0.1 \cdot b1 \cdot h + b2 \right)

In de daaropvolgende tekst worden de slipcoëfficiënten van het slijpschijf-lubricant-interface en het lubricant-werkstuk-interface respectievelijk berekend. Het is belangrijk op te merken dat deze slipcoëfficiënten onafhankelijk worden opgelost in het systeem, wat in overeenstemming is met de definitie van een slipcoëfficiënt. Dit betekent dat we b2 = 0 kunnen stellen voor het slijpschijf-lubricant-interface, en dan kan de slipcoëfficiënt η b1 worden berekend als:

b1=V⋅s−hτ0b1 = \frac{V \cdot s - h}{\tau_0}

Op dezelfde manier kan de slipcoëfficiënt van het lubricant-werkstuk-interface worden berekend:

b2=V⋅s−hτ0b2 = \frac{V \cdot s - h}{\tau_0}

Magnetische velden, die loodrecht op het slijpschijfinterface staan, worden vervolgens geïntroduceerd in de slijpzone. De positieve druk van het lubricant-element en het vaste interface wordt beïnvloed door de magnetische kracht. Er is gerapporteerd dat wanneer de positieve druk van het lubricant-element en het vaste interface gelijk is aan p, de kritieke schuifspanning van het vast-vloeistofinterface uitgedrukt kan worden als:

τc=τ0+k⋅p\tau_c = \tau_0 + k \cdot p

waarbij k de wrijvingscoëfficiënt (CoF) van het vast-vloeistofinterface is, een constante die gerelateerd is aan de intermoleculaire krachten van het vast-vloeistofinterface. Dit laat zien dat de toepassing van magnetische velden de druk op het vast-vloeistofinterface kan verhogen of verlagen, wat leidt tot een verandering in de kritieke schuifspanning en snelheidsgradiënt. Als gevolg hiervan verandert de slipssnelheid dienovereenkomstig. De positieve druk die het lubricant-element ondervindt is de resulterende kracht van de magnetische veldkracht (Fm) en de zwaartekracht (G). Aangezien de orde van grootte van de magnetische veldkracht en de viscositeit veel groter is dan die van de zwaartekracht, wordt de zwaartekracht in dit hoofdstuk genegeerd. Dit leidt tot de uitdrukking:

p=Fmp = Fm

Voor het slijpschijf-lubricant-interface, als magnetische velden worden toegepast, neemt de interface druk toe en is de kritieke schuifspanning (τc1) als volgt:

τc1=τ0+k1⋅Fm\tau_c1 = \tau_0 + k1 \cdot F_m

Voor het lubricant-werkstuk-interface, als magnetische velden worden toegepast, neemt de interface druk af en is de kritieke schuifspanning (τc2):

τc2=τ0+k2⋅Fm\tau_c2 = \tau_0 + k2 \cdot F_m

waarbij k1 en k2 de wrijvingscoëfficiënten van respectievelijk het slijpschijf-lubricant-interface en het lubricant-werkstuk-interface zijn. Deze waarden zijn constanten die gerelateerd zijn aan de adsorptiekrachten van de interfaces. Gezien het feit dat de ruwheid van het slijpschijfoppervlak hoger is dan die van het werkstuk, geldt dat k1 > k2. Door de vergelijkingen (10.11), (10.12), (10.14) en (10.15) te combineren, kunnen de slipcoëfficiënten van het slijpschijf-lubricant-interface en het lubricant-werkstuk-interface na de toepassing van magnetische velden worden berekend:

b1=ηV⋅s−h+k1⋅Fmτ0b1 = \frac{\eta V \cdot s - h + k1 \cdot F_m}{\tau_0}
b2=ηV⋅s−h+k2⋅Fmτ0b2 = \frac{\eta V \cdot s - h + k2 \cdot F_m}{\tau_0}

Het lubricant fungeert als een magnetofluid. De magnetische veldkracht per eenheid volume van het lubricant kan worden berekend door de volgende vergelijking:

Fm=μ0(M⋅∇)HF_m = \mu_0 (M \cdot \nabla) H

waarbij M de magnetisatie-intensiteit van het lubricant is (A/m), H de magnetische veldsterkte van de slijpzone (A/m), en μ0 de vacuümpermeabiliteit (4π × 10⁻⁷ N/A²). In de slijpzone zijn M en H parallel, wat betekent dat:

M=Hwaarbij∣H∣M = H \quad \text{waarbij} \quad |H|

De vergelijking (10.18) kan worden omgezet naar een scalair expressie:

Fm=μ0M⋅∇HF_m = \mu_0 M \cdot \nabla H

waarbij M = |M| en H = |H|. De vergelijkingen (10.16), (10.17) en (10.21) kunnen worden ingevoerd in de vergelijkingen (10.6) en (10.7), en de berekeningsformules voor de snelheidsverdeling en de stroming van het lubricant onder invloed van magnetische velden kunnen worden verkregen:

uL=y[2h⋅τ0−ηV⋅s+hμ0M⋅∇H⋅(k1−k2)]+Vs−(τ0−k2⋅μ0M⋅∇H)⋅ηhu_L = y \left[ 2h \cdot \tau_0 - \eta V \cdot s + h \mu_0 M \cdot \nabla H \cdot (k1 - k2) \right] + V_s - \left( \tau_0 - k2 \cdot \mu_0 M \cdot \nabla H \right) \cdot \eta h

De uitdrukkingen voor de stroomsnelheid (Q) zijn als volgt:

Q=y⋅[2h⋅τ0−ηV⋅s+hμ0M⋅∇H⋅(k1−k2)]+h⋅Vs−(τ0−k2⋅μ0M⋅∇H)⋅ηhQ = y \cdot \left[ 2h \cdot \tau_0 - \eta V \cdot s + h \mu_0 M \cdot \nabla H \cdot (k1 - k2) \right] + h \cdot V_s - \left( \tau_0 - k2 \cdot \mu_0 M \cdot \nabla H \right) \cdot \eta h

De viscositeit van het lubricant (η) is een functie van de magnetische velden en kan worden opgenomen in vergelijking (10.1).

Uit de berekeningen van de infiltratiesnelheid van het lubricant onder verschillende magnetische veldsterkten, blijkt dat de smeringsgrens bij een magnetische veldsterkte van 0 11,96 m/s is voor de bovenste grens en 8,04 m/s voor de onderste grens. Bij een lineaire slijpsnelheid van 20 m/s is de infiltratiesnelheid van het lubricant te laag om de hele slijpzone te bedekken. Na de toepassing van magnetische velden verschuiven de smeringsgrenzen naar rechts. De groeisnelheid van de smering neemt af naarmate de magnetische veldsterkte toeneemt. Wanneer de magnetische veldsterkte 110.000 A/m bereikt, wordt de smeringsgrens 16,27 m/s voor de bovenste grens en 12,4 m/s voor de onderste grens. Door de invloed van magnetische veldkrachten neemt de adsorptiekracht van het lubricant op het slijpschijfinterface toe, waardoor de slipbeweging afneemt.

Bij het vergroten van de magnetische veldsterkte neemt de infiltratiestroom van het lubricant in de eenheidstijd een bijna lineaire toename waar, wat vergelijkbaar is met de variaties in de snelheidscurves. Dit wordt versterkt door de toename van de hoogte van de interface in de slijpzone, afhankelijk van de gekozen parameters van de slijpschijf en het werkstuk.

Hoe Microbiële Groei en Biofilmvorming de Prestaties van Snijvloeistoffen Beïnvloeden

De stabiliteit van watergebaseerde snijvloeistoffen is van essentieel belang voor hun werking en levensduur. Wanneer micro-organismen zich in snijvloeistoffen vermenigvuldigen, kunnen ze ernstige problemen veroorzaken, zowel voor de vloeistof zelf als voor de machines en de gezondheid van de werknemers. De microbiële afbraak van snijvloeistoffen kan leiden tot een verscheidenheid aan negatieve effecten, zoals het verlies van smereigenschappen, verhoogde corrosie van metalen oppervlakken, en de verstoring van het circulatiesysteem.

Micro-organismen in snijvloeistoffen, waaronder bacteriën, schimmels en gisten, vormen biofilms die de circulatie en filtratie van de vloeistof blokkeren. Biofilms zijn complexe microbiele gemeenschappen die zich ontwikkelen op het oppervlak van gereedschappen, machines en leidingen. Deze biofilms produceren slijm, wat kan leiden tot verstoppingen in de filters en het verstoppen van leidingen, waardoor het systeem overbelast raakt en de werking van de machine wordt verstoord. Naarmate de biofilm rijpt, wordt het steeds moeilijker om deze te verwijderen. Dit maakt biofilms moeilijk te bestrijden, vooral omdat ze een beschermende laag vormen die de micro-organismen beschermt tegen externe invloeden.

Een ander probleem is dat de meeste micro-organismen zuurstofmetabolieten produceren, zoals organische zuren (voornamelijk C1–C6 carboxylzuren). Hoewel deze zuren op zich niet sterk corrosief zijn, kunnen ze reageren met anorganische zouten in de vloeistof om zwakke organische basen en sterke anorganische zuren te vormen. Deze reactie kan leiden tot verdere corrosie van metalen oppervlakken, zoals het ontstaan van putcorrosie, wat de levensduur van gereedschappen verkort.

Naast de mechanische en chemische effecten van microbiële activiteit, is er ook een gezondheidsrisico voor werknemers. De aanwezigheid van bepaalde bacteriën, zoals Mycobacterium, en hun metabolieten in de snijvloeistof kan leiden tot allergische reacties en ontstekingen, variërend van milde rhinitis tot ernstige gevallen van allergische longontsteking. Anaërobe bacteriën produceren waterstofsulfide, een giftig gas dat schadelijk is voor de longen, het hart en andere organen. Bovendien kunnen de deeltjes die vrijkomen uit de snijvloeistoffen (bio-aerosolen) schadelijk zijn voor de gezondheid van de werknemer. Deze deeltjes bevatten vaak exotoxinen en endotoxinen, die ontstekingsreacties kunnen veroorzaken, het bronchiale systeem kunnen vernauwen en leiden tot respiratoire aandoeningen.

De beheersing van microbiële groei in snijvloeistoffen is cruciaal om de veiligheid van werknemers te waarborgen en de prestaties van de machines te behouden. Er zijn verschillende factoren die de vermenigvuldiging van micro-organismen bevorderen, waaronder de pH-waarde, de temperatuur, het oliegehalte en de waterkwaliteit van de snijvloeistof. Om de risico’s van microbiële besmetting te minimaliseren, moeten er preventieve maatregelen worden genomen. Ten eerste is het belangrijk om de snijvloeistoffen te verdunnen met gedemineraliseerd water, waarbij hard water zoveel mogelijk vermeden moet worden. Bovendien dient men lange stilstand van machines te vermijden om de groei van anaërobe bacteriën te voorkomen. De machine en de omgeving moeten goed gereinigd worden voordat de snijvloeistof wordt toegevoegd, om te voorkomen dat bacteriën de vloeistof besmetten vanaf het begin.

Een van de meest effectieve methoden om microbiële groei te controleren is het gebruik van biociden, die het aantal micro-organismen binnen een aanvaardbare limiet houden. Het regelmatig aanvullen van schimmelwerende middelen in de snijvloeistof kan ook helpen om de microbiële activiteit onder controle te houden.

Naast de beheersing van microbiële groei zijn er ook ontwikkelingen op het gebied van milieuvriendelijke snijvloeistoffen en groene bewerkingsmethoden. Traditionele snijvloeistoffen bevatten vaak olieachtige stoffen die moeilijk biologisch afbreekbaar zijn, evenals additieven die schadelijk kunnen zijn voor het milieu. Onderzoek naar alternatieven, zoals plantaardige olie-gebaseerde snijvloeistoffen en vloeistoffen met nanomaterialen, heeft aangetoond dat ze een lagere ecologische impact hebben en beter biologisch afbreekbaar zijn. Deze nieuwe vloeistoffen bieden veelbelovende voordelen, zoals minder negatieve invloed op de omgeving en de gezondheid van de werknemer.

De keuze voor de juiste snijvloeistof en de beheersing van de microbiële populaties zijn dus van groot belang voor zowel de technische prestaties van het systeem als voor de gezondheid en veiligheid van de werknemers. Door de juiste preventieve maatregelen en de toepassing van milieuvriendelijke alternatieven kan de efficiëntie en duurzaamheid van het machinale bewerkingsproces aanzienlijk worden verhoogd.

Wat gebeurt er wanneer een paard meer waard is dan een overwinning?
Hoe energieoverdracht foto-catalysatoren de dearomatisering van heteroarenen bevordert
Hoe Pitching je Onderneming Succesvoller Maakt: De Kunst van het Pitchen en Prototypen