Como as Propriedades dos Biolubrificantes Afetam o Desempenho de Retificação?

O filme adsorvido de biolubrificante é reduzido devido à interferência da ligação oleica com as ligações polares insaturadas, o que enfraquece a resistência e a performance lubrificante do filme de óleo. Assim, quando o número de átomos de carbono é o mesmo tanto em ácidos graxos saturados quanto insaturados, o filme de lubrificação formado por ácidos graxos insaturados apresenta desempenho inferior. Por outro lado, a coesão entre as moléculas aumenta com o número de átomos de carbono, o que torna o filme de adsorção de ácidos graxos insaturados com cadeias de carbono mais longas superior em termos de força e desempenho lubrificante, em comparação com os que possuem cadeias mais curtas.

Em termos de desempenho lubrificante, a viscosidade alta é benéfica, pois diminui o atrito interfacial entre a face de corte do rebolo e a superfície fresca da peça de trabalho, minimizando o calor gerado pela fricção. O aumento da viscosidade melhora o desempenho de lubrificação, proporcionando uma melhor umidade nas superfícies de contato. No entanto, a viscosidade também influencia negativamente a performance de resfriamento, pois, em altas viscosidades, o lubrificante tende a mover-se mais lentamente, reduzindo a eficácia na dissipação de calor.

A tensão superficial também desempenha um papel crucial nas propriedades de lubrificação de biolubrificantes. A introdução de microgotas de lubrificante na zona de retificação resulta na diminuição da tensão superficial, o que reduz o tamanho das gotas e distribui-as de maneira mais uniforme. Esse fenômeno aumenta a área de infiltração para cada unidade de volume, melhorando a molhabilidade e as propriedades de lubrificação. Além disso, a redução da tensão superficial contribui para a melhoria da performance de resfriamento, pois o ângulo de contato das microgotas diminui, o que aumenta a área molhada e, consequentemente, a capacidade de resfriamento do lubrificante. Essa modificação também influencia a eficiência térmica, já que a redução no ângulo de contato expande a camada limite térmica e diminui a quantidade de fluido de moagem presente na região principal, melhorando o desempenho de resfriamento.

O ponto de fluidez do biolubrificante também é uma característica essencial, pois define a temperatura mínima à qual o lubrificante pode fluir sem perder sua eficácia. O ponto de fluidez dos óleos vegetais, que geralmente varia entre -15°C e -19°C, é mais elevado do que o de óleos minerais, devido à presença de ligações C=C nos óleos vegetais. Em regiões com temperaturas extremamente baixas, como o Nordeste da China ou Rússia, a utilização de óleos vegetais pode ser inviável quando a temperatura cai abaixo de -20°C. Isso destaca a importância da pesquisa sobre a redução do ponto de fluidez dos biolubrificantes, um foco recente para melhorar sua aplicabilidade em condições mais extremas.

Como a Tecnologia EMQL Melhora a Qualidade de Superfície e a Eficiência no Processamento de Materiais

A utilização de métodos de atomização eletrostática aprimorada, como a EMQL (Electrostatic Minimum Quantity Lubrication), tem mostrado uma significativa melhoria no controle da qualidade da superfície e na eficiência do processo de usinagem, especialmente em comparação com métodos convencionais de atomização pneumática. Um estudo conduzido por Jia et al. concluiu que, em comparação à atomização pneumática, a EMQL reduz o tamanho médio das gotículas em mais de 35% e estreita a distribuição de tamanho das gotículas de 9% a 12,6%, além de reduzir em mais de 50% a concentração de PM2.5 (partículas finas no ar), o que tem impactos positivos tanto na eficiência do processo quanto na saúde ocupacional.

Além disso, a carga elétrica das gotículas, um dos principais componentes da atomização eletrostática, tem o efeito de aumentar a polaridade molecular do fluido, ao mesmo tempo que reduz a viscosidade, a tensão superficial e o ângulo de contato. Tais mudanças não só influenciam o comportamento do fluido durante o processo de lubrificação, mas também podem afetar as propriedades tribológicas, como a resistência ao desgaste e à fricção. Isso ocorre, em parte, pela formação de uma camada de óxido na superfície metálica exposta, criada pela interação das partículas geradas durante o processo de corona no bico de atomização.

Esse fenômeno pode ser observado no estudo de Xu et al., onde a interação entre a película de adsorção das gotículas e a camada de óxido metálico melhora consideravelmente as propriedades de resistência ao desgaste e à fricção. Esses efeitos são amplificados quando se utiliza uma voltagem de 10 kV, resultando em uma redução de aproximadamente 50,7% no diâmetro médio das gotículas, além de um aumento significativo no número e distribuição das gotículas de diâmetro pequeno, favorecendo uma melhor cobertura da superfície da peça.

Pesquisas adicionais de Wan et al. e Shah et al. mostraram que, sob uma voltagem de 20 kV, o número de gotículas depositadas na superfície do material pode aumentar em até 183%, o que melhora consideravelmente a eficiência do processo. A modulação do campo elétrico também permite direcionar as gotículas com maior precisão para áreas específicas da superfície de usinagem, melhorando a eficiência e uniformidade da deposição.

Ademais, um dos desafios técnicos dessa tecnologia é garantir a eficiência da lubrificação e a penetração das gotículas nas microestruturas complexas da peça e da ferramenta. A presença de um campo de fluxo turbulento e variado, especialmente ao redor de uma ferramenta de corte em movimento, pode criar camadas de barreira de gás que dificultam a chegada do fluido de corte à área de usinagem. Técnicas mais avançadas têm sido desenvolvidas para lidar com esses campos de fluxo complexos, garantindo que as gotículas sejam transportadas de forma eficiente através desses campos até a superfície de corte, sem serem dispersas para o ambiente.

Em termos de performance, a EMQL também se beneficia da utilização de inibidores de névoa de óleo, que ajudam a reduzir a formação de gotículas muito pequenas e a melhorar a penetração e a adsorção do lubrificante na superfície da peça. Isso ocorre ao aumentar a tensão superficial do fluido, impedindo a formação de gotículas finas que poderiam se dispersar no ar, ao mesmo tempo em que melhora a eficiência de lubrificação e resfriamento. A combinação de óleo, água e gás em um sistema de três fases também tem mostrado resultados promissores, permitindo uma melhor dissipação de calor e aumentando a eficácia do lubrificante.

Por fim, a redução das concentrações de PM2.5 e PM10, alcançada com o uso da EMQL, não só melhora a eficiência do processo, mas também contribui para a saúde e segurança no ambiente de trabalho. Estudos mostraram que a EMQL pode reduzir essas concentrações em até 49% para PM2.5 e 62,9% para PM10, alcançando níveis que atendem aos padrões de segurança ocupacional estabelecidos pelo Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH).

Para maximizar os benefícios da tecnologia EMQL, é importante que os profissionais da área estejam atentos a diversos fatores, como a modulação da voltagem e a composição do fluido de corte. Além disso, a integração de métodos como o uso de inibidores de névoa e a combinação de óleo, água e gás pode melhorar ainda mais a performance e reduzir impactos ambientais. O contínuo desenvolvimento e aprimoramento das técnicas de atomização eletrostática e controle de gotículas é essencial para otimizar os processos de usinagem, aumentando a qualidade da superfície e prolongando a vida útil das ferramentas, ao mesmo tempo em que minimiza os impactos ambientais.

Como os Processos de Usinagem Assistida por Vibração Ultrasônica Influenciam a Qualidade de Superfície em Compositos SiCp/Al

Os processos de usinagem empoderados, que utilizam campos de energia, como ultrassom, lasers e energia elétrica, são vistos como soluções cruciais para superar os desafios técnicos apresentados pela usinagem convencional de compósitos SiCp/Al. Entre esses, a usinagem assistida por vibração ultrasônica (UVAM) tem se destacado como uma técnica promissora, demonstrando resultados positivos em termos de qualidade de superfície e forças de corte reduzidas em comparação com a usinagem tradicional.

A vibração ultrasônica assistida na usinagem de compósitos SiCp/Al, que inclui operações como torneamento, fresamento e retificação, está se tornando um campo importante de pesquisa. Esse processo oferece uma série de vantagens, como a melhoria da qualidade da superfície e a redução das forças de corte. A principal mecânica por trás da remoção de material em usinagem assistida por vibração ultrasônica envolve o impacto intermitente entre a ferramenta abrasiva ou de corte e a superfície do trabalho. A vibração ultrassônica induz rachaduras laterais e radiais, que, ao interagirem, levam à remoção de material principalmente por fratura frágil, embora algumas rachaduras radiais também contribuam para danos subsuperficiais.

Estudos indicam que a vibração ultrassônica altera significativamente a distribuição de tensões no processo de corte. Em vez de formar bandas de cisalhamento, a vibração ultrassônica concentra a tensão de von Mises em regiões localizadas ao redor das partículas de SiC em contato com a ferramenta e a matriz de alumínio vizinha. Isso facilita a fratura das partículas de SiC, levando à remoção frágil do material. O impacto gerado pela vibração também resulta na separação da ferramenta da superfície de trabalho, o que reduz o atrito entre as duas, diminuindo as forças tangenciais e melhorando a integridade da superfície.

A usinagem assistida por vibração ultrassônica promove uma transição significativa na maneira como o material é removido. Em vez de uma remoção puramente frágil, a vibração permite que as partículas de SiC sejam fragmentadas, inserindo-se na matriz de alumínio e criando uma superfície mais uniforme. Além disso, o impacto das vibrações reduz a transferência de tensões internas, minimizando os danos à região superficial e aos arredores. Esse efeito resulta em uma melhor integridade da superfície, com menos defeitos de superfície, como arranhões ou danos subsuperficiais.

A combinação de vibração ultrassônica com outras técnicas, como o laser, tem sido investigada como uma forma de aprimorar ainda mais o processo de usinagem. A interação entre a vibração ultrassônica e o laser pode reduzir ainda mais as forças de corte, melhorar a qualidade da superfície e diminuir a formação de defeitos. A abordagem combinada, ao empregar diferentes fontes de energia, oferece um potencial significativo para otimizar o desempenho da usinagem de compósitos SiCp/Al em condições desafiadoras, como grandes frações volumétricas de partículas de SiC.

É essencial compreender que, embora a usinagem assistida por vibração ultrassônica mostre grandes promessas, a adaptação de processos para alcançar um acabamento de superfície ideal ainda envolve uma compreensão detalhada dos parâmetros do processo, como frequências de vibração, intensidade da vibração, velocidade de corte e geometria das ferramentas. A seleção e o ajuste desses parâmetros são cruciais para maximizar os benefícios da técnica e minimizar os defeitos na superfície.

Qual é o impacto dos processos assistidos por laser e eletricidade no usinamento de compósitos SiCp/Al?

A usinagem de compósitos SiCp/Al, conhecidos por sua resistência e leveza, apresenta desafios consideráveis devido à dureza e abrasividade das partículas de SiC dispersas na matriz de alumínio. A combinação de tecnologias como o laser e o campo elétrico com os métodos tradicionais de usinagem tem mostrado resultados promissores para melhorar a eficiência do processo e a qualidade da superfície usinada. Um dos avanços significativos foi o uso do laser assistido por oxidação, que auxilia na redução das forças de corte e melhora a rugosidade da superfície, proporcionando um acabamento mais preciso e diminuindo o desgaste da ferramenta.

Estudos de Zhao et al. (249) revelaram que a combinação de alta potência do laser com um fornecimento controlado de oxigênio pode intensificar a reação de oxidação, levando a uma melhoria significativa na eficiência do processo de usinagem. O uso dessa tecnologia em compósitos SiCp/Al demonstrou uma diminuição considerável na rugosidade da superfície (Ra), em até 38,4%, quando comparado à usinagem convencional. Esse efeito ocorre porque o aumento da potência do laser reduz as forças de corte necessárias para processar os materiais, facilitando o desbaste e o acabamento da superfície.

Além disso, estudos indicam que a potência do laser, quando combinada com a oxidação assistida, consegue não só melhorar a qualidade da superfície, mas também reduzir a fricção, o que contribui para menores forças de corte. A tabela 14.6, extraída a partir do uso do software de digitalização de imagens Origin, ilustra como o uso de laser assistido para maquinagem pode reduzir a rugosidade da superfície em comparação com os métodos convencionais.

Outro desenvolvimento relevante no campo da usinagem de compósitos é o uso de processos assistidos por campos elétricos, como a moagem por descarga elétrica (EDG) e a moagem eletrolítica durante o processo de usinagem (ELIDG). O processo de moagem por descarga elétrica (S-EDAG) integra a moagem abrasiva com a descarga elétrica, e, como mostrou Yadav et al. (262), oferece uma taxa de remoção de material (MRR) significativamente maior do que a moagem convencional ou o uso de EDM. Durante o processo S-EDAG, a interação da descarga elétrica com a superfície do material gera calor suficiente para amolecer a superfície, facilitando a remoção de material. Isso resulta em uma redução da força de moagem e uma melhora na taxa de remoção, enquanto a qualidade da superfície também é aprimorada.

A moagem ELIDG, por outro lado, utiliza um processo de eletrólise que expõe os grãos abrasivos da ferramenta de moagem, melhorando a eficiência do processo e a qualidade do acabamento. Quando comparada à moagem convencional, a ELIDG demonstrou uma redução significativa nas forças de moagem e uma melhoria na rugosidade da superfície (Ra), chegando a uma redução de até 68,5% na rugosidade da superfície em comparação com a moagem tradicional. A principal vantagem da ELIDG é sua capacidade de remover material de maneira mais dúctil, minimizando defeitos como fissuras e re-embutimento de partículas de SiC na matriz de alumínio.

É importante ressaltar que, além das vantagens evidentes no aumento da eficiência e da qualidade da superfície, os processos assistidos por laser e eletricidade trazem também desafios. A gestão da temperatura durante a usinagem é crucial, pois o excesso de calor pode afetar a integridade do material. Além disso, a complexidade e o custo dos equipamentos podem ser barreiras para a adoção generalizada dessas tecnologias. Contudo, as melhorias no desempenho da usinagem de compósitos SiCp/Al, especialmente em termos de taxa de remoção de material e rugosidade da superfície, oferecem um forte incentivo para a investigação e desenvolvimento contínuos dessas técnicas.

Como a Combinação de Fenóis e Amidas Pode Melhorar a Estabilidade Térmica e Propriedades Lubrificantes

A estabilidade térmica e a resistência à oxidação são características cruciais para a performance de lubrificantes e outros produtos baseados em óleos vegetais, especialmente quando estes estão sujeitos a condições extremas de temperatura e pressão. A abordagem sinérgica intramolecular tem se mostrado uma estratégia promissora para o desenvolvimento de antioxidantes altamente eficientes. A combinação de grupos aromáticos, como fenóis e aminas aromáticas, permite uma absorção significativa de energia química, o que atrasa as reações de radicais livres e melhora a estabilidade térmica dos compostos.

A estabilidade térmica aprimorada desses antioxidantes pode ser atribuída ao maior peso molecular, à presença de anéis aromáticos adicionais e à presença de longas cadeias alquílicas alinhadas, como C15H31. A diferença intrínseca na estabilidade térmica entre as moléculas de fenol e anilina também contribui para a eficácia dos BAs. De forma similar, Zhao criou três aditivos multifuncionais baseados em biocompostos, chamados BMA1, BMA2 e BMA3, combinando fenol biológico e amina aromática em uma única molécula. O processo de síntese desses antioxidantes mostrou que o aumento da massa molecular e a taxa de transferência de elétrons contribuem para sua alta eficácia antioxidante, independentemente do nível de saturação dos óleos vegetais.

Ao incorporar esses aditivos em óleos vegetais como óleo de canola, óleo de coco e óleo de soja epoxidados, a resistência à oxidação foi significativamente aumentada. No caso do óleo de soja epoxidados, a atividade antioxidante dos BMAs superou a dos antioxidantes comerciais BHT e DPA em fatores de 2 e 12, respectivamente. O BMA1, especificamente, exibiu a maior estabilidade térmica, com a temperatura de perda de peso de 5% (T5%) alcançando 296 °C, muito superior ao do BHT (103 °C) e DPA (136 °C).

Além disso, a atividade de captura de radicais livres de BMA3 demonstrou um potencial superior a 90%, superando também a dos antioxidantes comerciais. A atividade de varredura de radicais dos três BMAs seguiu a ordem: BMA3 > BMA2 > BMA1, com um aumento significativo na capacidade de varredura à medida que o número de grupos hidroxila (-OH) aumentava. Essa característica é atribuída ao efeito aprimorado de captura de radicais dos grupos hidroxila, que ajudam a estabilizar os radicais livres e a evitar a oxidação precoce do óleo.

O desempenho antioxidante dos dois compostos foi avaliado em óleos lubrificantes à base de éster, sendo o PTP mais eficaz que o THA, com a temperatura de iniciação de oxidação (OOT) de 199.4 °C, superior aos 180.7 °C do THA. Além disso, o tempo de indução à oxidação (OIT) foi estendido em 12,3 minutos, o que indica que o PTP oferece resistência superior à oxidação em comparação ao THA.

O aumento na atividade antioxidante pode ser associado ao conteúdo de grupos hidroxila presentes nas moléculas. Grupos como O− e NH− demonstram maior atividade de captura de radicais livres em temperatura ambiente, e quanto maior o número de grupos hidroxila, mais eficaz será o composto na neutralização dos radicais livres. Portanto, compostos como o PTP, com um número maior de grupos hidroxila, são mais eficazes em prevenir a oxidação e, consequentemente, em proteger os materiais contra degradação térmica.

Além de sua eficácia antioxidante, esses aditivos também podem influenciar outras propriedades importantes dos óleos vegetais, como a redução do coeficiente de fricção e a melhoria da resistência ao desgaste. Guo, por exemplo, observou que a adição de antioxidantes ao óleo dioctilacetato (DOA) resultou em uma redução de 28,93% no coeficiente de fricção médio. No entanto, a interação entre nanopartículas de cobre (Cu NPs) e os antioxidantes mostrou efeitos antagonistas, evidenciando a complexidade das propriedades tribológicas dos óleos aditivados.

Estudos adicionais mostraram que a incorporação de antioxidantes polifenólicos, como o PTP, em óleos lubrificantes expostos a condições de fricção e oxidação a altas temperaturas pode melhorar o desempenho lubrificante, reduzindo o diâmetro da marca de desgaste em até 22,91% em comparação com o óleo base. O grupo éster dentro do antioxidante PTP tem a capacidade de ser adsorvido sobre a superfície de fricção, reduzindo a fricção e o desgaste, e pode servir como um aditivo multifuncional para lubrificação em condições de altas temperaturas.

O estudo de propriedades tribológicas também pode abrir novas possibilidades para a aplicação desses aditivos em uma variedade de sistemas de lubrificação, desde motores a combustão até equipamentos industriais expostos a temperaturas extremas.