應用介紹

美國國家科學院對潤滑劑納米添加物的研究

直餾油/金屬工作液（MWF）是一組潤滑劑，用于在金屬工件上獲得所需的表面光潔度。這是由于MWF的潤滑性能降低了工件與刀具界面的摩擦、磨損和熱量。相比之下，MWF潤滑不良將增加制造成本并喪失競爭力，這是由工件拒收、頻繁更換刀具和更多維護間隔造成的。除了潤滑不良外，MWF引起的健康問題也應被視為生產力損失的原因。接觸到直餾油中的有害元素，例如Cl、S和P，會使操作員的呼吸和皮膚狀況惡化。直餾油還有另一個缺點，因為礦物油起霧和打滑，它們會造成不利的車間條件。在這方面，直餾油/MWF的可接受替代品是什么？

圖1。嵌入同心環的球形IF-WS2的TEM圖像。

合成油/MWF是一種水基切削液，分散有用于防止磨損、極壓和導熱的添加劑。由于這些添加劑必須不含Cl、S和P，NIS USA引入了無機富勒烯，如二硫化鎢（IF-WS2）用于潤滑和冷卻。TEM圖像顯示這些粒子是球形的，由幾個同心環組成（見圖1）。球形IF-WS2驅動接觸處的滾動摩擦，同心環剝落并嵌入在表面，在極端壓力下形成仁慈的“摩擦層”。IF-WS2中形狀和同心環的聯合效應在現場試驗-銑削和磨削操作中進行了研究。

圖2?；贗F-WS2的MWF的現場測試結果。

如圖2所示，與沒有IF-WS2的傳統直MWF相比，IF-WS2使工件表面光潔度在視覺上更具吸引力。盡管這些現場試驗是鼓舞人心的，但如果不量化其潤滑機制，就不可能實現高性能MWF的一致性。

“Ducom四球試驗機的高水平自動化和優越的傳感系統幫助我們提高了與尋找高性能添加劑的關鍵客戶的聯系?！?/span>

四球試驗機（FBT-3）是一種實驗室規模的儀器，用于量化添加劑的潤滑和性能-極壓、摩擦、導熱系數和粘附能。根據標準din51350測試了IF-WS2的極壓性能。它由焊接載荷（“咬合載荷”）表示。本次扣押前的貨物為合格貨物。一般來說，傳遞載荷表示膠合啟動時的壓力。在膠合或傳遞載荷過程中測得的摩擦力可稱為“膠合摩擦力”。通過捕捉試驗過程中MWF的溫度分布，可以很好地理解膠合和卡滯的機理。這些剖面表示流體的載熱能力或在極端壓力下的導熱系數。Ducom FBT-3配備了傳感器，可根據DIN 51350在60 s試驗期間捕獲所有這些機制。

使用ASTM D5183測試標準測定摩擦層的粘附能。在本標準中，載荷逐步增加（在FBT-3中使用自動加載），直到摩擦層卡住以潤滑接觸。摩擦層的失效表現為摩擦力矩的突然跳變，這是FBT-3內置的安全聯鎖裝置，可停止試驗?？傒斎肽芰坑糜诖_定摩擦層的附著能。

圖3。根據DIN 51350對常規MWF（氯化石蠟）和IF-WS2嵌入MWF（IW4110F）進行極壓試驗。比較MWF的焊接載荷（A）、摩擦（B）和溫升（C）。試驗參數見表（D）。

四球試驗機中使用的液體與銑削和研磨操作中使用的液體相同。在實驗室用四球試驗機對常規MWF（氯化石蠟，氯含量小于50%，C16-20）和IF-WS2/合成MWF（或IW4110F）進行了測試。這些液體也用于本研究中提到的現場試驗（研磨和研磨）。

常規MWF和IF-WS2分別以6%和4%的w/w混合在水中。

根據DIN 51350進行的EP試驗結果如圖3所示。使用IF-WS2的MWF顯示出比傳統MWF更高的焊接載荷。此外，與傳統MWF相比，IF-WS2的使用導致了更低的膠合摩擦。EP試驗期間的溫度曲線表明，IF-WS2能夠保持界面溫度比傳統MWF低15℃。IF-WS2剝落和表面沉積形成的摩擦層的耐久性如圖4所示。IF-WS2的結合能約為常規MWF中氯化石蠟形成的潤滑層的6倍，說明IF-WS2的潤滑作用由于摩擦層的結合力更強而持續時間更長。

 圖4。根據ASTM D5183，常規MWF（氯化石蠟）和IF-WS2嵌入MWF（IW4110F）的性能。比較MWF對階躍載荷（A）和粘著能摩擦（B）的摩擦轉矩響應。

具有自動加載系統和多個傳感器的Ducom四球試驗機（FBT-3）能夠捕獲金屬加工液中IF-WS2的關鍵性能指標。FBT-3用于比較MWF的極壓、膠合摩擦、導熱系數和粘著能?？傮w而言，本實驗室研究有助于我們了解IF-WS2在包括銑削和磨削操作在內的現場試驗中的潤滑機理。