应用介绍

美国国家科学院对润滑剂纳米添加物的研究

直馏油/金属工作液（MWF）是一组润滑剂，用于在金属工件上获得所需的表面光洁度。这是由于MWF的润滑性能降低了工件与刀具界面的摩擦、磨损和热量。相比之下，MWF润滑不良将增加制造成本并丧失竞争力，这是由工件拒收、频繁更换刀具和更多维护间隔造成的。除了润滑不良外，MWF引起的健康问题也应被视为生产力损失的原因。接触到直馏油中的有害元素，例如Cl、S和P，会使操作员的呼吸和皮肤状况恶化。直馏油还有另一个缺点，因为矿物油起雾和打滑，它们会造成不利的车间条件。在这方面，直馏油/MWF的可接受替代品是什么？

图1。嵌入同心环的球形IF-WS2的TEM图像。

合成油/MWF是一种水基切削液，分散有用于防止磨损、极压和导热的添加剂。由于这些添加剂必须不含Cl、S和P，NIS USA引入了无机富勒烯，如二硫化钨（IF-WS2）用于润滑和冷却。TEM图像显示这些粒子是球形的，由几个同心环组成（见图1）。球形IF-WS2驱动接触处的滚动摩擦，同心环剥落并嵌入在表面，在极端压力下形成仁慈的“摩擦层”。IF-WS2中形状和同心环的联合效应在现场试验-铣削和磨削操作中进行了研究。

图2。基于IF-WS2的MWF的现场测试结果。

如图2所示，与没有IF-WS2的传统直MWF相比，IF-WS2使工件表面光洁度在视觉上更具吸引力。尽管这些现场试验是鼓舞人心的，但如果不量化其润滑机制，就不可能实现高性能MWF的一致性。

“Ducom四球试验机的高水平自动化和优越的传感系统帮助我们提高了与寻找高性能添加剂的关键客户的联系。”

四球试验机（FBT-3）是一种实验室规模的仪器，用于量化添加剂的润滑和性能-极压、摩擦、导热系数和粘附能。根据标准din51350测试了IF-WS2的极压性能。它由焊接载荷（“咬合载荷”）表示。本次扣押前的货物为合格货物。一般来说，传递载荷表示胶合启动时的压力。在胶合或传递载荷过程中测得的摩擦力可称为“胶合摩擦力”。通过捕捉试验过程中MWF的温度分布，可以很好地理解胶合和卡滞的机理。这些剖面表示流体的载热能力或在极端压力下的导热系数。Ducom FBT-3配备了传感器，可根据DIN 51350在60 s试验期间捕获所有这些机制。

使用ASTM D5183测试标准测定摩擦层的粘附能。在本标准中，载荷逐步增加（在FBT-3中使用自动加载），直到摩擦层卡住以润滑接触。摩擦层的失效表现为摩擦力矩的突然跳变，这是FBT-3内置的安全联锁装置，可停止试验。总输入能量用于确定摩擦层的附着能。

图3。根据DIN 51350对常规MWF（氯化石蜡）和IF-WS2嵌入MWF（IW4110F）进行极压试验。比较MWF的焊接载荷（A）、摩擦（B）和温升（C）。试验参数见表（D）。

四球试验机中使用的液体与铣削和研磨操作中使用的液体相同。在实验室用四球试验机对常规MWF（氯化石蜡，氯含量小于50%，C16-20）和IF-WS2/合成MWF（或IW4110F）进行了测试。这些液体也用于本研究中提到的现场试验（研磨和研磨）。

常规MWF和IF-WS2分别以6%和4%的w/w混合在水中。

根据DIN 51350进行的EP试验结果如图3所示。使用IF-WS2的MWF显示出比传统MWF更高的焊接载荷。此外，与传统MWF相比，IF-WS2的使用导致了更低的胶合摩擦。EP试验期间的温度曲线表明，IF-WS2能够保持界面温度比传统MWF低15℃。IF-WS2剥落和表面沉积形成的摩擦层的耐久性如图4所示。IF-WS2的结合能约为常规MWF中氯化石蜡形成的润滑层的6倍，说明IF-WS2的润滑作用由于摩擦层的结合力更强而持续时间更长。

 图4。根据ASTM D5183，常规MWF（氯化石蜡）和IF-WS2嵌入MWF（IW4110F）的性能。比较MWF对阶跃载荷（A）和粘着能摩擦（B）的摩擦转矩响应。

具有自动加载系统和多个传感器的Ducom四球试验机（FBT-3）能够捕获金属加工液中IF-WS2的关键性能指标。FBT-3用于比较MWF的极压、胶合摩擦、导热系数和粘着能。总体而言，本实验室研究有助于我们了解IF-WS2在包括铣削和磨削操作在内的现场试验中的润滑机理。