Action mechanisms of nanoparticles with defined interfaces in cutting fluids

具有明确界面的纳米颗粒在切削液中的作用机制

基本信息

项目摘要

Cutting fluids are complex systems consisting of different components (base fluid and additives) which are widely used for metalworking processes to increase process quality and productivity. The effect of the cutting fluid, however, highly depends on its formulation. Several studies have already revealed a positive effect of nanoparticles on the performance of cutting fluids. However, an understanding of the impact of particle properties and particle interactions on the resulting properties of the nanofluids has not been achieved yet. Furthermore, the structure-property relationships of nanofluids for the actual grinding process as well as their effects on the periphery, e.g. extraction and feed unit, have not been sufficiently examined either. Hence, the current state of research does not allow the prediction of the applicability of nanofluids as cutting fluids and in particular for minimum quantity lubrication (MQL), where smallest quantities of the fluid are supplied onto the workpiece. This project aims for a better understanding of the process-structure-property relationships of nanoparticles in nanofluids for the application in MQL. An essential part is the systematic preparation of nanofluids using different nanoparticles and additives in aqueous and hydrophobic media. By chemical surface modifications of the nanoparticles, the colloidal stability of the nanofluids can be adjusted. The effects of particle properties and fluid stability are first investigated at laboratory level and then at machine level in a cylindrical grinding process with regard to the cooling and lubricating effect. The findings should contribute to the development of models for predicting the stability and performance of nanofluid-based cutting fluids in order to enable the use of MQL for grinding processes.
切割液是由不同组件(基础流体和添加剂)组成的复杂系统,这些系统广泛用于金属加工过程,以提高过程质量和生产率。然而,切割流体的作用高度取决于其配方。几项研究已经揭示了纳米颗粒对切割液的性能产生的积极作用。但是,尚未了解对粒子特性和粒子相互作用对纳米流体产生特性的影响的理解。此外,纳米流体在实际磨削过程中的结构 - 特性关系以及它们对外围的影响,例如提取和进料单位也没有得到充分检查。因此,目前的研究状态不允许预测纳米流体作为切割液的适用性,尤其是用于最小润滑(MQL),其中将最小数量的流体提供在工件上。该项目的目的是更好地了解纳米流体中纳米颗粒在MQL中的应用中的过程结构 - 特质关系。一个重要的部分是使用不同的纳米颗粒和疏水培养基中的添加剂进行系统制备。通过纳米颗粒的化学表面修饰,可以调整纳米流体的胶体稳定性。首先在实验室水平上研究颗粒特性和流体稳定性的影响,然后在圆柱形研磨过程中在机器水平上进行冷却和润滑效果。这些发现应有助于开发模型,以预测基于纳米流体的切割液的稳定性和性能,以便能够将MQL用于研磨过程。

项目成果

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