纳米生物润滑剂微量润滑磨削性能研究进展

微量润滑是针对浇注式和干磨削技术缺陷的理想替代方案,为了满足高温高压边界条件下磨削区抗磨减摩与强化换热需求,进行了纳米生物润滑剂作为微量润滑的雾化介质探索性研究。然而,由于纳米生物润滑剂的理化特性与磨削性能之间映射关系尚不清晰,纳米生物润滑剂作为冷却润滑介质在磨削中的应用仍然面临着严峻的挑战。为解决上述需求,本文基于摩擦学、传热学和工件表面完整性对纳米生物润滑剂的磨削性能进行综合性评估。首先,从基液和纳米添加相的角度阐述了纳米生物润滑剂的理化特性。其次,结合纳米生物润滑剂独特的成膜和传热能力,分析了纳米生物润滑剂优异的磨削性能。结果表明,纳米生物润滑剂优异的传热和极压成膜性能显著改善了磨削区的极端摩擦条件,相比于传统微量润滑,表面粗糙度值(Ra)可降低约10%~22.4%。进一步地,阐明了多场赋能调控策略下,磨削区纳米生物润滑剂浸润与热传递增效机制。最后,针对纳米生物润滑剂的工程和科学瓶颈提出了展望,为纳米生物润滑剂的工业应用和科学研究提供理论指导和技术支持。

纳米生物润滑剂微量润滑加工物理机制研究进展

纳米生物润滑剂作为替代矿物型润滑介质的绿色微量润滑剂,已成为学术界与工业界的研究与关注焦点。然而,纳米生物润滑剂微量润滑加工物理学作用机制尚不清楚,难以为其工业化应用提供精准指导与选用原则。为解决上述需求与技术问题,综述了纳米生物润滑剂组分及物理特性,揭示了纳米增强相、基础流体、添加剂对加工性能的影响规律,阐述了纳米增强相在纳米生物润滑剂中的动力学行为与分散机制。其次,揭示了多能场雾化机制、切/磨削区流场分布及微液滴浸润动力学行为,发明了微量润滑新型供给与雾化装置。进一步地,分析了切/磨削加工材料去除热物理机制,研究了先进的多场赋能热损伤抑制策略,构建了纳米生物润滑剂微量润滑加工技术体系。结果表明,纳米生物润滑剂在热源抑制与热耗散特性调控方面效果显著,多场赋能纳米生物润滑剂微量润滑可作为浇注式加工的替代工艺,采用断续有序的凹槽织构砂轮辅助质量分数为2.5%的MWCNTs-棕榈油纳米生物润滑剂微量润滑磨削单晶镍基高温合金DD5,与传统的浇注式磨削工艺相比,磨削力可降低12%,磨削温度可降低9%,表面粗糙度值可降低6%。展望了纳米生物润滑剂发展路线图,为工业界与学术界提供技术支持与理论指导。

静电雾化微量润滑研究进展与应用

微量润滑作为替代浇注式供液冷却的可行性方案之一,得到了数十年的发展。然而,气动雾化微量润滑雾滴的表面能逐渐降低;射流的穿透力、吸附力和浸润性能不足,雾滴的漂移和飞溅丧失严重,加大了对环境的污染。静电雾化微量润滑是解决工业生产应用面临技术瓶颈和环保压力的有效方式。首先,系统综述了静电雾化微量润滑关键装置、赋能原理与绿色雾化介质(纳米生物润滑剂)。其次,揭示了微液滴的雾化性能对切削区浸润性能的影响机制,并从荷电液滴静力学的角度阐述了静电雾化微量润滑优异的雾化性能,通过表征雾化介质的荷电性能分析了不同参数对雾化能力的影响机制。进一步地,基于纳米生物润滑剂的脂肪酸分子结构、黏度等理化性质,以及荷电液滴表面状态、空间多能场等,揭示了静电雾化微量润滑改善液滴浸润、渗透以及成膜性能的作用机制,并综述了其在车削、铣削、磨削等工况下对降低刀具磨损、提高加工表面质量的优异性能。在此基础上分析得到:静电雾化优异的雾化特性以及纳米生物润滑剂独特的润滑传热机制,不仅降低了加工环境油雾浓度,还提升了微量润滑的加工性能,具体表现在,与传统微量润滑相比PM2.5/PM10降低约6.2%~68.3%,刀具寿命增加约48.1%~100%,Ra降低约12.6%~39.3%。最后,展望了未来的发展趋势,以此希望为制造业双碳转型提供技术支撑和理论参考。