Metallbearbeitungsflüssigkeiten (MWF): Stabilitätsprobleme überwinden

Metallbearbeitungsflüssigkeiten (MWFs) sind eine Gruppe industrieller Flüssigkeiten, die dazu verwendet werden, die Temperatur von Metallwerkstücken während der Bearbeitung zu senken und/oder sie zu schmieren. Schneid- und Mahlvorgänge können erhebliche Mengen an Wärme und Reibung erzeugen, was zu unerwünschten thermomechanischen Nebenwirkungen führen kann: Verbrennungen, Verformungen, Rauchentwicklung, Oberflächenrauheit, thermisches Verziehen usw. Wenn ein Werkstück verbrennt, ist es möglicherweise für die Weiterverarbeitung unbrauchbar, während entstehende Gase und Rauch eine Verletzungsgefahr für die Atemwege des Personals darstellen. Die thermomechanischen Nachteile der konventionellen Metallbearbeitung können ein logistisches Gesundheits- und Sicherheitsrisiko darstellen, wenn sie nicht berücksichtigt werden.

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Formulierung verschiedener Arten von Metallbearbeitungsflüssigkeiten (MWF)

MWFs sind komplexe Formulierungen, die Mineralöle (Petroleum-Emulsion) oder organische Öle sowie eine Vielzahl von Additiven und Stabilisatoren enthalten, die in bis zu 50 % Wasser emulgiert werden können. Die drei Hauptklassen von Metallbearbeitungsflüssigkeiten (MWF) sind:

Direktöle: Auch als Schneidöle bekannt, bestehen sie entweder aus Mineralöl, tierischen, marinen oder pflanzlichen Ölen und werden ohne Wasserverdünnung formuliert.
Lösliche Öle: 30-85 % stark raffiniertes – oder hydriertes – Erdöl, mit Emulgatoren und Wasserverdünnung.
Semisynthetische MWFs: 5-30 % Mineralöle in einer 30-50%igen Wasserverdünnung.

Die Zusammensetzungen der verschiedenen Klassen von Metallbearbeitungsflüssigkeiten sind nominal, und viele verschiedene Komponenten können während der Formulierung hinzugefügt werden, um die Funktionalität und Stabilität des Produkts zu verbessern. Dazu gehören unter anderem Anti-Nebel-Mittel, Entschäumer, Biozide, Korrosionsinhibitoren, Dispergiermittel, Stabilisatoren usw. Für die gewünschten Anwendungseigenschaften der Metallbearbeitungsflüssigkeit, wie optimale Schmierfähigkeit, können bis zu 20 verschiedene Inhaltsstoffe erforderlich sein. In vielen Fällen können mehrere verschiedene Additive aus derselben Kategorie erforderlich sein. Dies kann eine Fülle von Kompatibilitätsproblemen zwischen den Basisflüssigkeiten und den Additiven oder zwischen den Additiven selbst verursachen.

Probleme mit der Stabilität von Metallbearbeitungsflüssigkeiten

Konventionell werden emulgierte Metallbearbeitungsflüssigkeiten (MWFs) durch das Mischen unterschiedlicher Zusammensetzungen hergestellt und die Auswirkungen der verschiedenen Additive einzeln bewertet. Obwohl diese Methode hilfreich ist, um den Einfluss einzelner Bestandteile auf die Funktionalität und Stabilität zu bestimmen, ist sie zeitaufwändig und kostspielig. Ebenso liefert es keine echten quantitativen Erkenntnisse über die Mehrfachfaktor-Wechselwirkungen zwischen einzelnen Bestandteilen oder Phasen im MWF unter Lagerungs- oder Anwendungsbedingungen.

Chemische und physikalische Instabilitätsprobleme in Metallbearbeitungsflüssigkeiten können die Leistung verringern und die Produktqualität nachteilig beeinflussen. Eine Vielzahl von destabilisierenden Phänomenen kann sie betreffen: Aufblühen, Koaleszenz von Öltropfen, Emulsionsbruch, Schaumbildung, Phasentrennung usw. Obwohl die Emulsionszusammensetzung und die Affinität der Komponenten die grundlegenden Faktoren der Emulsionsdestabilisierung sind, spielt die äußere Kraft ebenfalls eine entscheidende Rolle beim kolloidalen Zerfall. Die Kraft des Pumpens kann die Instabilitätsmechanismen beschleunigen, was bedeutet, dass Produkte unter realen Bedingungen schnell destabilisieren. Diese Eigenschaft steht in direktem Zusammenhang mit der Effizienz von MWFs.

Typischerweise werden Metallbearbeitungsflüssigkeiten auf chemische oder physikalische Instabilität geprüft, indem eine Probe über einen längeren Zeitraum (Tage, Wochen, Monate) auf einem Prüfstand belassen und anschließend auf physikochemische Veränderungen untersucht wird. Die Prüfung von Instabilität unter realen Einsatzbedingungen ist anspruchsvoller. In der Vergangenheit wurden Zentrifugation und allgemeines mechanisches Rühren verwendet, um mechanisch bedingte Instabilitäten wie Destabilisierung unter Pumpbedingungen vorherzusagen. Alternative Methoden zur Prüfung von Instabilität wurden entwickelt, um die Stabilität im Ruhezustand zu testen und den Anforderungen der MWF-Entwicklung und Qualitätskontrolle gerecht zu werden.

Überwindung von Stabilitätsproblemen bei Metallbearbeitungsflüssigkeiten

Die derzeit für die Qualitätsprüfung von Kühlschmierstoffen (NMR) eingesetzten Technologien basieren auf der Messung der Tröpfchengrößenverteilung, können jedoch kostenintensiv sein, liefern keine direkten Informationen zur Alterung und sind möglicherweise im Bereich der Tröpfchengrößen begrenzt. Um eine echte Messung der Stabilität zu erreichen, ist eine analytische Lösung erforderlich, die eine direkte Messung der auftretenden Phänomene ermöglicht und nicht auf mechanische Agitation angewiesen ist.

Die TURBISCAN-Technologie ist ein großer Fortschritt für die direkte Messung der Stabilität und ermöglicht es, von Testmethoden wie Salz-Titration oder ionischer Leitfähigkeit Abstand zu nehmen. Es ist der Referenz-Stabilitätsanalysator, dem weltweit vertraut wird, um die Stabilität von Emulsionen und Dispersionen bereits in den frühesten Phasen bei einem breiten Tropfengrößenspektrum zu bestimmen. Diese auf SMLS basierende Technologie überwacht im Zeitverlauf alle Instabilitätsphänomene, liefert den mittleren Tröpfchendurchmesser und globale Stabilitätsrankings mittels eines direkten Messverfahrens und hat sich bereits als nützliche Lösung für Stabilitätstests und Effizienzanalyse von Metallbearbeitungsflüssigkeiten erwiesen.

TURBISCAN Stabilitätsanalysatoren für MWF-Tests

Microtrac bietet ein umfassendes Sortiment an Stabilitätsanalysatoren TURBISCAN für die Stabilitätsanalyse von konzentrierten Dispersionen, einschließlich Öl-Wasser-Emulsionen für Kühlschmierstoffe (MWFs), an. Diese Analysatoren helfen bei der Optimierung neuer Produktformulierungen und der Bewertung der Auswirkungen von Additiven auf die physikalische Stabilität der Emulsion und bieten Formulierern somit ein kosteneffizientes F&E-Werkzeug zur Steigerung der Leistungsfähigkeit produktiver und empfindlicher Metallbearbeitungsflüssigkeiten. Das Ergebnis: sicherere und effizientere Produkte, die die Metallbearbeitungseffizienz, die Arbeitssicherheit und die Nachhaltigkeit verbessern.

Wenn Sie weitere Informationen zur Durchführung von Stabilitätstests von MWF mit Produkten des Stabilitätsanalysators TURBISCAN benötigen, wenden Sie sich einfach noch heute an ein Mitglied unseres Teams.

Zum Produktbereich "Statische Mehrfachlichtstreuung (SMLS)"

Referenzen

Design of Experiment Reduces Development Time for High-Performing Metal-Cutting Fluids

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