Fluidi per la lavorazione dei metalli (MWF): Superare i problemi di stabilità

I fluidi per la lavorazione dei metalli (Metalworking fluids - MWFs) sono una famiglia di liquidi industriali utilizzati per ridurre la temperatura e/o lubrificare i pezzi metallici durante la lavorazione. I processi di taglio e rettifica possono generare quantità significative di calore e attrito, che possono causare effetti collaterali termomeccanici indesiderati: bruciature, deformazioni, fumo, rugosità superficiale, deformazioni termiche, ecc. Se un pezzo brucia, può essere inadatto all'applicazione a valle, mentre i gas di scarico e il fumo rappresentano un rischio per la salute respiratoria del personale. Gli inconvenienti termomeccanici della lavorazione convenzionale dei metalli possono rappresentare problemi logistici di salute e sicurezza se non vengono affrontati.

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Formulazione di diversi tipi di fluidi per la lavorazione dei metalli (MWF)

Gli MWF sono formulazioni complesse contenenti oli minerali (di petrolio) o organici e una serie di additivi e stabilizzanti, che possono essere emulsionati fino al 50% di acqua. Le tre principali classi di MWF sono:

Oli semplici: Conosciuti anche come oli puri, comprendono oli di petrolio, animali, marini o vegetali e sono formulati senza diluizione in acqua.
Oli solubili: 30-85% di oli di petrolio severamente raffinati - o idrotrattati - con emulsionanti e diluizione in acqua.
MWF semisintetici: 5-30% di oli di petrolio in una diluizione di acqua del 30-50%.

Le composizioni delle diverse classi di MWF sono nominali e durante la formulazione possono essere introdotti molti componenti diversi per migliorare la funzionalità e la stabilità del prodotto. Questi includono, ma non solo, agenti antiappannanti, antischiuma, biocidi, inibitori della corrosione, disperdenti, stabilizzatori, ecc. Per ottenere le proprietà desiderate per l'uso finale dell'FMO, come ad esempio una lubrificazione ottimale, possono essere necessari fino a 20 ingredienti diversi. In molti casi, possono essere necessari più additivi diversi della stessa categoria. Ciò può creare una serie di problemi di compatibilità tra i fluidi di base e gli additivi, o tra gli additivi stessi.

Problemi di stabilità dei fluidi per la lavorazione dei metalli

Convenzionalmente, gli FMO emulsionati vengono preparati mescolando diverse composizioni e valutando singolarmente gli effetti dei vari additivi. Pur essendo utile per determinare l'impatto dei singoli ingredienti sulla funzionalità e sulla stabilità, questo metodo richiede tempo e denaro. Inoltre, non è in grado di offrire una vera comprensione quantitativa delle interazioni tra più fattori tra i diversi ingredienti o fasi dell'MWF in condizioni di conservazione o di utilizzo.

I problemi di instabilità chimica e fisica degli MWF possono ridurre le prestazioni e influire negativamente sulla qualità del prodotto e possono essere interessati da una miriade di fenomeni di destabilizzazione: blooming, coalescenza delle gocce d'olio, rottura dell'emulsione, schiumatura, separazione di fase, ecc. Sebbene la composizione dell'emulsione e l'affinità dei componenti siano i fattori alla base della destabilizzazione, anche la forza esterna svolge un ruolo cruciale nella rottura colloidale. La forza di pompaggio può accelerare la meccanica dell'instabilità, il che significa che i prodotti si destabilizzano rapidamente nelle condizioni di utilizzo reali. Questa proprietà è direttamente correlata all'efficienza dell'MWF.

In genere, i fluidi per la lavorazione dei metalli vengono testati per verificarne l'instabilità chimica o fisica lasciando un campione su un banco di prova per un periodo prolungato (giorni, settimane, mesi) ed esaminando i cambiamenti fisico-chimici. La verifica dell'instabilità in condizioni d'uso reali è più impegnativa. La centrifugazione e l'agitazione generale sono state utilizzate in passato per prevedere l'instabilità meccanica, come le condizioni di pompaggio di destabilizzazione. Sono stati sviluppati metodi alternativi di test di instabilità per verificare la stabilità a riposo e soddisfare le esigenze di sviluppo e controllo della qualità degli MWF.

Superare l'instabilità dei fluidi per la lavorazione dei metalli

Le attuali tecnologie utilizzate per testare la qualità degli MWF (NMR) si basano sulla misurazione della distribuzione delle dimensioni delle gocce, ma possono essere costose, non forniscono informazioni dirette sull'invecchiamento e possono essere limitate dalla gamma di dimensioni delle gocce. Per ottenere una misura reale della stabilità è necessaria una soluzione analitica che offra una misura diretta dei fenomeni che si verificano e non si basi sull'agitazione meccanica.

La tecnologia Turbiscan rappresenta un enorme passo avanti nella misurazione diretta della stabilità e ci permette di abbandonare metodi di prova come la titolazione del sale o la conducibilità ionica. Si tratta dell'analizzatore di stabilità di riferimento, affidabile in tutto il mondo per determinare la stabilità di emulsioni e dispersioni nella fase più precoce possibile, con un'ampia gamma di dimensioni delle gocce disponibili. Questa tecnologia basata su SMLS monitora tutti i fenomeni di instabilità nel tempo, fornendo le dimensioni medie delle gocce e le classifiche di stabilità globale con un metodo di misurazione diretto, e si è già dimostrata una soluzione utile per i test di stabilità e l'analisi dell'efficienza dei fluidi per la lavorazione dei metalli.

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Microtrac fornisce una gamma completa di analizzatori TURBISCAN per l'analisi della stabilità delle dispersioni concentrate, comprese le emulsioni olio-acqua per gli MWF. Questi analizzatori aiutano a ottimizzare le formulazioni di nuovi prodotti e a valutare gli effetti degli additivi sulla stabilità fisica dell'emulsione, fornendo ai formulatori uno strumento di ricerca e sviluppo economicamente vantaggioso per migliorare le prestazioni dei fluidi per la lavorazione dei metalli in modo produttivo e sensibile. Il risultato: prodotti più sicuri ed efficienti che migliorano l'efficienza della lavorazione dei metalli, la sicurezza dei lavoratori e la sostenibilità.

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Alla gamma prodotti "Static Multiple Light Scattering (SMLS)"

Referenze

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

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