Metalworking Fluids (MWF) : Surmonter les Problèmes de Stabilité

Les metalworking fluids (MWF) sont une famille de liquides industriels utilisés pour réduire la température des pièces métalliques et/ou les lubrifier pendant leur usinage. Les processus de coupe et de meulage peuvent générer des quantités importantes de chaleur et de friction, ce qui peut entraîner des effets secondaires thermomécaniques indésirables : brûlure, déformation, fumée, rugosité de surface, déformation thermique, etc. Si une pièce brûle, elle peut être impropre à une application en aval, tandis que les gaz d'échappement et la fumée représentent un risque pour la santé respiratoire du personnel. Les inconvénients thermomécaniques de l'usinage conventionnel des métaux peuvent représenter des problèmes logistiques de santé et de sécurité s'ils ne sont pas pris en compte.

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Formulation de Différents Types de Metalworking Fluids (MWFs)

Les MWFs sont des formulations complexes contenant des huiles minérales (pétrole) ou organiques et une série d'additifs et de stabilisants qui peuvent être émulsifiés dans une proportion pouvant atteindre 50% d'eau. Les trois principales classes de MWF sont les suivantes :

Les huiles pures : composées d'huiles de pétrole, animales, marines ou végétales et formulées sans dilution dans l'eau.
Huiles solubles : 30 à 85% d'huiles de pétrole fortement raffinées - ou hydrotraitées - avec des émulsifiants et une dilution à l'eau.
MWF semi-synthétiques : 5 à 30% d'huiles de pétrole dans une dilution de 30 à 50% d'eau.

Les compositions des différentes classes de MWF sont nominales, et de nombreux composants différents peuvent être introduits au cours de la formulation pour améliorer la fonctionnalité et la stabilité du produit. Il s'agit notamment, mais pas exclusivement, d'agents anti-brouillard, d'antimousses, de biocides, d'inhibiteurs de corrosion, de dispersants, de stabilisants, etc. Jusqu'à 20 ingrédients différents peuvent être nécessaires pour obtenir les propriétés d'utilisation finale souhaitées du MWF, telles qu'un pouvoir lubrifiant optimal. Dans de nombreux cas, plusieurs additifs différents de la même catégorie peuvent être nécessaires. Cela peut créer une pléthore de problèmes de compatibilité entre les fluides de base et les additifs, ou entre les additifs eux-mêmes.

Difficultés de la Stabilité des Metalworking Fluids

Traditionnellement, les MWF émulsifiés sont préparés en mélangeant différentes compositions et en évaluant individuellement les effets de leurs divers additifs. Bien que cette méthode soit utile pour déterminer l'impact des ingrédients individuels sur la fonctionnalité et la stabilité, elle est longue et coûteuse. Elle ne permet pas non plus d'obtenir de véritables informations quantitatives sur les interactions multifactorielles entre les différents ingrédients ou phases de l'élément multifonctionnel dans les conditions de stockage ou d'utilisation.

Les problèmes d'instabilité chimique et physique dans les MWF peuvent réduire les performances et nuire à la qualité du produit, et une myriade de phénomènes de déstabilisation peuvent les affecter : blooming, coalescence des gouttelettes d'huile, rupture de l'émulsion, moussage, séparation des phases, etc. Bien que la composition de l'émulsion et l'affinité des composants soient les facteurs sous-jacents de la déstabilisation, la force externe joue également un rôle crucial dans la rupture colloïdale. La force de pompage peut accélérer les mécanismes d'instabilité, ce qui signifie que les produits se déstabiliseront rapidement dans des conditions d'utilisation réelles. Cette propriété est directement liée à l'efficacité du MWF.

En règle générale, on teste l'instabilité chimique ou physique des fluides pour le travail des métaux en laissant un échantillon sur un banc d'essai pendant une période prolongée (jours, semaines, mois) et en examinant les changements physicochimiques. Il est plus difficile de tester l'instabilité dans des conditions d'utilisation réelles. La centrifugation et l'agitation générale ont été utilisées dans le passé pour prédire l'instabilité d'origine mécanique, telle que la déstabilisation des conditions de pompage. D'autres méthodes d'essai d'instabilité ont été mises au point pour tester la stabilité au repos et répondre aux exigences du développement et du contrôle de la qualité des MWF.

Résoudre l'Instabilité des Metalworking Fluids

Les technologies actuellement utilisées pour tester la qualité des MWF (RMN) reposent sur la mesure de la distribution de la taille des gouttelettes, mais elles peuvent être coûteuses, ne fournissent pas d'informations directes sur le vieillissement et peuvent être limitées par la gamme de tailles des gouttelettes. Pour obtenir une véritable mesure de la stabilité, il faut une solution analytique qui offre une mesure directe des phénomènes en cours et qui ne repose pas sur l'agitation mécanique. La technologie Turbiscan est un grand pas en avant pour la mesure directe de la stabilité et nous permet de nous éloigner des méthodes d'essai telles que le titrage des sels ou la conductivité ionique. Il s'agit de l'analyseur de stabilité de référence, reconnu dans le monde entier pour déterminer la stabilité des émulsions et des dispersions au stade le plus précoce possible, avec une large gamme de tailles de gouttelettes disponibles. Cette technologie basée sur la SMLS suit tous les phénomènes d'instabilité dans le temps, en fournissant la taille moyenne des gouttelettes et les classements globaux de stabilité avec une méthode de mesure directe. Elle s'est déjà avérée être une solution utile pour les tests de stabilité des metalworking fluids et l'analyse de l'efficacité.

Tester les MWF avec les Analyseurs Turbiscan

Microtrac propose une gamme complète TURBISCAN pour l'analyse de la stabilité des dispersions concentrées, y compris les émulsions huile-eau pour les fluides de travail des métaux. Ces analyseurs permettent d'optimiser les formulations des nouveaux produits et d'évaluer les effets des additifs sur la stabilité physique de l'émulsion. Les formulateurs disposent ainsi d'un outil de R&D rentable pour améliorer les performances des MWF de manière productive et sensible. Le résultat : des produits plus sûrs et plus efficaces qui améliorent l'efficacité du travail des métaux, la sécurité des travailleurs et le développement durable. Si vous avez besoin de plus d'informations sur les tests de stabilité des MWF avec les produits Turbiscan, contactez nos équipes dès aujourd'hui.

Vers la gamme de produits "Static Multiple Light Scattering (SMLS) "

Références

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

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En fin de compte, le choix d'utiliser une solution de tamisage simple ou d'investir dans la diffraction laser ou l'analyse dynamique d'images dépendra du volume d'essais, du budget et du personnel disponibles, ainsi que des normes internationales spécifiques ou des exigences des clients auxquelles vous devez faire face.

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