Wirkmechanismen von Nanopartikeln mit definierten Grenzflächen in Kühlschmierstoffen

• Antragsteller: Professor Dr. Georg Garnweitner; Professor Dr.-Ing. Christoph Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426927572

Kühlschmierstoffe sind komplexe Systeme aus unterschiedlichen Bestandteilen (Basisfluid und Additiven), die in der Metallbearbeitung zur Steigerung der Qualität und Produktivität zum Einsatz kommen. Die Wirkung der Kühlschmierstoffe hängt dabei stark von der Formulierung ab. Unterschiedliche Untersuchungen konnten bereits einen positiven Effekt von Nanopartikeln auf die Wirkung von Kühlschmierstoffen feststellen. Ein Verständnis des Einflusses der im Herstellungsprozess von Nanofluiden eingestellten Partikeleigenschaften sowie Wechselwirkungen auf die daraus resultierenden Eigenschaften der Nanofluide wurde bisher jedoch nicht erzielt. Auch wurden die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen der Nanofluide für den eigentlichen Schleifprozess, genauso wie dessen Auswirkungen auf die Peripherie wie z.B. Absaugung und Zuführungseinheit nur unzureichend betrachtet. Entsprechend erlaubt der aktuelle Stand der Forschung keine gezielte Vorhersage zur Eignung von Nanofluiden als Kühlschmierstoff und im Besonderen in der Minimalmengenschmierung (MMS), in der nur geringe Mengen an Kühlschmierstoff auf das Werkstück aufgesprüht werden. Das Vorhaben zielt auf ein Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Nanopartikeln in Nanofluiden für die MMS. Wesentlicher Bestandteil ist die systematische Herstellung von Nanofluiden unter Verwendung unterschiedlicher Nanopartikel sowie zusätzlicher Additive in wässrigen und hydrophoben Medien. Durch chemische Oberflächenmodifizierung der Nanopartikel soll die kolloidale Stabilität der Nanofluide gezielt eingestellt werden. Die Auswirkungen der Partikeleigenschaften und Fluidstabilität werden zunächst auf Laborebene und anschließend auf Maschinenebene im Rundschleifprozess hinsichtlich der Kühl- und Schmierwirkung untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu beitragen, Modelle für die Vorhersage der Stabilität sowie des Verhaltens von auf Nanofluiden basierenden Kühlschmierstoffen zu entwickeln, um hierdurch den Einsatz von der MMS für die Schleifbearbeitung zu erschließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Sebastian Thiede