在航空航天和医疗器械制造中，钛合金、镍基高温合金等“难加工材料”因强度高、导热差，加工时易产生高温，导致刀具快速磨损、零件表面质量下降。传统切削液虽能降温，但存在污染环境、危害工人健康等问题。青岛理工大学李长河教授团队在《机械工程前沿》发表的最新研究，揭示了一种纳米颗粒增强冷却剂（NPEC）技术，为绿色制造提供了新思路。

当植物油遇上纳米颗粒

传统切削液常以矿物油为基础，不仅消耗不可再生资源，还会产生有毒油雾。研究团队另辟蹊径，选择可降解的植物油（如大豆油、棕榈油）作为基础液，并加入碳纳米管、氮化硼等纳米颗粒。这些颗粒小到头发丝的千分之一，却能大幅提升润滑性能——就像在油液中撒入“微型滚珠”，既能减少工具与工件的直接摩擦，又能通过布朗运动加速散热。

实验数据显示，在钛合金（Ti-6Al-4V）车削中，含0.2%多壁碳纳米管的NPEC与传统切削液相比，刀具磨损减少34%，切削力降低28%，表面粗糙度下降7%。更令人惊喜的是，植物油基NPEC的用量仅为传统切削液的10%，综合成本降低近三成。

热传导性能提升的奥秘

纳米颗粒的加入为何能显著降温？研究团队通过显微观察发现，纳米颗粒在切削区形成动态吸附层，如同在摩擦界面铺了一层“导热网”。当温度升高时，这些颗粒加速油液沸腾，通过气泡破裂带走更多热量。以石墨烯为例，其热导率是铜的5倍，在植物油中添加1%即可将油液导热性能提升18%。

不过，并非所有纳米颗粒都适合“混搭”。研究发现，层状结构的氮化硼（hBN）因分子层间结合力弱，更易滑动减摩；而球形氧化铝颗粒则擅长填充表面微裂纹。团队通过调控颗粒形状、浓度和分散稳定性，使NPEC在车削、铣削、磨削等场景中均展现出优异性能。

技术瓶颈与未来突破

尽管NPEC优势显著，但纳米颗粒易团聚、悬浮稳定性差的难题仍未完全解决。研究指出，超声震荡与表面活性剂联用可将颗粒团聚尺寸从230纳米降至130纳米。此外，植物油易氧化的问题也需通过化学改性（如酯化反应）进一步优化。

未来，团队计划开发混合纳米颗粒配方，例如将高导热的石墨烯与高硬度的氧化铝结合，并探索与液氮低温冷却的协同效应。这些突破将推动NPEC在航空发动机叶片、人工关节等精密制造领域的应用。

来源: FME机械工程前沿