وبلاگ

افزودنی های EP در روان کننده های صنعتی

افزودنی های EP در روان کننده های صنعتی

در این مقاله قصد داریم در مورد افزودنی های EP در روان کننده های صنعتی صحبت کنیم. طبق گروه مهندسی مکانیک در MIT، هدر رفتن منابع حاصل از اصطکاک و سایش زیاد، بیش از 6٪ از تولید ناخالص ملی است. چندین نوع مختلف مکانیسم سایش مکانیکی وجود دارد که می تواند در سیستم روان کاری وجود داشته باشد، از جمله، فرسایی چسبان، ساییدگی و …

افزودنی های EP در روان کننده های صنعتی چه نقشی دارند؟

استفاده از مواد افزودنی پیشگیری از اجزای لازم در روان کننده ها است که در کاربرد هایی که مستعد چنین آسیب هایی هستند استفاده خواهد شد. مواد افزودنی روغن ترکیبات شیمیایی هستند که عملکرد روان کنندگی روغن پایه (یا “منبع پایه” روغن) را بهبود می بخشند. تولید کننده روغن های مختلف می تواند از ماده پایه یکسان برای هر فرمول استفاده کند و می تواند مواد افزودنی مختلفی را برای هر کاربرد خاص انتخاب کند. مقدار برخی از مواد افزودنی از نظر وزن برخی از روغن ها 5٪ است.

تقریباً تمام روغن های موتور تجاری حاوی مواد افزودنی هستند، چه روغن ها از نوع مصنوعی باشند و چه از نوع معدنی. اساساً، فقط روغن موتورهای American Petroleum Institute (API) Service SA فاقد مواد افزودنی هستند و بنابراین در محافظت از موتورهای مدرن توانایی ندارند. انتخاب مواد افزودنی توسط برنامه تعیین می شود، به عنوان مثال: روغن موتور یک موتور دیزلی با تزریق مستقیم در یک وانت (API Service CJ-4) دارای افزودنی های متفاوتی نسبت به روغن مورد استفاده در یک موتور قایق کوچک با موتور بنزین در قایق است (روغن موتور 2 چرخه). افزودنی های پیشگیرانه سایش به دو دسته تقسیم می شوند: عوامل تحت فشار شدید و عوامل ضد فرسایش.

مواد افزودنی ضد سایش در روان کننده های صنعتی

افزودنی های Extreme Pressure و Antiwear هر دو با رسوب یک مانع محافظ از طریق واکنش روی سطح فلز عمل می کنند.مواد افزودنی ضد سایش به طور کلی در شرایط ملایم با بار کم و سرعت زیاد برای کاهش میزان سایش مداوم و متوسط ​​استفاده می شود.این افزودنی به پوشاندن سطح کاربرد کمک می کند تا به مرور از فلز در برابر سایش محافظت کند.نمونه های متداول افزودنی های ضد سایش، تریالفسفات ها و دی الكلدیتیوفسفات  های روی هستند.

افزودنی های فشار پذیر در روان کننده های صنعتی

افزودنی های فشار شدید معمولاً در بارهای سنگین تر، در دماهای بالا و سرعت پایین برای جلوگیری از خرابی فاجعه بار استفاده می شوند. نمونه های متداول افزودنی های فشار شدید، دی سولفید مولیبدن، گرافیت هستند.

در اکثر کاربرد های دنده آهسته و بسیار پر بار، شرایط روان کاری وجود دارد که در نهایت مسئول بیشتر خرابی های ناشی از فرسایی چسبان است. فرسایی چسبان، انتقال مواد از یک سطح به سطح دیگر از طریق جوشکاری و پارگی است. اگر روان کننده نتواند از تماس فلز با فلز جلوگیری کند و حرکت لغزشی تحت بار رخ دهد، گرمای اصطکاکی قابل توجهی ایجاد می شود. فرسایی چسبان، می تواند بلافاصله اتفاق بیفتد. این شرایط به عنوان یک شرط مرزی شناخته می شود. در یک شرایط مرزی هیچ تفکیکی از سطوح متقابل وجود ندارد. عملکرد افزودنی فشار شدید (EP) جلوگیری از این سایش و محافظت از اجزا در شرایطی است که ویسکوزیته روغن روان کننده دیگر نمی تواند ضخامت لازم لایه را فراهم کند.

افزودنی های EP چیست؟

مواد افزودنی EP، مولکول های قطبی هستند. یک مولکول را تصور کنید که دارای “سر” و “دم” باشد. سر مولکول به سطح فلز جذب می شود، در حالی که دم با حامل روان کننده (oiliofilic) سازگار است. هرچه شرایطی که بر اثر افزایش دما و فشارها (بارهای بیشتر) فعل و انفعالات فلز به فلز شدیدتر می شوند، لایه روان کننده فشار بیشتری پیدا می کند. فاصله بین سطوح فلزی تا جایی که مالش رخ می دهد کاهش یافته و جوشکاری (چسبندگی) بسیار محتمل است. افزودنی های روغن کاری مرزی سنتی (به عنوان مثال، افزودنی های ضد سایش) نمی توانند به اندازه کافی از ساییدگی و آسیب دیدن ماشین آلات تحت این شرایط جلوگیری کنند. برای اینکه عملکرد خاص تحت این شرایط بتواند ادامه یابد به مواد افزودنی فشار شدید نیاز است.

انواع مواد افزودنی فشار پذیر

افزودنی های فشار پذیر دو نوع اصلی دارند: آنهایی که به دما وابسته هستند و آنهایی که به دما وابسته نیستند. متداول ترین دما وابسته به انواع افزودنی های بور، کلر، فسفر و گوگرد است.در صورت افزایش دما به دلیل فشار شدید، آنها با واکنش با سطح فلز فعال می شوند. واکنش شیمیایی بین ماده افزودنی و سطح فلز توسط گرمای تولید شده از اصطکاک انجام می شود.

دقیقاً مانند زمانی که دستان خود را به هم می مالید، سطوح فلزی هم با یکدیگر در تماس هستند، گرمای ناشی از اصطکاک و فشار ایجاد می شود. در واکنش با سطح فلز، این نوع مواد افزودنی ترکیبات جدیدی مانند کلرید آهن، فسفید آهن و سولفید آهن تشکیل می دهند (بستگی به این دارد که از کدام ترکیب استفاده شود). نمک های فلزی یک فیلم شیمیایی (مانند صابون) تولید می کنند که به عنوان سدی برای کاهش اصطکاک، سایش، نمره گذاری فلز و از بین بردن امکان جوش کاری عمل می کند.

آنهایی که به دما وابسته نیستند، که پایه آنها سولفونات است، با مکانیسم دیگری کار می کند. این ماده حاوی یک نمک کربنات کلوئیدی است که در داخل سولفونات پراکنده شده است. در طی تعامل با آهن، کربنات کلوئیدی یک لایه را تشکیل می دهد که می تواند مانند یک مانع بین سطوح فلزی مانند درجه حرارت وابسته عمل کند. با این حال، برای شروع واکنش به دمای بالا نیاز ندارد.

در واقع، افزودنی های EP محافظ در برابر سایش هستند، درصورتیکه ویسکوزیته روان کننده دیگر نمی تواند سطوح کار را جدا کند.

افزودنی های فشار شدید یا افزودنی های EP، مواد افزودنی برای روان کننده ها هستند که در کاهش سایش قسمتهای چرخ دنده که در معرض فشارهای بسیار زیاد است، نقش دارند. آنها همچنین به سیال های برشی برای ماشین کاری فلزات اضافه می شوند. سیال برشی هر مایع یا گازی است که به‌طور مستقیم در عملیات ماشین کاری به کار می‌رود تا عملکرد برش را بهبود بخشد. علاوه بر رفع حرارت و کاهش اصطکاک، سیال‌های برش منافع دیگری نیز دارند همچون شستن و بردن براده‌ ها (به خصوص در سنگ زنی و فرزکاری)، کاهش دمای قطعه کار برای جابه‌جا کردن راحت تر، کاهش نیروهای برش و توان مورد نیاز، بهبود ثبات ابعادی قطعه کار و بهبود پرداخت سطح.

از افزودنی های فشار شدید معمولاً در کاربردهایی مانند گیربکس استفاده می شود، در حالی که از افزودنی های  ضد سایش برای کاربردهای بار کمتری مانند موتورهای هیدرولیکی و خودرویی استفاده می شود.

روغن های دنده فشار پذیر در طیف وسیعی از دما، سرعت و اندازه دنده عملکرد خوبی دارند تا از آسیب رسیدن به چرخ دنده در هنگام روشن شدن و توقف موتور جلوگیری کنند. برخلاف مواد افزودنی ضد سایش، از مواد افزودنی فشار شدید به ندرت در روغن های موتور استفاده می شود. ترکیبات گوگرد یا کلر موجود در آنها می توانند با محصولات جانبی آب و احتراق واکنش دهند و اسید هایی را تشکیل دهند که باعث خوردگی قطعات موتور و یاتاقان ها شود.

افزودنی های فشار شدید معمولاً حاوی ترکیبات آلی گوگرد، فسفر، یا کلر هستند.از جمله ترکیبات گوگرد-فسفر، و گوگرد-فسفر- بور، هستند که تحت شرایط فشار بالا با سطح فلز واکنش شیمیایی نشان می دهند. در چنین شرایطی، بی نظمی های کوچک در سطوح باعث افزایش جرقه های موضعی دمای بالا (300-1000 درجه سانتی گراد)، بدون افزایش قابل توجه دمای سطح می شود. واکنش شیمیایی بین مواد افزودنی و سطح، محدود به این منطقه است.

افزودنی های فشار شدید اولیه بر اساس نمک های سرب اسیدهای چرب (“صابون های سرب”) ، ترکیبات “گوگرد فعال” (به عنوان مثال تیول ها و گوگرد اولیه) و ترکیبات کلر بود.در طی دهه 1950 استفاده از صابون های سربی از بین رفته و با ترکیبات روی و فسفر مانند دیتیوفسفات روی جایگزین شد.

برخی از افزودنی های EP عبارتند از:

  • چربی غیر فعال گوگرد دار تیره
  • چربی فعال گوگرد دار تیره
  • هیدروکربن گوگرد فعال تیره
  • آلکان های کلر زنجیره ای کوتاه و متوسط
  • استر های کلورندیک اسید
  • استر های پلیمری
  • پلی سولفیدها
  • ترکیبات مولیبدن

هیدروکربن های آلیفاتیک کلر (پارافین های کلر دار) ارزان و کارآمد هستند، با این وجود در محیط باقی می مانند و تمایل زیادی به تجمع زیستی دارند. بنابراین، آنها جایگزین می شوند.در سیالات برشی، نقش آنها تا حد زیادی محدود به فرمولاسیون برای تشکیل قطعات پیچیده فولاد ضد زنگ است.

فعالیت هیدروکربن های هالوژنه با کاهش پایداری پیوند کربن-هالوژن افزایش می یابد.در دمای تماس محلی بین 305-330 درجه سانتیگراد، این ماده افزودنی از نظر حرارتی تجزیه می شود و اتم های واکنش دهنده هالوژن یک لایه سطحی از هالیدهای آهن روی سطح قسمت تشکیل می دهند.خرابی نهایی هنگامی رخ می دهد که دمای تماس بیش از نقطه ذوب لایه هالید آهن باشد.در چنین شرایطی، ذرات کوچک کربن نیز تولید می شود.

برخی از ترکیبات مورد استفاده در مواد افزودنی روان کننده عبارتند از :کلروآلکان، اسیدهای تری کلرو متیل فسفین، استرهای آلی اسید a-acetoxy-b ، b-trichloroethyl phosphonic acid، استرهای تری کلرو متیل اسید فسفریک، مشتقات تری کلرومتیل از گوگرد، ترکیبات تری کلرو استوکسی، استر های کلروندیک اسید و …

ارگانوفسفات های محلول در روغن، با روی یا بدون آن، دارای ویژگی های فشار بالا و ضد سایش بسیار عالی هستند و به ویژه در حضور هیدروکربن های کلر دار، از خوردگی محافظت می کنند.دی الكلدیتیوفسفات های روی (ZDDP) در دمای 130-170 درجه سانتیگراد شروع به تجزیه می كنند، در حالی كه دمای فعال سازی تری كرزیل فسفات (TCP) معمولاً از 200 درجه سانتیگراد بیشتر است.محصولات واکنش آنها یک لایه روان کننده پیوند شیمیایی روی سطوح تشکیل می دهد.

پلی سولفیدها به عنوان حامل گوگرد غیر فعال و فعال عمل می کنند.

ترکیبات مولیبدن تحت فشار زیاد تجزیه می شوند و یک لایه رسوب یافته دی سولفید مولیبدن ایجاد می کنند.از دیتیوکاربامات های مولیبدن به عنوان مواد افزودنی برای گریس ها استفاده می شود.

گوگرد حاوی مواد افزودنی فشار شدید می تواند باعث ایجاد مشکلات خوردگی در چرخ دنده ها با قطعات ساخته شده از برنز، برنج و سایر آلیاژهای مس در هنگام مواجهه با محیط های با درجه حرارت بالا شود.

محدودیت های افزودنی های EP

مواد افزودنی کلر ، بورات پتاسیم گوگرد فسفر، در درجه اول برای روان کننده های دنده صنعتی استفاده می شود.این افزودنی ها با درجه حرارت فعال می شوند و با ناهنجاری های فلزی واکنش داده و یک فیلم فداکارانه تشکیل می دهند. متأسفانه، این نوع افزودنی های EP محدودیت هایی دارند، مانند:

آنها می توانند برای کاربردهای دنده سرعت پایین مضر باشند (کمتر از 10 فوت در دقیقه)، باعث سایش زیاد،می شوند.

افزودنی های فشار شدید مانند انواع گوگرد ‑ فسفر می توانند “از نظر شیمیایی واکنش پذیر” باشند و در نتیجه باعث ساییدگی می شوند. اصطلاح ساییدگی پرداخت به طور معمول برای توصیف فعل و انفعالات بین دو ماده جامد استفاده می شود که مواد را از سطح حداقل یکی از مواد جامد حذف می کند و در عین حال یک لایه صیقلی روی سطح تولید می کند. نتیجه آن سطحی است که مانند آینه نور را به شدت منعکس می کند.

سایش پرداخت همچنین ممکن است در نتیجه یک فعل و انفعال شیمیایی-مکانیکی بین سطوح ایجاد شود.به عنوان مثال، در صورت وجود غلظت زیاد دوده در روغن موتور، می توان ساییدگی صیقل دهنده را یافت.دوده در طی فرآیند احتراق تشکیل می شود و با دمیدن گاز احتراق وارد کارتر می شود. اندازه دوده از 01/0 تا 05/0 میکرون است اما متمایل به جمع شدن و تشکیل ذرات بزرگتر در کارتر است. توانایی روغن در پراکندگی دوده برای جلوگیری از سایش صیقل دوده ناشی از اثرات دوده بر مواد افزودنی ضد سایش روغن بسیار حیاتی است.

در سیستم های هیدرولیک فشار بالا، روغن هیدرولیک تمایل به جمع شدن لجن دارد. این سیلت ممکن است منجر به چسبندگی سوپاپ و ساییدگی صیقلی شود.

مثال دیگری را می توان در جعبه دنده هایی یافت که روغن بقایای حاصل از میکروپیتینگ را حمل می کند که می تواند به اندازه 1 میکرون باشد.این ذرات به عنوان عوامل پولیش عمل می کنند.این نوع سایش نامطلوب است زیرا با فرسودن پروفیل  دقت دنده را کاهش می دهد.در این موارد می توان از مواد افزودنی بورات پتاسیم برای رسوب لایه عای EP بدون واکنش شیمیایی با فلز استفاده کرد.

سرعت واکنش افزودنی های EP در جایی که دمای تماس دنده بیشتر باشد بیشترین است. بنابراین، هنگامی که دمای کار به اندازه کافی بالا نمی رود تا عوامل EP واکنش پذیر، برخی از مشکلات در کاربردهای دمای پایین تجربه می شود.ویسکوزیته روغن پایه از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. هر چیزی که باعث کاهش دمای روغن فله یا دمای فلاش شود، دمای تماس کل را کاهش می دهد و خطر سایش را افزایش می دهد.اگر دمای تماس کل در سطح لازم نباشد، ممکن است ماده افزودنی فشار شدید به درستی یا با سرعت مناسب واکنش نشان ندهد.

روان کننده های جامد مانند دی سولفید مولیبدن، گرافیت یا دی سولفید تنگستن گاهی اوقات استفاده می شوند که دمای کار برای یک روغن که سرعت واکنش کافی نیست، بسیار زیاد یا کم است.با این حال، این لایه های جامد دارای عمر سایش محدودی هستند و ممکن است بارهای لازم برای دنده طولانی و عمر تحمل را حمل نکنند.

افزودنی های گوگرد-فسفر EP دارای درجه حرارت بالا تقریباً 95 درجه سانتیگراد هستند.این نکته، محدوده دمایی را که می توان از این روغن ها استفاده کرد محدود می کند.

مواد افزودنی EP گوگرد فسفر تا حدودی به فلزات زرد خورنده هستند، به ویژه در دمای بالاتر از 60 درجه سانتیگراد خدمات رضایت بخش در موتورهای دنده مارپیچی.

بسته به میزان استفاده شده، مواد افزودنی EP گوگرد فسفر ممکن است با روغن های حاوی افزودنی های ضد سایش روی (AW) سازگار نباشد. به همین دلیل است که توصیه نمی شود روغن دنده AW با روغن دنده EP مخلوط شود.

مواد افزودنی EP کلر و بورات ممکن است کاملاً موثر نباشند یا باعث ایجاد شرایط خورنده در محل مرطوب شوند.

خصوصیات اصطکاک و سایش روغن یا روغن را می توان به روش های مختلف اندازه گیری کرد.رایج ترین تکنیک، تست سایش 4 توپ است.در این آزمایش، یک توپ فولادی در برابر سه توپ روان کاری ثابت چرخانده می شود.این آزمایش معمولاً با دور 1200 دور در دقیقه و 40 کیلوگرم بار در دمای 75 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه انجام می شود.نتایج به صورت اثر سایش از گلوله های ساکن که اندازه گیری و به طور متوسط ​​همراه با ضریب اصطکاک (COF) ارائه شده اند.

روش ذکر شده، شاخص سایش بار و نقطه جوش روان کننده را اندازه گیری می کند.این آزمایش با اندازه گیری قابلیت حمل بار روان کننده و توانایی نسبی روان کار برای جلوگیری از ساییدگی در اثر بارهای اعمال شده، بین گریس های روان کاری که دارای سطح فشار شدید، متوسط ​​و پایین هستند، تفاوت ایجاد می کند.

تست SRV

روش دوم برای اندازه گیری اصطکاک و سایش در روانکار ها، استفاده از ابزار SRV است.SRV مخفف Schwingung (نوسانی)، Reibung (اصطکاک)، Verschleiž (سایش) است.SRV فعل و انفعالات فیزیکی بین روان کننده و دو یا چند سطح جامد را در هر دو حرکت نوسانی چرخشی یا خطی اندازه گیری می کند.

رایج ترین آزمایش SRV توسط روش های ASTM D-5706 (OK Step Load) و D-5707 (پوشیدگی و ضریب اصطکاک) پوشش داده می شود، با این وجود بسیاری از تنظیمات ویژه دیگر برای آزمایش انجام می شود.

منابع: wikipedia، machinerylubrication، nyelubricants

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *