مواد افزودنی ضد سایش

با افزایش روزافزون تقاضای بازار روانکارها تحقیقات زیادی برای گسترش و بهبود عملکرد روغن ها در حال انجام است. علاوه بر روغن هایی که دارای پایه نفتی (معدنی) هستند، روغن های سینتتیک مانند استرهای آلی و روغن های سیلیکونی نیز برای بهبود عمل روانکاری، احتیاج به مواد افزودنی (Addetive) خود دارند.

به دلیل پیچیدگی عملکرد مواد افزودنی،

نمی توان آنها را بدون آزمایش و تعیین نسبت های آنها به روغن افزود. نسبت های ادتیو از طریق تحقیق و انجام آزمایش های کاربردی معلوم می شود.

یکی از مهمترین افزودنی هایی که در روغن ها (پایه معدنی و پایه سینتتیک) مورد استفاده قرار می گیرد مواد افزودنی ضد سایش (Anti Wear Addetive) هستند که بسته به سختی کار، از انواع مختلف آنها استفاده می شود.

ادتیو ضد سایش با تشکیل یک فیلم سطحی از طریق جذب فیزیکی و شیمیایی، اصطکاک و ساییدگی را به کمترین میزان ممکن می رساند.

انواع مواد ضد سایش دارای ترکیباتی از اکسیژن، گوگرد، فسفر و ترکیبات آلی سرب هستند.

یکی از شاخص ترین مواد آلی ضدسایش، زینک دی آلکیل دی تیو فسفات (ZDDP) است که به طور وسیع برای کاهش ساییدگی در پمپ های هیدرولیک، دنده ها و انتقال دهنده ها و روغن های موتور مورد استفاده قرار می گیرد.

تماس بین فلزات، حضور بعضی مواد ساینده و حمله اسیدهای خورنده از جمله عوامل موثر در ساییدگی است. مکانیزم واکنش ترکیبات ضد سایش کاملاً شناخته شده نیست، اما گمان

می رود این ترکیبات با سطوح فلزی وارد واکنش شده و فیلم مقاوم محافظ را تشکیل می دهند.

ساییدگی سطوح فلزی در قسمت هایی که فشار و دمایی بالا دارند و روغن قشر نازکی در آن نقاط تشکیل می دهد و نمی تواند از تماس سطوح فلزی با هم جلوگیری کند، بیشتر دیده می شود.

مواد افزودنی ضد سایش، یک فیلم نازک معدنی روی فلز تشکیل می دهند تا از خوردگی فلز زیرین جلوگیری کنند.

فیلم تشکیل شده دارای مقاومت کمتری ازفلز اصلی است. بنابراین اگر بین سطوح، تماس حاصل شود قبل از این که سطح فلز بخواهد آسیب ببیند، فیلم تشکیل شده شکسته می شود. در صورت از بین رفتن این فیلم واکنش شیمیایی بین سطوح فلز و ماده افزودنی دوباره انجام شده و فیلم جدیدی جایگزین می شود. بدین ترتیب این مواد افزودنی تا زمانی که بطور کامل از بین نروند، به وظایف خود عمل می کنند.

مواد افزودنی ضدسایش (Anti Wear Addetive) در اثر کارکرد زیاد، خاصیت خود را از دست داده و دیگر قادر به حفاظت قطعات نخواهند بود.

بعضی از مواد افزودنی ضد سایش در درجه حرارت های کارکرد بالای۱۰۰ درجه سانتگراد تجزیه می شوند. به همین دلیل است که باید از مواد افزودنی ضد سایش کمکی در شرایط کارکرد درجه حرارت بالا استفاده شود.

نوعی مواد افزودنی (EP) وجود دارند که از مشتقات بورات هستند. این مواد از ساییدگی جلوگیری کرده و کاهنده اصطکاک بین سطوح هستند. مکانیزم عمل این مواد کاملاً متفاوت است. این مواد، فیلمی که با از بین رفتن خود مانع ساییدگی شوند تشکیل نمی دهند. آنها به مرور مصرف و در روغن کاهش می یابند. در دمای بالا یا تحت بار زیاد از این نوع مواد استفاده می شود. این مواد با سطح فلز واکنش می دهند و یک لایه غیر قابل حل در روغن به وجود می آورند. مشتقات بورات قابل حل در آب هستند که به طور معلق در روغن می مانند تماس با آب

می تواند آن را از حالت تعلیق خارج کرده و سبب کاهش این ترکیبات در روغن شود.

مواد افزودنی ضد سایش (Anti Wear Addetives)

برروی اجزای موتورهایی که در شرایط سخت کار می کنند و عمل روانکاری در آنها دارای مرزهای بخصوصی است ممکن است ساییدگی رخ دهد .

مواد افزودنی ضدسایش از چنین ضایعاتی جلوگیری می کنند. به این ترتیب که در صورت شکسته شدن فیلم روغن، دمای ناحیه شکسته شده افزایش می یابد و در آن دما، ماده افزودنی با سطح فلز وارد واکنش می شود و موجب ایجاد فیلم مقاوم محافظ می شود.

ترکیبات زینک دی آلکیل (یا دی آریل) دی تیو فسفاتها به عنوان مواد ضد افزودنی در

روغن های موتور و صنعتی به کار می روند.

در تهیه این ترکیبات از واکنش بین الکل (P2S5) استفاده می کنند و محصول بدست آمده را با اکسید روی (ZnO) واکنش می دهند.

در این واکنش R می تواند گروه آریل یا آلکیل باشد. نوع آلکیل به عنوان ضد سایش موثرتر است، اما نوع آریل دارای پایداری حرارتی بیشتری بوده و پایداری هیدرولیکی آن کمتر است.

آلکیل های مورد استفاده عبارتند از: پروپیل، بوتیل، هگزیل، اکتیل و مخلوط آنها.

هر چه طول زنجیر آلکیل بیشتر باشد پایداری ضد سایش نیز بیشتر می شود. زنجیرهای شاخه دار باعث کاهش پایداری ترکیب می شوند.

به طور نرمال غلظت ماده افزودنی (ZDDP) در روغن موتورهای با کیفیت بالا، به اندازه ای است که میزان فسفر و روی موجود در روغن موتور بین۰/۲ تا۰/۰۵ درصد شود. در بعضی از استانداردها، میزان استفاده از این ماده محدود شده است مثلاً در استاندارد (MIL-L-46152B) مقدار ماکزیمم فسفر در روغن تا۰/۱۴ درصد تعیین شده است. بعضی از سازندگان موتور مانند شرکت فورد و جنرال موتورز معتقدند که این ماده بر روی سیستم کاتالیتیک گازهای خروجی اثرات منفی دارد.

موتورهای مورد استفاده در قطارها، نیاز به روغن های دیزل با کیفیت بالا دارند. در بسیاری از این موتورها که یاتاقان های آنها از نقره ساخته شده است، نباید از روغن هایی که بیش از ۱۰ppm فلز روی دارند و از ماده افزودنی ضد سایش (ZDD) استفاده کرده اند، استفاده شود. چون اگر مقدار روی، بیش از ۱۰ppm باشد یاتاقان های نقره ای در اثر واکنش الکتروشیمیایی خورده می شوند.

تعداد زیادی از موتورها ممکن است از مبدل های کاتالیستی در اگزوز استفاده کنند. این مبدل ها باعث کم کردن هیدروکربورهای سوخته نشده، مونوکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن در گازهای خروجی اگزوز می شوند.

از آن جایی که کاتالیست ممکن است با بعضی از مواد افزودنی وارد واکنش شود در استفاده از مواد افزودنی ضدسایش که دارای عناصر فسفر و روی هستند باید بیشتر دقت کرد. در بیشتر موارد سیستم های کاتالیستی با روغن هایی که دارای مواد پاک کننده فلزی و مواد ضدسایش فسفره تا میزان ۳۰۰ppm باشند مشکلی ندارند.

کاهش خصوصیات مواد افزودنی

مواد افزودنی به دو صورت از بین می روند، یا مصرف می شوند و یا تغییر شیمیایی می یابند. در صورت وجود هر یک از این موارد در روغن دیگر نمی توان از آن روغن استفاده کرد و باید آن را تعویض کرد.

بعضی مواد افزودنی نسبت به حرارت حساس هستند آنها ممکن است تبخیر شوند یا ساختمان مولکولی آنها شکسته شود. به علاوه وجود حرارت و آلودگی و کاهش اثر ماده افزودنی باعث از بین رفتن پایه شده و روغن را به پایان عمر مفید خود نزدیک می کند.

بررسی علل تخریب مواد افزودنی

به دو دلیل اصلی روغن خاصیت روانکاری خود را از دست می دهد. این دو دلیل عبارتند از:

آلودگی ( چه از منابع داخلی یا خارجی) و کاهش خصوصیات داده شده به روغن توسط مواد افزودنی.

آلودگی مهمترین عامل ایجاد سایش است و باید از بین برود.آلودگی های خارجی مانند: گرد و غبار، آب، مواد خورنده، عوامل اصلی ایجاد

سایش هستند، اما آلودگی داخلی یعنی فلز ساییده نیز در ماشین آلات به این مسئله دامن می زند. به طور نرمال آلودگی ها به تدریج در روغن جمع می شوند. در صورتی که شرایط کار سخت نباشد این آلودگی ها از بین می روند اما در صورتی که شرایط کار سخت باشد به تدریج به میزان آلودگی افزوده می شود و تجمع آنها باعث بروز خطراتی می شود.