افزودنی‌های ضد اصطکاک

مقدمه

برای بهینه‌سازی و کنترل اصطکاک و سایش، طراحان ماشین‌آلات روانکارهایی را طراحی می‌کنند که در عین ویسکوزیته مناسب جهت گردش، لایه مناسب بروی قطعات جهت کاهش اصطکاک و اتلاف انرژی، ایجاد کند.

افزودنی‌های کنترل سایش و اصطکاک ازجمله رایج‌ترین بسته‌های مورداستفاده هستند و عموماً به‌صورت افزودنی‌های ضد سایش (AW) یا افزودنی‌های فشار شدید (EP) عرضه می‌شوند. افزودنی‌های ضد سایش ماده فعال تریبوشیمیایی می‌باشند(تریبوشیمیایی به عمل شیمیایی حین تماس سایشی دو سطح اشاره دارد) و برای محافظت در برابر سایش و از بین رفتن سطوح فلزی در هنگام روانکاری استفاده می‌شوند. این مواد در حین انجام عملیات روانکاری، تخریب می‌شوند و غلظت آن‌ها کاهش می‌یابد و به‌مرور خاصیت کنترل اصطکاک و سایش روانکار کاهش می‌یابد.

انواع افزودنی‌های کنترل اصطکاک و سایش

افزودنی‌های ضد سایش(Anti Wear) و فشار شدید(Extreme Pressure) به دلیل عدم تمایز قابل‌تشخیص در ماهیت مواد، اغلب تحت یک دسته کنترل اصطکاک و سایش گروه‌بندی می‌شوند. این مواد دارای ماهیت قطبی و متفاوت در خواص فیزیکی و شیمیایی می‌باشند. خاصیت قطبی افزودنی‌های کنترل اصطکاک و سایش، سبب تشکیل یک‌لایه محافظ روی سطح قطعه کار در طول فرآیند ماشین‌کاری، می‌شود.

بازه دمایی و فشار عملکرد افزودنی‌های ضد سایش (Anti Wear) پایین‌تر از افزودنی‌های فشار شدید (یا ضد خراش) هست. در کل لایه‌ای که EP Add. تشکیل می‌دهد ضخیم‌تر و سرعت واکنش آن بیشتر وAW Add. هست. فعال‌سازی EP می‌تواند متأثر یا مستقل از دما باشد برخلاف AW که اغلب متأثر از دماست.  افزودنی EP متأثر از دما شامل ترکیبات بر پایه گوگرد و فسفر هست. افزودنی EP مستقل ز دما مانند Overbased Sulfonate و مناسب  عملیات در دمای پایین هست.

افزودنی‌های فشار شدید بسیار واکنش‌پذیرتر از عوامل ضد سایش هست لذا اثرات نامطلوبی بروی پایداری اکسیداسیون روانکارها دارند و سبب ایجاد خوردگی بروی قطعات غیر آهنی می‌شوند.

افزودنی‌های کنترل سایش و اصطکاک به‌طورکلی به دسته‌های زیر تقسیم می‌شود:

• ترکیبات سولفوره

ترکیبات سولفوره به‌عنوان اولین و پرکاربردترین ترکیبات فشار شدید(EP Additive) در روانکارها می‌باشند و فعالیت فشار شدیدی این ترکیبات تابع مقدار گوگرد، هست و هرچه مقدار گوگرد بالاتر باشد، عامل EP موثرتری می‌باشد. نکته‌ای که باید در استفاده از این ترکیبات در نظر گرفت، پایداری حرارتی  روانکار و مقدار پایین گوگرد درتماس با آلیاژهای مس هست. در کنار صرفه اقتصادی ترکیبات سولفوره، معایب این ترکیبات عبارت است از: انحلال کم در روغن‌های معدنی، ایجاد خوردگی بروی آلیاژهای مس و چالش پایداری و پاکیزگی.

الفین سولفوره (مانند ایزوبوتیلن سولفوره SIB به‌عنوان به‌صرفه‌ترین و پرکاربردترین افزودنی EP)، استرها و روغن‌های سولفوره (مانند  SLO و روغن‌های گیاهی سولفوره)، در این دسته قرار می‌گیرند.

• ترکیبات فسفره

افزودنی‌های حاوی فسفر برخلاف ترکیبات سولفوره، کنترل خوبی بر روی خوردگی آلیاژهای مس دارد و برای سطوح سخت و سرعت لغزش پایین کاربرد دارد.  با توجه به مکانیسم متفاوت تشکیل فیلم سطحی و استقامت آن، ترکیبات فسفره نمی‌توانند جایگزین ترکیبات سولفوره شوند.

فسفات استرها مانند TCP و TXP، فسفیت‌ها، دی‌آلکیل آلکیل فسفونات‌ها و اسیدهای فسفاته (حاصل از هیدرولیز استرهای فسفاته در محیط اسیدی)، در دسته ترکیبات ضد سایش حاوی فسفر قرار می‌گیرند.

• افزودنی‌های گوگرد-فسفر

مهم‌ترین ترکیب این گروه از افزودنی‌های EP/AW، زینک دی‌تیوفسفات (ZnDTP) است که به‌عنوان ترکیبات ضد سایش در روغن‌موتور کاربرد دارد.

• افزودنی‌های گوگرد-نیتروژن

ترکیبات حاوی گوگرد و نیتروژن، جهت محافظت در برابر فشار متوسط تا بالا تماس فلز-فلز و روانکاری الاستوهیدرودینامیک، به کار می‌رود. دی‌تیوکاربامات‌ها پرکاربردترین افزودنی‌های EP این دسته است.

• افزودنی‌های فسفر-نیتروژن

فاقد خاکستر فسفر و نیتروژن دارای عملکرد دوگانه ضد خوردگی/ضد سایش، به‌طور گسترده در محصولات روانکاری به کار می‌روند. ترکیبات آمین تیوفسفاتها، آمین فسفات‌ها و فسفروآمیدها در این دسته قرار می‌گیرند.

• افزودنی‌های هالوژن

کلر یکی از اولین عناصر ضد سایش و EP در صنعت فلزکاری بود و در حال حاضر ترکیبات کلره به همراه ترکیبات سولفوره، در روغن‌های برش و سیالات فلزکاری به کار می‌رود. فلور در ترکیبات پرفلورینه به‌عنوان عامل کاهش سایش و اصطکاک، کاربرد گسترده دارد و در فلزکاری قطعات آلومینیومی، ترکیبات یددار به‌عنوان ضد سایش استفاده می‌شود.

بررسی کارایی ترکیبات EP/AW

جهت بررسی عملکرد عوامل کنترل سایش و اصطکاک، آزمون‌هایی طراحی شده‌اند که موارد  شاخص در زیر آورده شده است:

• تست چهار گوی: در این تست دستگاهی متشکل از چهار توپ فولادی با قطر 1.5 اینچ، جهت بررسی عملکرد روانکار در سرعت و فشار مختلف، طراحی شده است. ASTM D-2596 جهت بررسی عملکرد گریس و ASTM D-2783 برای روغن است.
• آزمون FZG: دستگاه متشکل از دو مجموعه دو عددی دنده با آرایش 4 مربع است که توسط یک موتور الکتریکی هدایت می‌شود.
• آزمون Falex: تست سریع که دستگاه آن شامل یک پین چرخان بین دو بلوک V-شکل غوطه‌ور در روانکار موردنظر است.
• آزمون TimkenEP

جمع‌بندی

در پایان نوع فرآیند فلزکاری و سرعت و حجم براده برداری، در انتخاب نوع افزودنی ضد اصطکاک و سایش مؤثر است و با در نظر گرفتن افزودنی‌های موجود در فرمولاسیون روانکار و خواص مطلوب محصول نهایی، می‌توان یکی از دسته‌بندی‌های فوق را انتخاب کرد. در این خصوص می‌توانید از مشاوره تیم کمارت استفاده کنید.