افزودنی­های ضد سایش

در ساختار این گروه از مواد افزودنی، روی، گوگرد و فسفر وجود دارد که در فشار و دمای متوسط فعال هستند. افزودنی های ضد سایش با تشکیل یک فیلم سطحی از طریق جذب فیزیکی و شیمیایی، اصطکاک و ساییدگی را به کمترین میزان ممکن می رساند. مواد افزودنی ضد سایش، یک فیلم نازک معدنی روی فلز تشکیل می دهد تا از خوردگی فلز زیرین جلوگیری کنند.

فیلم تشکیل شده دارای مقاومت کمتری از فلز اصلی است. بنابر این اگر بین سطوح، تماس حاصل شود قبل از اینکه سطح فلز بخواهد اسیب 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 می­شود. بدین ترتیب این مواد افزودنی تا زمانی که به طورکامل از بین نرود، به وظایف خود عمل می­کنند. همانگونه که به طور کامل از بین نرود، به وظایف خود عمل می­کنند. همانگونه که در تصویر نشان داده شده در شرایط روانکاری لایه مرزی، فیلم ایجاد شده توسط افزودنی ضد سایش به جای سطح فلز شکسته شده و مانع از ایجاد سایش بر روی سطح فلزی می­شود.

انواع افزودنی­های ضد سایش

• افزودنی ضد سایش بر پایه روی
• افزودنی ضد سایش بر پایه مولیبدن
• افزودنی­های ضد سایش بدون خاکستر

افزودنی ضد سایش بر پایه روی

یکی از شاخص ترین مواد آلی ضد سایش، زینک دی تیو سولفونات) (ZDDP است که به طور وسیع برای کاهش ساییدگی در پمپ­های هیدرولیکی، دنده، انتقال دهنده­ها و روغن­های موتور مورد استفاده قرار می­گیرد.

این افزودنی علاوه بر خاصیت ضد سایش به عنوان آنتی اکسیدان نیز عمل می­نماید و عملکرد آن براساس نوع الکل و طول زنجیر آلکیل آن  (R)تعیین می­گردد. در این واکنش R می تواند، گروه آریل یا آلکیل باشد. نوع آلکیل به عنوان ضد سایش موثر تر 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 آن ها. هرچه طول زنجیر آلکیل بیشتر باشد، پایداری ضد سایش بیشتر می­شود. زنجیر­های شاخه دار باعث کاهش پایداری ترکیب می­شوند.

بعضی از ZDDP ها در درجه حرارت­های کارکرد بالای 100 درجه سانتی گراد تجزیه می­شوند. همچنین در موتور­هایی که یاتاقان آنها از آلیاژ نفره ساخته شده، مقدار پیش از 10 ppm از فلز روی سبب واکنش الکتروشیمیایی و خوردگی یاتاقان های نقره می­شود. علاوه بر این در موتور­هایی که از مبدل­های کاتالیستی به منظور کاهش خروج اکسید­های نیتروژن و مونواکسید کربن در گاز­های خروجی از اگزوز استفاده می­شود، کاتالیست ممکن است با افزودنی­های ضد سایشی که حاوی فسفر و روی هستند، واکنش دهند و در نتیجه لازم است در چنین شرایطی در انتخاب ماده افزودنی­های ضد سایش بر پایه مولیبدن مورد استفاده قرار می­گیرد. این افزودنی تشکیل یک فیلم روانکاری شامل MoS₂ و اکسید­های مولیبدن را می­دهند که علاوه بر جلوگیری از سایش قطعات و اصطکاک در کاهش مصرف سوخت و درنتیجه تاثیر مثبت در بهبود محیط زیست نقش دارد. افزودنی های MoDTC ) (Molybdenum diThiocarbamates و )MoDDP (Molybdenum diThiophosphate مثال­هایی از این نوع افزودنی می­باشد.

افزودنی ضد سایش بدون خاکستر

با توجه به اینکه ZDDP تحت شرایط دمایی تخریب شده و خاکستر از خود بر جای می¬گذارد. علاوه بر این در صورت وجود آب در سیستم هیدرولیز شده و در نتیجه منجر به خوردگی در سیستم می-شود. به همین دلیل لازم است در فرمولاسیون محصولاتی از قبیل توربین، کمپرسور، هیدرولیک و .... از افزودنی¬های ضد سایش بدون خاکستر سابقه طولانی دارند. این افزودنی¬های ضد سایش بدون خاکستر سابقه طولانی دارند. این افزودنی¬های ضد سایش بدون خاکستر سابقه طولانی دارند. این افزودنی¬ها ترکیبات آلی بر پایه فسفر هستند که پایداری هیدرولیتیکی و حرارت بالایی دارندو باقیمانده از خود بر جای نمی گذارند. یکی از متداول ترین این نوع افزودنی¬های TCP(Tri-cresylohosphate ) می باشد که با تشکیل فیلم بر روی سطح فلزی مانع از ایجاد اصطکاک و سایش شده، علاوه بر این در دمای بالا پایدار نیز می¬باشد.

انواع افزودنی­های فشار پذیر

این ترکیبات شامل بور، کلر، فسفر و گوگرد می­باشند. با افزایش دمای ناشی از افزایش دمای ناشی از افزایش فشار، با سطوح فلزی واکنش داده، گرمای ایجاد شده در اثر این واکنش شیمیایی به گرمای ایجاد شده از اصطکاک انتقال می­یابد. این افزودنی­ها در واکنش با سطوح فلزی، ترکیبات جدیدی همانند کلرید­های آهن، فسفید­های آهن و سولفید­های آهن را ایجاد می­نمایند. نمک­های فلزی ایجاد شده، تشکیل یک فیلم شیمیایی را می­دهند که به عنوان یک حامل در جهت کاهش اصطکاک، سایش و جوش سطوح فلزی عمل می­نمایند.

افزودنی­های فشار پذیر از مستقل از دما

نوع دیگر از این افزودنی­های مستقل از دما هستند، سولفونات­های فوق قلیایی از این نوع می­باشند که مکانیسم عملکرد آن متفاوت هست. این ترکیبات شامل کلوئیدی از نمک کربنات که در سولفونات معلق شده اند. در زمان واکنش با آهن، کلوئید­های کربنات، تشکیل یک فیلم داده که به عنوان یک حامل بین سطوح فلزی عمل می­نمایند. شروع این مکانیسم نیازی به افزایش دما ندارد. با توجه به توضیحات ارائه شده به صورت خلاصه عملکرد افزودنی­های مخصوص روانکاری لایه مرزی به صورت ذیل می­باشد.

افزودنی فشار پذیر

زمانی که شرایط تماس فلز با فلز سخت تر شده و افزایش فشار و دما نیز مطرح باشد، فیلم روانکار تحت فشار بسیار شدید قرار می­گیرد. در چنین شرایطی فاصله ی بین سطوح فلزی عملا از بین رفته تا جایی که سایش ایجاد شده منجر به ایجاد جوش و چسبندگی دو سطح می­گردد. چنین شرایطی را می­توان در دیفرانسیل خودرو­ها که دارای دنده­هایی از نوع هیپوئید هستند، مشاهده نمود. به همین دلیل استفاده از مواد افزودنی فشار پذیر (EP) ضروری می­باشد، همانند ترکیبات بهبود دهنده اصطکاک و افزودنی­های ضد سایش، این دسته از ترکیبات نیز یک سر قطبی و دم قطبی (محلول در روغن) تشکیل شده­اند، که سر­های قطبی با قرار گرفتن و دم غیر قطبی (محلول در روغن) تشکیل شده­اند، که سر­های قطبی با قرار گرفتن بر روی سطح فلزی و تشکیل لایه از چسبیدن سطوح در شرایط عملکردی سخت و فشار زیاد ممانعت بعمل می­اورند. مهمترین ترکیبات این افزودنی­ها فسفر و گوگرد می­باشند.

جمع بندی

سالانه میلیارد دلار در کشور­های دنیا برای غلبه برآسیب­های ناشی از سایش مکانیکی صرف می­شود، که عامل اساسی آن ضایعات ناشی از تخریب سطوح، شامل سایش مکانیکی و خستگی فلزات است. همچنین بخش اعظم آسیب­ها به طور مستقیم مربوط به عدم توجه به روانکاری صحیح می­باشد. تقریبا بیش از انرژی مصرف شده در جهان برای غلبه بر اصطکاک صرف می­شود و می­توان گفت نیمی از کل تولیدات صنعتی در کشور­های صنعتی به منظور جایگزینی قطعات ساییده شده مصرف می­گردد. به همین دلیل لازم است تا با انتخاب افزودنی مناسب و فرمولاسیون صحیح روانکار­ها در جهت غلبه بر چنین مشکلاتی گام بردارید.