پیشرفتهای تکنولوژیکی اخیر ، تصویر واضح گذشته را قدری مبهم نموده است کاهش اصطکاک ، در حال حاضر به وسیله مایعات ، جامدات ، گازها یا با اصلاح فیزیکی یا شیمیایی خود سطوح ایجاد می شود به اختیار ، اجزای لغزان را می توان از موادی ساخت که برای کاهش اصطکاک طراحی شده اند و روانکار به طور یکنواخت یا غیر یکنواخت در آنها توزیع شده است این سیستمها روانکاری نشده(4) می نامند که البته این فقط یک اصطلاح است سیستم ممکن است به روشی غیرمعمول روانکاری شده باشد ولی مطمئنا ً روانکاری نشده نیست .
از طرف دیگر روانکاری ممکن است برای اصلاح میزان اصطکاک باشد و نه به طور خاص برای کاهش آن .(مواد مرکب عایق و مخصوص ممکن است از گرافیت یا دی سولفید مولیبدنیوم تشکیل شده باشند درصد این مواد طوری طراحی می شود که بتوان از یکنواختی یا پیوستگی سطوح(5) اصطکاک اطمینان یافت ) این افزودنیها مشخصا ً روانکار هستند و غیر واقعی خواهد بود اگر ادعا شود که کاربر این مواد عایق ، روانکاری نیست .
این مقدمه ارائه شده تا یک آمادگی ذهنی را در مورد فرآیندهای روانکاری و انتخاب روانکارها ایجاد کند در عمل ، محدوده وسیعی از سیستمها موجودند که هنوز با روغنها یا گریسهای(6) مرسوم یا با جامدات نسبتا ً قدیمی و غیر مرسوم روانکاری می شوند ولی وقتی به علت برخی ویژگیهای سیستم ، استفاده از روانکارهای ساده ، مشکل باشد یا رضایت بخش نباشد ، باید از روانکارهای ترکیبی استفاده کرد علاوه بر کاربرد اولیه که عبارت است از کنترل یا کاهش اصطکاک ، روانکارها برای کاهش ساییدگی(7) یا احتمالا ً کاهش حرارت یا خوردگی (8) نیز بکار می روند .
در محدوده های وسیع ، مهمترین نوع روانکارها ، مایعات (روغنها) و شبه مایعات (گریسها) هستند از حدود سال 1950 روز به روز بر اهمیت روانکارهای جامد افزوده شده است بویژه در آن شرایط محیطی که کار برای روغنها و گریسها سخت است گازها نیز در موارد مشابهی مثل مایعات کاربرد دارند اما همانطور که در ادامه خواهد آمد لزجت پایین گازها طراحی و ساخت یاتاقانها را مشکل می سازد .
2-1 انتخاب نوع روانکار
اولین اصل مفید در انتخاب طریقه روانکاری انتخاب ساده ترین روشی است که با رضایت کامل کار کند در بسیاری از موارد این موضوع ، شامل وارد کردن مقدار کمی روغن یا گریس در داخل قطعه های مونتاژ شده می باشد بیشتر این روانکارها نه تعویض می شوند ونه سرریز .
برای نمونه می توان از قفلهای در ، لولاها(9) ، شیشه بالابر اتومبیل ، فیلم پیچ(10) ، ساعتهای دیواری و انواع ساعتهای مچی نام برد .
این سیستم ساده وقتی بارگذاریها یا سرعتها بالا باشد یا طول مدت کار زیاد و پیوسته باشد دیگر رضایت بخش نیست بنابراین لازم است انتخاب روانکار با دقت صورت گیرد یک سیستم پرکردن مجدد(11) بکار گرفته شود د وعامل اصلی در انتخاب نوع روانکار عبارتند از سرعت و بار در سرعت بالا انتظار داریم میزان گرمای ناشی از اصطکاک زیاد باشد و در نتیجه ، روانکارهای با لزجت پایین ، اصطکاک لزجی کمتر و انتقال حرارت بهتری را موجب می شوند در بارگذاری زیاد ، روانکارهای با لزجت پایین از محل تماس بیرون رانده می شوند این وضعیت در شکل (1-1) خلاصه شده است .
ارائه راهنمایی دقیق در مورد محدودیتهای بار و سرعت برای انواع مختلف روانکارها مشکل است زیرا تأثیرات شکل ، محیط و تغییرات در هر نوع روانکار ، قابل ملاحظه است شکل (2-1) تا حدی این محدودیتهای تقریبی را مشخص می سازد .
برخی از ویژگی های دیگر یک سیستم نیز گاهی انتخاب نوع روانکار را محدود می سازد برای مثال در ساعتها یا مکانیزمهای ابزار دقیق ، هر روانکاری ، تاب تحمل سرعت و بار را ندارد ولی به دلیل نیاز به اصطکاک کم ، روش معمول انتخاب روغنی با لزجت بسیار کم می باشد برای چرخدنده های باز ، سیم بکسلها یا زنجیرها ، مسأله اصلی ، جلوگیری از خروج روانکار از محل تماس قطعه های متحرک است و استفاده از یک روغن چسبناک قیر مانند(12) یا گریسی با خواص چسبندگی ویژه ضرورت دارد .
در یک سیستم ، ممکن است شکل سیستم انتخاب نوع روانکار را محدود سازد بدین ترتیب مثلا ً یک یاتاقان غلتشی آب بندی نشده (13 ) باید با گریس روانکاری شود چرا که روغن در درون یاتاقان باقی نخواهد ماند در جایی که نیازمندی روانکاری است یا مسأله اهمیت خاصی دارد لازم است ابتدا نوع روانکار را برگزینیم و سپس یک سیستم مناسب برای آن روانکار طراحی نماییم یکی از اشتباهاتی که بسیار گران تمام می شود حتی در تکنولوژیهای پیشرفته ای مانند مهندسی هوا – فضا این است که سیستمی طراحی و ساخته می شود ولی قابلیت روانکاری ندارد .
3-1 اصول و نیازمندیهای روانکارهای مایع مهمترین ویژگی یک روانکار مایع ، لزجت آن است شکل (3-1) نشان می دهد که چگونه لزجت یک روانکار ، طبیعت و کیفیت روانکاری را تحت تأثیر قرار می دهد این شکل را معمولا ً منحنی استریبک (14) می نامند اگر چه تردیدهایی در مورد استفاده استریبک از منحنی به همین شکل وجود دارد .
پارامتر N/P را به عنوان عدد سامرفیلد می شناسند که در آن : لزجت روانکار ، N سرعت نسبی بین قطعه های یاتاقان و P فشار متوسطی یا بار خاصی است که باید توسط یاتاقان تحمل شود از میان این سه پارامتر فقط لزجت ، خاصیت مربوطه به روانکار است و اگر N و P ثابت نگه داشته شوند شکل ، مستقیما ، بیانگر رابطه بین ضریف اصطحکاک و لزجت روانکار می باشد .
منحنی مورد بحث را اصولا ً می توان به سه بخش تقسیم کرد در ناحیه 3 سطوح یاتاقان به وسیله فیلم ضخیمی از روانکار مایع ، کاملا ً از یکدیگر جدا شده اند بنابراین، ناحیه فیلم ضخیم یا روانکاری هیدرودینامیکی نامیده می شود و اصطکاک ، کاملا ً اصطکاک لزجی ناشی از برش مکانیکی فیلم مایع است در این حالت هیچ تماس مستقیمی بین سطوح در حال کار وجود ندارد ودر نتیجه هیچ ساییدگی هم بوجود نمی آید .
با کاهش لزجت در ناحیه 3 ، ضخامت فیلم مایع نیز کاهش می یابد تا در نقطه C که این ضخامت فقط برای اطمینان از جدایش کامل سطوح کافی است کاهش بیشتر در لزجت و بنابراین در ضخامت فیلم ، تماسهای اتفاقی بین زبریهای سطوح یاتاقان را به دنبال دارد اصطکاک نسبتا ً زیاد در تماسهای زبر(15) ، کاهش پیوسته اصطحکاک لزجی را جبران می کند ، بطوری که اصطکاک در نقطه B ، کاملا ً با اصطکاک در نقطه C برابر است .
نقطه C ، نقطه ایده آل برای روانکاری است که تقریبا ً کمترین اصطکاک را بدون ساییدگی ایجاد می کند درعمل ، هدف طراحی ، در مجاورت سمت راست نقطه C می باشد تا یک محدوده مطمئن ایجاد شود .
با کاهش بیشتر لزجت از نقطه B افزایش متناسب بار حمل شده به وسیله تماسهای زبر و افزایش سریع اصطکاک تا نقطه A را شاهد خواهیم بود در این نقطه ، تمام بار یاتاقان بوسیله تماسهای زبرتحمل می شود و کاهش بیشتر در لزجت فقط تأثیر کمی بر اصطکاک دارد .
ناحیه 1، قسمت چپ نقطه A ، ناحیه روانکاری مرزی می باشد در این ناحیه خواص فیزیکی و شیمیایی روانکار علاوه بر لزجت حجمی (16) آن ، وظیفه کنترل کیفیت روانکاری را نیز بر عهده دارند این خواص در بخش (5-1) شرح داده شده اند .
ناحیه 2، بین نقاط A و B ، ناحیه روانکاری مرکب است که در آن بار بطور مشترک هم توسط فیلم روانکار مایع و هم توسط زبریهای یاتاقان تحمل می شود نسبت بار حمل شده بوسیله تماس زبریها ، از 100 درصد در نقطه A تا صفر درصد در نقطه C کاهش می یابد .
شکل (3-1) مربوط به یک یاتاقان لغزشی است که در آن N معمولا ً دور است سایر شکلهای یاتاقان که در آنها برخی صورتهای فیلم روغن هیدرودینامیک بوجود می آید نیز به طریق مشابه قابل توصیف می باشند .
رابطه بین لزجت و ضخامت فیلم روغن ، بوسیله معادله رینولدز داده شده که می توان آن را مطابق رابطه زیر نوشت : که در آن : h = ضخامت فیلم روانکار P = فشار x,z = مختصات V,U = سرعت در راستاهای z,x اطلاعات تکمیلی در مورد تأثیر لزجت روانکار بر یاتاقان لغزشی ساده (17) در بخش 4 خواهد آمد .
در سیستم های با روانکاری غیریکنواخت (18) مثل یاتاقانهای غلتشی و چرخدنده ها رابطه بین لزجت روانکار و ضخامت فیلم با دو اثر تکمیل می شود : تغییر شکل کشسان سطوح دیگر افزایش لزجت روانکار در نتیجه فشار بالا .بنابراین رژیم روانکاری ، تحت نام الاستوهیدرودینامیک (19) شناخته می شود و با معادلات مختلف ریاضی می توان آن را بیان نمود .
یک معادله متداول برای رولربیرینگها (20 ) معادله " داوسون هینگسون " است : که در آن = لزجت روغن در ناحیه ورودی R = شعاع موثر a = ضریب فشار لزجت در ایجا U سرعت ، p پارامتر بار و E پارامتر ماده بر مبنای مدول و نسبت پواسون می باشند برای بلبرینگها (21) رابطه معادل " آرچارد و کوکینگ (22 ) می باشد : برای چنین سیستمهای غیریکنواختی ، نموداری مشابه با شکل (3-1) ارائه شده که در آن ناحیه 2 بیانگر روانکای الاستوهیدرودینامیک است یافتن سیستم خاصی که رابطه در آن بطور دقیق بکار رود کار دشواری است اما یک مطلب مهم این است که ضخامت فیلم روانکار و اصطکاک در روانکاری الاستوهیدرودینامیک ، فاصله بین روانکاری هیدرودینامیک با فیلم ضخیم و روانکاری مرزی را پر می کند .
نمونه ای از روانکاری میکروالاستوهیدرودینامیک (23 ) به عنوان مکانیزمی برای روانکاری زبر(24) تحت شرایط مرزی پیشنهاد شده است ( بخش (5-1) را ببینید ) اگر این پیشنهاد معتبر باشد فرآیند احتمالا ً د رناحیه روانکاری مرکب (25 ) انجام می شود .
در جایی که روانکاری فیلم کامل سیال (26 ) نیاز است ولی لزجت ، بار ، سرعت و شکل برای ایجاد جدایی هیدرودینامیکی فیلم کامل سیال مناسب نیست روش اعمال فشار خارجی (27 ) می تواند مفید باشد به بیان ساده : وارد کردن سیال پر فشار به درون یاتاقان تا فشار هیدرواستاتیک حاصل ، برای جدایش سطوح درگیر یاتاقان کافی باشد .
یاتاقانهای تحت فشار خارجی ، محدوده سیستمهایی را که فواید جدایی فیلم کامل سیال در آنها قابل دستیابی است را وسعت بخشیده اند و سیالات زیادی را قادر ساخته اند تا با موفقیت تمام ، به عنوان روانکار بکار روند سیالاتی که در شرایطی غیر از این مناسب نبوده اند این سیالات ، شامل سیالات آبی ( 28) و دیگر سیالات کم لزجت می باشند به خاطر داشته باشید که لزجت روانکار که در شکل (3-1) و در معادلات مختلف ضخامت فیلم آمده است لزجتی تحت شرایط مربوط به آن سیستمها و بویژه دما می باشد لزجت تمام سیالات با افزایش دما ، کاهش می یابد این عامل و عوامل دیگر مؤثر بر لزجت در بخش (4-1) بیان شده اند .
لزجت و روانکاری مرزی یک روانکار بطور کامل عملکرد آن روانکار را تعریف می کند اما خواص بسیار دیگری نیز در این مورد مهم اند بیشتر این خواص ، با فساد(29) فزاینده روانکار در ارتباطند و در بخش (6-1) بحث خواهند شد .
4-1 لزجت روانکار لزجت روانکارها به دو صورت تعریف می شود و هر دو تعریف به شکل وسیعی کاربرد دارند .
1-4-1 لزجت دینامیکی 14 لزجت مطلق (30 ) لزجت دینامیکی یا لزجت مطلق ، عبارت است از : نسبت تنش برشی به نرخ برش ناشی از جریان سیال در سیستم SI لزجت با واحد پاسکال – ثانیه یا نیوتن – ثانیه بر مترمربع اندازه گیری می شود اما در سیستم سانتیمتر ، گرم ، ثانیه ،(cgs) واحد " سانتی پویز " پذیرفته تر می باشد : 1 centipoise (cP) = 10 Pa.s = 10 N.s/m سانتی پویز واحد کاربردی لزجت برای محاسباتی است که بر پایه معادلات رینولدز(31 ) و معادلات مختلف روانکاری الاستوهیدرودینامیک انجام می شود .
2-4-1 لزجت سینماتیکی (32 ) لزجت سینماتیکی برابر است با لزجت دینامیکی تقسیم بر چگالی ، در سیستم SI ، واحد آن مترمربع بر ثانیه S/m می باشد اما در سیستم cgs واحد سانتی استوک پذیرفته تر است : 1 cetistoke (cSt) = 1 mm/s سانتی استوک واحدی است که بیشتر توسط تهیه کنندگان ومصرف کنندگان روانکار بیان می شود .
در عمل ، تفاوت بین لزجتهای سینماتیکی و دینامیکی برای روغنهای روانکاری اهمیت چندانی ندارد زیرا چگالی روغنها در دمای کار بیشتر بین 8/0 و 2/1 می باشد اما برای بعضی روغنهای ترکیبی فلوئوردار با چگالیهای بالا و نیز برای گازها این اختلاف می تواند مهم باشد .
در دمای کار ، لزجتهای بیشتر روغنهای روانکاری بین 10 تا حدود cSt 600 می باشد که بطور متوسط عدد آن حدود cSt 90 می باشد لزجتهای کمتر بیشتر برای یاتاقانها به کار می رود تا برای چرخدنده ها مانند مواقعی که میزان بارها پایین و سرعتها زیادند یا سیستم کاملا ً بسته می باشد برعکس لزجتهای بالاتر برای چرخدنده ها و محلهایی انتخاب می شوند که سرعتها پایین و بارها زیادند یا سیستم ، کاملا ً تمیز است برخی محدوده های متداول لزجت چند نوع روانکار در دمای کار در جدول (1-1) آمده است .
تغییرات لزجت روغن بر حسب دما ، در بعضی سیستمها بسیار با اهمیت است مثل سیستمی که در آن ، دمای کارکرد در محدوده وسیعی تغییر کند یا با دماهای مرجع بیان شده برای لزجت روغن متفاوت باشد .
لزجت هر مایع ، با افزایش دما کاهش می یابد اما نرخ کاهش از یک سیال تا سیال دیگر می تواند به طور قابل ملاحظه ای متفاوت باشد شکل (4-1) تغییر لزجت بر حسب دما را برای جدول (1-1) محدوده لزجت برای موارد معمول مصرف چند نوع روغن روانکاری نمایش می دهد نمایش ترسیمی از این نوع ، مفیدترین راه برای ارائه این اطلاعات می باشد آنچه بیشتر مرسوم است بیان شاخص لزجت (33) (VI) می باشد .
شاخص لزجت ، معرف رابطه دما – لزجت برای یک روغن بر روی یک مقیاس اختیاری و در قیاس با دو روغن استاندارد می باشد یکی از این روغنهای استاندارد ، شاخص لزجت صفر دارد که بیانگر سریعترین تغییرات لزجت با دمایی است که معمولا ً برای روغنهای معدنی یافت می شود دومین روغن استاندارد ، شاخص لزجت صد دارد که که مبین کمترین تغییر لزجت با دمایی می باشد که برای روغنهای معدنی بدون افزودنیهای مناسب یافت می شود .
معادله محاسبه شاخص لزجت برای یک نمونه روغن به شکل زیر است : VI = که در آن : U = لزجت روغن نمونه در دمای C40 بر حسب سانتی استوک است .
L = لزجت روغنی با شاخص لزجت صفر در C40 که لزجتش در C100 مشابه لزجت نمونه آزمایشی است و بر حسب سانتی استوک محاسبه می شود .
H = لزجت روغنی با شاخص لزجت 100 در C40 که لزجت آن در C100 مثل لزجت روغن تحت آزمایش است .
جدول (2-1) جدول ساده 1977 درجه بندی های روغن SAE : روغنهای درجه بندی 20W ، که بیشینه لزجت آنها 5000( سانتی پویز) باشد را با شماره 15W نیز نشان می دهند .
بعضی روغنهای ترکیبی می توانند طبق تعریف بالا ، شاخصهای لزجت بیش از 150 داشته باشند اما کاربرد این تعریف با چنین مقادیر بالایی مورد تردید می باشد .
شاخص لزجت یک روغن را می توان با حل کردن مقداری (گاهی تا 20% ) از یک نوع پلمیر مناسب افزایش داد که به آن اصلاح کننده شاخص لزجت (34) گویند .
مقیاس درجه بندی لزجت SAE که بطور وسیعی کاربرد دارد در جدول (2-1) بیان شده است یک روغن می تواند بیش از یک درجه بندی (35 ) داشته باشد یک روغن معدنی با شاخص لزجت بالا می تواند هم معیار 20W و هم معیار 30 را داشته باشد و بر این اساس آن را روغن چند درجه ( 36) 20W/30 می نامند برای اطمینان بیشتر یک روغن با VI اصلاح شده می تواند معیارهای 20W و 50 را داشته باشد و بنابراین یک روغن چنددرجه 20W/50 نامیده می شود .
توجه داشته باشید که اندازه گیریهای لزجت ، برای ایجاد درجه بندی SAE در نرخ برش پایین انجام شده است در نرخ برش بالا ، در یک یاتاقان ، تأثیر پلیمر ممکن است ناپدید شود یک روغن 20W/50 در نرخ برش خیلی بالا ممکن است در عمل مانند یک روغن رقیقتر از 20W یا 15W یا حتی 10W عمل نماید در عمل این موضوع خیلی مهم نیست زیرا در یک یاتاقان با سرعت بالا ، هنوز هم لزجت ، ضخامت فیلم روغنی کافی و مناسبی را ایجاد می کند .
از لحاظ تئوری ، شاخص لزجت فقط در جایی اهمیت می یابد که تغییرات دمای قابل توجهی اتفاق بیفتد در حقیقت در تولید یک روانکار با کیفیت عالی ، تمایل به استفاده از روغنهای با شاخص لزجت بالا وجود دارد در نتیجه شاخص لزجت بالا ، معمولا ً معیاری برای کیفیت روانکار قلمداد می شود حتی در جایی که شاخص لزجت کم اهمیت یا کوچک است .
قبل از آنکه بحث لزجت روانکار را رها کنیم بد نیست به بعضی ازاستانداردهای منسوخ شده لزجت اشاره ای داشته باشیم مثل : لزجت سیبولت (37 ) SUS در آمریکای شمالی ، لزجت ردوود (38 ) در انگلستان و لزجت انگلر (39 ) در قاره اروپا .
تمام این سه واحد کارایی عملی کمی دارند ولی به شکل گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته اند تلاشهای طاقت فرسایی از سوی سازمانهای استاندارد انجام شده تا طی سالیان متمادی این واحدها با لزجت سینماتیکی جایگزین شوند .
5-1 روانکاری مرزی (40 ) هر جا در بین سطوح لغزان (41 ) ، تماس جامد – جامد قابل توجه باشد روانکاری مرزی اهمیت می یابد برای درک روانکاری مرزی ابتدا در نظر بگیرید وقتی دو سطح فلزی بدون حضور روانکار بر روی یکدیگر بلغزند چه اتفاقی می افتد .
در بدترین حالت ، هر گاه سطوح فلزی با فیلمی از اکسید یا هر ماده خارجی آغشته نباشند بین سطوح ، تمایلی برای چسبیدن به یکدیگر بوجود می آید این تمایل ، بین برخی فلزات بسیار قوی و بین برخی دیگر ضعیف تراست چند راهنمایی مختصر برای فلزات متداول درادامه ارائه می شود : فلزات یکسان ، در تماس ، تمایل شدیدی برای چسبیدن به یکدیگر دارند .
فلزات نرمتر ، تمایل بیشتری نسبت به فلزات سخت تر برای چسبیدن به یکدیگر دارند المانهای آلیاژی غیرفلزی تمایل به کاهش چسبندگی دارند ( مثل کربن در چدن ) آهن و آلیاژهای آن ، تمایل کمی برای چسبیدن به سرب ، نقره، قلع ، کادمیم و مس و تمایل زیادی برای چسبیدن به آلومینیوم ، روی ، تیتانیوم و نیکل دارند .
سطوح فلزات واقعی ، معمولا ً آلودیگیهایی دارند و این آلودگیها بخصوص از فیلمهای اکسیدهمان فلز تشکیل شده است این فیلمهای آلوده معمولا ً از چسبندگی می کاهند و بنابراین اصطکاک و ساییدگی را کم می کنند غیر از تیتانیوم ، فیلمهای اکسید فلزات دیگر ، روانکارهای خوبی هستند.
بنابراین اصطکاک و ساییدگی را معمولا ً می توان با تولید عمدی فیلمهای آلاینده مناسب بر روی سطوح فلزی کاهش داد جایی که هیچ روانکار سیالی موجود نباشد فرآیند را نوعی روانکاری خشک یا جامد می گویند هر گاه فرایند شکل دهی فیلم در یک روانکار مایع اتفاق بیفتد آن را روانکاری مرزی گویند .
فیلمهای روانکاری مرزی به طرق مختلفی قابل ایجادند این راهها از نظر پیچیدگی فرآیند ساخت فیلم و نیز ثمربخش بودن فیلمهای ساخته شده با هم تفاوت دارند معمولی ترین فرآیند ساخت فیلم ، جذب سطحی می باشد که در آن به دلیل جذب فیزیکی خالص ، فیلمی با ضخامت یک یا چند مولکول بر روی سطح جامد ایجاد می شود اگر فیلمهای ایجاد شده به اندازه کافی ضخیم باشند در کاهش اصطکاک و ساییدگی مؤثرند .
شکل (5-1) به طریق نموداری بیانگر این مطلب است که جذب یک زنجیره طولانی از مولکولهای الکل ، فیلم ضخیمی بر روی سطح فلز ایجاد می کند حتی اگر ضخامت فیلم فقط به اندازه یک مولکول باشد .
روغنهای معدنی ، بیشتر شامل مقداری از ترکیبهای طبیعی می باشد که فیلمهای جذب سطحی (42) مفیدی را می سازند این ترکیبها شامل هیدروکربنهای اشباع نشده ( اولفینها) و مواد غیر هیدروکربنی شامل اکسیژن ، نیتروژن یا اتمهای گوگرد (مانند آسفالت ) می باشند روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی نیز فیلمهای جذب سطحی قوی تولید می نمایند و برای رسیدن به مقاصد فوق ، در مقیاس کم به روغنهای معدنی اضافه می شوند دیگر افزودنیهای مرزی ملایم ، شامل زنجیره های طولانی الکلها مثل الکل لاریل و استرها مثل اتیل استریت یا اتیل اولیت می باشند .
فیلمهای مرزی جذب سطحی به روشهای مکانیکی یا با افزایش دما به راحتی جا به جا می شوند یک فیلم مقاومتر ، با روشهای جذب شیمیایی تولید می شود در این روشها ، واکنش ملایمی بین سطح فلز و یک ترکیب مناسب رخ می دهد ترکیبهای جذب کننده شیمیایی معمول ، شامل اسیدهای الیفتیک ( چرب ( 43) ) مانند اسیدهای اولیک و استریک می باشند یک فیلم جذب شیمیایی به صورت نموداری در شکل (6-1) آمده است .
حتی فیلمهای مقاومتر را می توان از طریق واکنش با سطح فلز ایجاد کرد ترکیبهای واکنش دهنده ، معمولا ً شامل گوگرد ، فسفر ، یا کلر می باشند و در نهایت فیلمهای فلزی فسفیدی ، سولفیدی یا کلریدی روی سطوح لغزان تولید می کنند این افزودنیهای واکنش دهنده را به نام افزودنیهای پر فشار (44 ) EP می شناسند .
واکنشهای تولید فیلمهای سطحی از طریق افزودنیهای روانکار مرزی پیشرفته ممکن است بسیار پیچیده باشد یک افزودنی ساده مثل تریکسیلیل فسفات ممکن است ابتدا روی سطح فلز جذب سطحی شود و سپس واکنشی را برای تولید یک فیلم جذبی شیمیایی از فسفات ارگانومتالیک انجام دهد و در نهایت تحت لغزشها و حرارت شدید برای تولید فسفات یا فسفید فلزی واکنش انجام دهد .
تمامی ترکیبهای روانکاری مرزی ، دارای برخی ضررها نیز هستند .
به عنوان یک قاعده کلی ، وقتی باید از آنها استفاده کرد که شرایط کار ایجاب کند به طور معمول ترکیبهای جذب شده ، کمترین اثرهای جانبی را دارند این ترکیبها نسبت به روغنهایی با مبنای معدنی ، برای اکسید شدن آماده تر و در نتیجه برای ساخت ترکیبهای اسیدی خورنده و صمفهای حل نشدنی یا موادی مثل لاک الکل تمایل بیشتری دارند اما این تأثیرات خیلی جدی نیستند و هر جا شرایط لغزش خیلی سخت و مشکل نباشد مثل سیالات هیدرولیک (45 ) یا روغنهای توربین افزودنیهای ضد سایش معمولی در مقدار کم ولی به فور بکار می روند .
افزودنیهای جذبی – شیمیایی قویتر مثل اسیدهای چرب ، فسفاتهای آلی و تیوفسفاتها ، واکنش دهنده های نسبتا ً بهتری هستند کاربرد آنها در روغنهای موتور و روغنهای چرخدنده است در واقع ، ترکیبهای کلر دار (46 ) و الفینهای سولفوردار فعال (47 ) مواد خورنده کنترل شده ای هستند که در شرایط لغزش بغرنج بکار می روند مثل شرایط حاکم بر جعبه دنده های هیپوئید و فرآیندهای فلزکاری ( 48) روانکاری مرزی ، فرآیند بسیار پیچیده ای است صرف نظر از روشهای مستقیم ایجاد فیلم که قبلا ً شرح داده شد اثرات دیگری نیز سهم مهمی در روانکاری مرزی دارند و عبارتند از: اثر ربیندر (49 ) : حضور مولکولهای سطحی فعال (50 ) در مجاورت یک سطح فلزی ، تنش تسلیم را کاهش می دهد از آنجا که بسیاری از روانکارهای مرزی کما بیش از لحاظ سطحی فعال اند انتظار می رود که تنشهای ناشی از چسبندگی بین زبریهای سطوح را کاهش دهند .
افزایش لزجت در مجاورت یک سطح فلزی : یک تأثیر بحث انگیز است اما به نظر می رسد که عمل متقابل بین مولکولهای جذب شده و روغن آزادمحیط می تواند باعث ضخیم شدن گریس مانند یا به تله افتادن مولکولهای روغن در مجاورت سطح شود .
تأثیرات میکروالاستوهیدرودینامیک : درگیری بین زبریهای دو سطح که در مایع نسبت به هم حرکت می کنند شبیه درگیری دنده های چرخدنده می باشد در نتیجه انتظار می رود این کار باعث ایجاد روانکاری الاستوهیدرودینامیک در مقیاس میکروسکوپی شود افزایش لزجت روانکار و تغییر شکل الاستیک زبریهای سطوح، هر دو تمایل به کاهش اصطحکاک و ساییدگی دارند اگر اثر ربیندر هم حضور داشته باشد جریان پلاستیک زبریها نیز کم کم حاصل می شود واژه روانکاری میکرورئودینامیک (51 ) برای توصیف این فرآیند پیچیده به کار می رود .
گرمایش :حتی در لغزشی با روانکاری مطلوب ، در اثر درگیری زبریهای سطوح تأثیرات گذاری حرارتی وجود دارد که کاهش مدولها و تنش تسلیم در درگیری زبریها را باعث می شود .
بطور کلی ، روانکاری مرزی به خوبی مشخص وتعریف شده نیست اما اهمیت تأثیرات مفید آن را به سادگی در کاهش اصطکاک ، ساییدگی و گریپاژ که بوسیله روانکارهای مایع مناسب در لغزشهای آهسته فلزات بدست می آیند می توان تشخیص داد .
6-1 مشکلات فساد از نظر تئوری اگر لزجت مناسب و خواص مرزی مناسب انتخاب شوند مقصود از روانکاری حاصل می شود د رعمل مشکل دیگری – " فساد روغنها " – وجود دارد بسیاری از روشهای تکنولوژیکی روانکاری با روغن و افزودنیهای آن به جبران یا کاهش فساد روغنها مربوط می شود .
سه نوع مهم فساد عبارتند از : اکسیداسیون ، تجزیه حرارتی (52 ) و آلودگی یک اثر درازمدت نیز وجود دارد و آن واکنش با سایر مواد درون سیستم است که در قالب عبارت سازگاری بیان می شود اکسیداسیون ، مهمترین فرایند فساد در روغنها می باشد چرا که در یک دوره طولانی ، حتی در دمای هوای معمولی هم تقریبا ً همه روغنها تا حدی اکسید می شوند .
روغنهای با منشأ نفتی که با روشهای تصفیه ملایم (53 ) به دست می آیند در دمای بالای C120 اکسید می شوند و ترکیبهای اسیدی ، گل (54 ) و لاک الکل (55 ) تولیدمی کنند میزان جذب کلی اکسیژن بالا نیست بنابراین امکان دارد که ترکیبهای پیرو مثل آروماتیکها و مواد آسفالتی با هم واکنش انجام دهند حاصل آن عملکردی شبیه مواد ضد اکسیداسیون برای هیدروکربنهای پارافینی ( 56) است این چنین تصفیه ای روغنهایی بوجود می آورد که نیاز چندانی به افزودن آنتی اکسیدانها (57 ) ندارند .
هر چه تصفیه یا هیدروژناسیون بهتر باشد روغن پارافینی بهتری ایجاد می شود که اکسیژن را راحت تر جذب می کند ولی محصولات اکسیدی مضری بوجود نمی آورد نکته مهمتر اینکه ، مقاومت در برابر اکسیدشدن این روغنها – که منشأ نفتی دارند و بخوبی تصفیه شده اند – به طور معمول با افزودن مواد ضد اکسیداسیون مناسب به شکل قابل ملاحظه ای بهبود می یابد .
پیشرفته ترین روغنهای با منشأ نفتی ، به طور کامل تصفیه می شوند تا محصولاتی تولید کنند که در محدوده وسیعی از دماها قابل استفاده باشند بنابراین آنتی اکسیدانها جزء مهمی از فرمول بیشتر روانکارهای روغنی – معدنی (58 ) پیشرفته می باشند .
آنتی اکسیدانهایی که به طور معمول بکار می روند عبارتند از :آمینها (59 ) ، فنلهای تأخیری (60 ) ، فسفیتهای آلی و ترکیبها ارگانومتالیک (61) یکی از افزودنیهای مهم ، دی تیوفسفات دی اتیل روی می باشد که آنتی اکسید بسیار مؤثری است و خواص مفیدی از قبیل روانکاری مرزی و ضد خوردگی است .
اگر اکسیژن وجود نداشته باشد روانکارها را می توان در دماهای بسیار بالاتری بدون پاره شدن فیلم آنها بکار برد به بیان دیگر پایداری حرارتی آنها بیشتر از پایداری آنها در برابر اکسید شدنشان می باشد این اثر را برای روغنهای معدنی می توان در جدول(3-1) ملاحظه نمود برای جلوگیری از تماس روغن با اکسیژن ، باید سیستم را در برابر ورود هوا آب بندی نمود یا آن را با گاز بی اثری (62 ) همچون نیتروژن پاک کرد برخی سیستمهای هیدرولیکی خاص و بحرانی مانند آنچه در هواپیماهای سریع وجود دارد بر این اساس عمل می کنند .
جدول (3-1) محدوده دما بر حسب درجه سیلیوس به عنوان تابعی از عمر مورد نیاز برای روغنهای معدنی SOURCE ; REF[1-2] در سیستمهای خلاء مطلق (63 ) مثل فضاپیماها یا میکروسکوپهای الکترونی ( 64) ، هیچ تماس مستقیمی با اکسیژن وجود ندارد در سیستمهای با خلاء مطلق ، افزایش دما می تواند بخار شدن روغن را در پی داشته در نتیتجه از پایداری حرارتی بالا برخوردار نخواهد بود به این دلیل پایداری در برابر اکسیداسیون به طور معمول مهمتر از پایداری حرارتی است .
سازگاری (65 ) روغنهای روانکاری با دیگر مواد سیستم مطلب پیچیده ای است و جدول (4-1) فهرستی از مسائل مهم در این رابطه و راه حلهای آنها را ارائه نموده است مشکلات سازگاری ، در مورد روانکارهای ترکیبی ، پیچیده تر می شود این موضوع در قسمت بعد شرح داده خواهد شد .
جدول (4-1) مثالهایی از مشکلات سازگاری و راه حلهای ممکن 7-1 انتخاب نوع روغن تاکنون بیشتر مطالب این بخش مرتبط با روغنهای معدنی بوده است در 150 سال گذشته در دسترس بودن ، عملکردخوب ، تنوع و ارزانی روغنهای معدنی آنها را اولین انتخاب برای بیشتر کاربردها قرار داده است هم اکنون نیز بیش از 90% کاربرد روانکارها را شامل می شوند اما بسیاری از مایعات دیگر نیز به عنوان روانکار ، با موفقیت بکار برده شده اند که قابلیت آنها در ساخت ترکیبهای خاص ، آنها را به عنوان بهترین انتخاب معرفی نموده است جدول (5-1) مهمترین انواع روغنهای روانکاری را به همراه مزیتها و معایب آنها در قیاس با روغنهای معدنی نمایش می دهد روغنهای طبیعی ، شامل گستره وسیعی از ترکیبهای با منشأ نباتی و حیوانی (66 ) می باشند که بیشتر استرهای آلی را در بر می گیرند آنها همگی اصطکاک کمتر و خواص روانکاری مرزی بهتری نسبت به روغنهای معدنی دارند اما پایداری در برابر حرارت و اکسید شدن آنها کمتراست قبل از آنکه روغنهای معدنی در سطح وسیعی در دسترس قرار گیرند روغنهای طبیعی و چربیها پرکاربردترین روانکارها بودند و هنوز هم چند نوع از آنها به طور وسیعی بکار می روند زیرا همانطور که در جدول (6-1) بیان شد برخی خواصشان آنها را برای کاربردهای ویژه مناسب نموده است .
جدول (5-1) مزیتها و عیبهای روغنهای غیرمعدنی اصلی دی استرها اولین روغنهای روانکاری ترکیبی بودند که در سطح وسیع به کار برده شدند پایداری بالای آنها در برابر حرارت و اکسیداسیون آنها را برای روانکاری توربینهای گازی در قیاس با روغنهای معدنی در موقعیت مناسب تری قرار دارد از حدود سا ل 1960 از دی استرها در روانکاری موتورهای جت هواپیما در بیشتر نقاط دنیا استفاده شده است برای شرایط خاصی مثل موتورهای مافوق صوت (67 ) ، روانکارهای استری پیچیده تر مانند فنلهای تأخیری وتری استرها بوجود آمدند .
جدول (6-1) بعضی از کاربردهای روغنهای طبیعی و چربیها استرهای فسفات (68 ) و دی فنیلهای کلردار (69 ) ، قابلیت اشتعال (70 ) پایینی دارند و هرگاه شرایط بحرانی خطر آتش وجود داشته باشد مانند هوانوردی و استخراج ذغال سنگ ، می توان از آنها استفاده کرد خواص کلی آنها حد وسط (71 ) است اما هر جا مقاومت در برابر آتش مهم باشد به اندازه کافی خوب ومناسب اند .