Tầm quan trọng của độ bền màng dầu

Độ bền của màng dầu mỡ bôi trơn là một trong những đặc tính bôi trơn quan trọng nhất để bảo vệ các bộ phận bên trong của máy khỏi hao mòn và xuống cấp. Nó được quyết định bởi dầu gốc và phụ gia bôi trơn. Bài viết này sẽ thảo luận về tầm quan trọng của độ bền màng bôi trơn và tác động đến hiệu quả của nó.

Độ dày màng dầu mỡ bôi trơn

Khi bạn nghĩ về bôi trơn, bạn nghĩ đến điều gì? Nó có thể là dầu gốc tạo ra màng dầu bôi trơn để tách hai bề mặt kim loại. Rốt cuộc, mục đích chính là để tránh tiếp xúc bề mặt kim loại với kim loại. Để dầu gốc phân tách trong tình huống này, phải có sự cân bằng của ba yếu tố góp phần: vận tốc tương đối, độ nhớt của dầu gốc và mức tải.

Ba yếu tố này cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác như nhiệt độ và ô nhiễm. Khi độ dày màng là kết quả của sự cân bằng giữa các yếu tố này, nó được gọi là bôi trơn thủy động lực.

Trong các ứng dụng có tiếp xúc lăn (và do đó chuyển động trượt tương đối không đáng kể), độ dày màng giữa các bề mặt kim loại vẫn có thể xảy ra, ngay cả với các điểm áp suất cục bộ lớn hơn. Trong thực tế, những điểm áp lực này đóng một vai trò quan trọng.

Mối quan hệ mức tải - độ nhớt của dầu gốc: độ nhớt của dầu gốc cần phải tăng lên tương ứng với độ tăng của mức tải. Điều này được gọi là bôi trơn elastohydrodynamic. Một màng bôi trơn mỏng đầy đủ vẫn còn, mặc dù rất mỏng.

Trong thực tế, tốt nhất là giữ các bề mặt máy tách biệt, độ dày màng bôi trơn càng lớn thì càng tăng khả năng giảm ma sát và mài mòn. Nhưng điều gì xảy ra nếu các điều kiện độ dày màng bôi trơn này không được đáp ứng, chẳng hạn như khi không đủ vận tốc tương đối, độ nhớt không đủ hoặc tải quá lớn?

Hầu hết các thiết kế máy và thông số vận hành sẽ yêu cầu các trường hợp khi không đủ vận tốc, chẳng hạn như bắt đầu và dừng hoặc thay đổi chuyển động định hướng. Cũng có thể có những lo ngại khi nhiệt độ tăng quá nhiều, làm cho độ nhớt giảm hoặc ô nhiễm quá mức góp phần vào sự tiếp xúc gây mài mòn.

Khi các điều kiện tiên quyết bôi trơn thủy động lực hoặc elastohydrodynamic không được đáp ứng, dầu gốc sẽ yêu cầu hỗ trợ trong những gì được gọi là điều kiện tiếp xúc biên. Hỗ trợ này liên quan đến hao mòn và phụ gia kiểm soát ma sát.

Dầu gốc và phụ gia được trộn cẩn thận với nhau để tạo ra sản phẩm bôi trơn cụ thể (dầu hoặc mỡ), được pha chế để giảm thiểu các điều kiện biên dự đoán. Chất bôi trơn sau đó có độ bền màng và đặc tính bôi trơn ranh giới.

tầm quan trọng của độ bền màng dầu bôi trơn

Độ bền của màng bôi trơn

Độ bền của màng bôi trơn có thể được mô tả là khả năng của chất bôi trơn để giảm bớt các tác động của ma sát và kiểm soát hao mòn bằng các phương tiện khác ngoài độ dày màng. Như đã đề cập, độ nhớt là yếu tố chính đóng góp vào độ dày màng trong quá trình bôi trơn thủy động lực và elastohydrodynamic.

Khi độ nhớt của dầu gốc không đủ để khắc phục sự tiếp xúc bề mặt kim loại với kim loại, dầu gốc và hóa chất phụ gia phối hợp với nhau để tạo ra một cơ chế bảo vệ bề mặt. Trong các điều kiện biên này, bôi trơn ranh giới cũng bị ảnh hưởng bởi các tính chất hóa học và vật lý của các bề mặt cơ học và bất kỳ yếu tố môi trường đóng góp nào.

Ngay cả khi tải và nhiệt độ cao hơn và vận tốc bề mặt tương đối thấp hơn, cường độ màng vẫn được cải thiện.

Tương tác bề mặt không định hình

Nếu bạn quan sát các bề mặt cơ học tiếp xúc ở cấp độ phân tử, bạn sẽ thấy rằng chúng có thể tương đối thô, ngay cả khi chúng được gia công rất mịn. Điều này có thể được so sánh với việc trái đất trông giống như một quả cầu hoàn hảo từ góc nhìn của một phi hành gia trong không gian nhưng tràn ngập những ngọn núi và thung lũng ở mọi độ cao và độ sâu khi được nhìn bởi ai đó đứng trên bề mặt trái đất.

Điều này có liên quan vì khi hai bề mặt kim loại không tiếp xúc tiếp xúc với nhau, diện tích tiếp xúc thực tế sẽ nhỏ hơn đáng kể so với diện tích tiếp xúc rõ ràng.

Các bề mặt cường độ này sau đó có thể biến dạng đàn hồi dựa trên cường độ cắt tương ứng của các kim loại. Do đó, diện tích tiếp xúc thực sẽ tăng tỷ lệ thuận với sự gia tăng tải vì các điểm tiếp xúc ban đầu sẽ biến dạng đàn hồi trước và nhiều điểm tiếp xúc sẽ kết nối.

Ma sát

Ma sát, khả năng chống chuyển động trượt của các bề mặt tương tác, chịu một số thông số hoặc quá trình ảnh hưởng. Hầu hết mọi người coi độ nhám của bề mặt là thông số đóng góp chính cho ma sát.

Tuy nhiên, khi xem xét rằng khu vực tiếp xúc thực tế có thể nhỏ hơn 1% so với khu vực tiếp xúc rõ ràng, độ nhám thực tế trở nên ít liên quan hơn nhiều. Quá trình quan trọng góp phần vào ma sát là kết quả của các liên kết dính xảy ra ở cấp độ nguyên tử của tiếp xúc gồ ghề.

Sự gia tăng mài mòn

Trong điều kiện có độ dày màng bôi trơn không đủ giữa các bề mặt kim loại, các điểm tiếp xúc với cường độ có thể dẫn đến hàn lạnh, đây là điều kiện tiên quyết để mài mòn dính. Độ bám dính tại các điểm cường độ này trải qua một quá trình làm cứng, giúp tăng cường vật liệu.

Do đó, điểm cắt xảy ra tại các lớp bên dưới điểm tiếp xúc gồ ghề nơi kim loại chưa được tăng cường. Khi kéo cắt kim loại, đầu nhọn sẽ được chuyển sang bề mặt khác hoặc vỡ ra như một hạt mài mòn.

Độ bám dính thường được xem là hình thức ban đầu của hao mòn cơ học, nhưng khi các hạt mài mòn xuất hiện (từ sự mài mòn hoặc từ nguồn bên ngoài), sự mài mòn có thể trở nên phá hủy hơn.

Trong quá trình tiếp xúc lăn, mỏi bề mặt có thể xảy ra. Cơ chế mỏi bắt nguồn từ các vết nứt lan truyền ở các bề mặt hoặc lên từ các lớp dưới bề mặt có chứa vùi hoặc các tạp chất khác. Các ứng suất cao từ điều kiện lăn tại các bề mặt này sẽ dẫn đến mỏi mòn.

Tham khảo: Nguyên nhân làm vòng bi bạc đạn nhanh hỏng.

Giảm thiểu tương tác bề mặt

Phụ gia ma sát và kiểm soát hao mòn được pha chế với số lượng nhỏ trong dầu gốc và có đặc tính phân cực thúc đẩy sự thu hút bề mặt kim loại. Những điểm hấp dẫn này sau đó được khuyến khích tiếp tục phản ứng hóa học với bề mặt do các điều kiện tương tác, liên quan nghịch với các điều kiện dẫn đến độ dày màng đủ: áp suất cao hơn và nhiệt độ cao hơn.

Khi bề mặt máy tương tác với áp suất và nhiệt độ cao hơn, các chất phụ gia giảm thiểu tác động điển hình của tiếp xúc kim loại với kim loại bằng cách tạo ra các lớp phân tử ban đầu trên bề mặt máy dễ uốn hơn. Các lớp kiểm soát ma sát này trực tiếp làm giảm lực cắt trong quá trình tiếp xúc và hao mòn dần trong quá trình sử dụng.

Các lớp ban đầu có thể giảm thiểu ma sát bằng cách cho phép các liên kết phân tử yếu hơn của bôi trơn giải phóng với lực ít hơn so với các liên kết mạnh do các điều kiện biên độ kim loại-kim loại. Sự hình thành của các màng có độ bền cắt thấp cũng bị ảnh hưởng bởi loại cổ phiếu cơ sở và luyện kim của các bề mặt cơ học.

Có ba loại phụ gia bôi trơn giúp giảm ma sát và kiểm soát sự hình thành hao mòn: chất điều chỉnh ma sát, phụ gia chống mài mòn và phụ gia cực áp.

Công cụ điều chỉnh ma sát (bôi trơn hoặc dầu)

Các hợp chất phân cực, chẳng hạn như một axit béo được thêm vào dầu gốc, làm giảm ma sát ở tốc độ trượt thấp bằng cách tạo thành màng xà phòng. Chúng thường được sử dụng trong các bộ phận nhạy cảm với tiết kiệm nhiên liệu để giảm ma sát và trượt ở tốc độ thấp, chẳng hạn như trong động cơ hoặc hộp số.

Chúng hoạt động như các chất phụ gia chống mài mòn nhưng hiệu quả hơn với tải nhẹ hơn và không yêu cầu nhiệt độ cao. Xà phòng có độ bền cắt thấp bị phá vỡ ở nhiệt độ cao hơn. Tuy nhiên, khi kim loại bề mặt phản ứng mạnh hơn với axit béo, tạo ra xà phòng kim loại, nhiệt độ phân hủy cao hơn.

Phụ gia chống mài mòn

Các hợp chất phân cực này thường dựa trên lưu huỳnh hoặc phốt pho, chẳng hạn như một loại phụ gia kẽm dialkyldithiophosphate (ZDDP). Chúng được thiết kế để phản ứng hóa học với bề mặt kim loại chỉ ở điều kiện biên. Tuy nhiên, phụ gia chống mài mòn hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao hơn, nơi chúng trở nên kích hoạt hơn và tạo ra một màng chắn.

Các chất phụ gia loại ZDDP đã được sử dụng rộng rãi để bảo vệ chống mài mòn và cũng có lợi như chất chống oxy hóa trong dầu.

Phụ gia cực áp (Phụ gia chống trầy xước)

Bộ điều chỉnh ma sát và thậm chí các chất phụ gia chống mài mòn trở nên ít hữu ích hơn và bị phá vỡ khi nhiệt độ bề mặt quá cao. Các chất phụ gia cực áp, cũng có gốc lưu huỳnh và phốt pho, là lựa chọn tốt nhất khi nhiệt độ bề mặt cao được dự kiến.

Các chất phụ gia này tạo thành một lớp màng có độ bền thấp, giống như xà phòng với các phản ứng bề mặt kim loại và có thể chịu được nhiệt độ khá cao. Mặc dù phản ứng có lợi cho bộ phim được phát triển, điều quan trọng là phải thận trọng khi phản ứng có khả năng dẫn đến ăn mòn hóa học của nhiều kim loại phản ứng.

độ bền của màng dầu bôi trơn chịu tải nặng và chống mài mòn

Vật lý và hóa học

Các tương tác phân tử vật lý của các cường độ tại các điểm áp suất tiếp xúc thực tế là mối quan tâm chính khi các bề mặt máy không được bôi trơn hoặc bôi trơn kém tiếp xúc trượt. Ở quy mô phân tử này của các bề mặt máy, các điều kiện biên phải tuân theo nhiều nguyên tắc vật lý và hóa học.

Vai trò của quá trình oxy hóa, ăn mòn, hấp thụ hóa học và các phản ứng hóa học khác ở bề mặt máy phải được cân bằng cẩn thận khi các hợp chất phụ gia được chọn để bảo vệ độ bền của màng bôi trơn.

Những màng phụ gia chống ma sát và kiểm soát hao mòn trên bề mặt kim loại làm giảm độ bền cắt tại các điểm tiếp xúc. Các màng dầu có độ bền cắt thấp sẽ hy sinh trong các tương tác vật lý và bảo vệ bề mặt khỏi tác động của chất kết dính, mài mòn và mỏi.

Những màng nhỏ này có sự chuyển màu từ chất lỏng sang chất rắn khi chúng tiến gần đến bề mặt kim loại. Trong khi dầu gốc được ưu tiên để bảo vệ bề mặt máy bằng dầu bôi trơn thủy lực và elastohydrodynamic, điều kiện biên sẽ tồn tại.

Do đó, để bảo vệ chống lại các điều kiện biên, nên sử dụng chất bôi trơn có công thức đúng với chất phụ gia ma sát và kiểm soát hao mòn để cung cấp cường độ màng tỷ lệ thuận với các tương tác cơ học trong giới hạn hợp lý.

Mọi ý kiến thắc mắc xin vui lòng liên hệ Mr Bảo

Hotline:

0977543294

0878246555

Email: moboitronhq@gmail.com