Filtry (2461 products)

Producent:

Cena:

0,00 zł - 4 305,00 zł

Lepkość:

Specyfikacja:

Zgodność:

Baza:

Pojemność:

Forum zmienolej.pl

Opinie klientów

arrow_back
arrow_forward

Blog

arrow_back
arrow_forward
Znaczenie wytrzymałości filmu olejowego

Znaczenie wytrzymałości filmu olejowego

Znaczenie wytrzymałości filmu olejowego

Wytrzymałość filmu olejowego jest jedną z najważniejszych właściwości smarnych wpływających na ochronę wewnętrznych elementów urządzenia przed zużyciem i degradacją. Jest ona zależna od zastosowanej bazy olejowej i dodatków. Dowiedzcie się jakie znaczenie ma wytrzymałość filmu olejowego?

Grubość filmu olejowego

Co konkretnie przychodzi nam do głowy, kiedy myślimy o smarowaniu? Prawdopodobnie będzie to olej bazowy, który ma decydujący wpływ na grubość filmu oddzielającego dwie metalowe powierzchnie. Ponieważ głównym celem jest uniknięcie wzajemnego kontaktu metalowych elementów, w przypadku oleju bazowego, właściwa separacja jest możliwa tylko w przypadku osiągnięcia równowagi trzech czynników: prędkości względnych, lepkości oleju bazowego i obciążenia. Ale i na te trzy czynniki wpływają inne elementy. Są to głównie temperatura i zanieczyszczenie. Jeśli grubość powłoki jest wynikiem równowagi pomiędzy tymi czynnikami, smarowanie nazywamy hydrodynamicznym.

W kontakcie tocznym (a więc przy minimalnym względnym ruchu posuwistym), pomiędzy metalowymi powierzchniami wciąż może istnieć warstwa środka smarnego, nawet w punktach występowania szczególnego nacisku. W rzeczywistości punkty te odgrywają ważną rolę. Stosunek ciśnienia i lepkości oleju bazowego pozwala na zmiany lepkości oleju, co ma związek ze zmieniającym się naciskiem. Nazywa się to smarowaniem elastohydrodynamicznym. W efekcie uzyskuje się oddzielenie powierzchni metalowych przy udziale bardzo cienkiego filmu olejowego.

W praktyce najlepiej jest uniknąć kontaktu pomiędzy powierzchniami metalowymi. Ale co się stanie, jeśli nie uda się uzyskać właściwej grubości filmu? Na przykład w przypadku zbyt niskiej prędkości względnej, niewystarczającej lepkości lub zbyt dużego obciążenia? Konstrukcja większości maszyn i parametry robocze wymagają uwzględnienia sytuacji, w których występuje zbyt niska prędkość, na przykład podczas uruchamiania i zatrzymywania lub zmiany kierunku ruchu. Problemem może być również nadmierny wzrost temperatury, powodujący spadek lepkości, lub nadmierne zanieczyszczenie, przyczyniające się do wystąpienia tarcia powierzchni metalowych.

Gdy warunki do zapewnienia smarowania hydrodynamicznego lub elastohydrodynamicznego nie zostaną spełnione, olej bazowy będzie wymagał modyfikacji w tzw. warunkach granicznych, za pomocą dodatków zmniejszających tarcie i zużycie elementów. W celu uzyskania odpowiedniego środka smarnego (oleju lub smaru), którego celem jest złagodzenie skutków przewidywanych zjawisk występujących w warunkach granicznych, olej bazowy starannie miesza się z dodatkami. Uzyskany środek smarny posiada właściwą wytrzymałość filmu i odpowiednie właściwości smarne w warunkach granicznych.

Smarowanie graniczne  i wytrzymałość filmu

Wytrzymałość filmu można opisać jako zdolność środka smarnego do zmniejszania wpływu tarcia i ograniczenia zużycia elementów, przy wykorzystaniu innych czynników niż sama grubość powłoki olejowej. Jak wspomniano, głównym czynnikiem wpływającym na grubość filmu podczas smarowania hydrodynamicznego i elastohydrodynamicznego jest lepkość oleju. Jeśli lepkość oleju bazowego jest niewystarczająca do wyeliminowania kontaktu metalu z metalem, olej bazowy musi być uszlachetniony, współpracującymi ze sobą środkami chemicznymi, tworząc mechanizm ochrony powierzchni. W warunkach granicznych, na smarowanie mają wpływ właściwości fizyko-chemiczne powierzchni współpracujących elementów oraz wszelkie czynniki środowiskowe. Po zastosowaniu dodatków uszlachetniających, nawet, jeśli obciążenia i temperatury są wyższe, a względne prędkości powierzchniowe niższe, wytrzymałość filmu olejowego i tak ulega poprawie.

Oddziaływanie powierzchni niesmarowanych

Gdybyśmy obserwowali powierzchnie metalowe na poziomie molekularnym, zauważylibyśmy, że mogą one być stosunkowo szorstkie, nawet, jeśli są obrobione tak, że na oko wyglądają na bardzo gładkie. Można to porównać do Ziemi, która oglądana z kosmosu wygląda jak idealna kula, choć w rzeczywistości jej powierzchnia pełna jest gór i dolin o różnych wysokościach i głębokościach, widocznych doskonale z perspektywy kogoś stojącego na powierzchni naszej planety.

Jest to istotne, ponieważ w przypadku kontaktu dwóch niesmarowanych powierzchni metalowych, rzeczywisty obszar styku będzie znacznie mniejszy niż mogłoby się to wydawać. W rzeczywistości powierzchnie stykają się tylko w miejscach, gdzie najwyższe "mikroskopijne góry" dotykają drugiej powierzchni, nie dopuszczając tym samym do kontaktu na niższym poziomie. Te chropowatości powierzchni mogą podczas pracy ulegać ścinaniu w zależności od odporności metalu. W efekcie, rzeczywisty obszar styku rośnie proporcjonalnie, wraz ze wzrostem obciążenia, ponieważ początkowe punkty kontaktowe stopniowo ulegają deformacjom, a powierzchnie z czasem zaczną stykać się w coraz większej liczbie punktów.

Tarcie

Odporność na ruch ślizgowy powierzchni oddziaływających, zależy od kilku parametrów. Panuje przekonanie, że ​​chropowatość powierzchni jest głównym parametrem przyczyniającym się do tarcia. Jednakże, biorąc pod uwagę fakt, że rzeczywisty obszar styku może wynosić mniej niż 1 procent powierzchni, szorstkość staje się znacznie mniej istotna. Znaczącym elementem przyczyniającym się do tarcia jest występowanie wiązań adhezyjnych na poziomie atomowym stykających się szorstkich powierzchni.

Wpływ na zużycie

W warunkach, w których między powierzchniami metalowymi występuje niewystarczająca grubość filmu olejowego, punkty styku powierzchni mogą ulegać zespawaniu na zimno, co sprzyja zużyciu elementów. Punkty styku ulegają procesowi hartowania, który wzmacnia materiał. W ten sposób punkt ścinania występuje w warstwach poniżej punktu styku, tam, gdzie metal nie został wzmocniony. Ponieważ metal podlega ścinaniu, końcówka wypukłości albo znajdzie się na drugiej powierzchni albo zostanie odłamana i odtąd stanowić będzie element cierny.

Początkową formą zużycia mechanicznego jest adhezja, ale gdy pojawiają się cząsteczki ścierniwa (zarówno powstałe w wyniku odłamania lub ścierania jak i pochodzenia zewnętrznego), tarcie może stać się bardziej destrukcyjne. Ta forma ścierania nazywa się ścieraniem trójelementowym. Z kolei ścieranie dwuelementowe jest powodowane przez ścinanie lub żłobienie ostrych punktów kontaktowych powierzchni.

Podczas kontaktu tocznego może dochodzić do uszkodzeń zmęczeniowych powierzchni. Uszkodzenia pochodzą z pęknięć rozchodzących się na powierzchniach lub z warstw pod powierzchnią, które zawierają inkluzje lub inne zanieczyszczenia. Wysokie naprężenia wynikające z warunków toczenia na tych powierzchniach powodują zużycie zmęczeniowe.

Zmniejszanie interakcji powierzchni

Dodatki modyfikujące tarcie i zmniejszające zużycie znajdują się w oleju bazowym w małych ilościach i mają właściwości polarne, które zwiększają przyczepność powierzchni metalu. W rezultacie występowania warunków interakcyjnych (wyższe ciśnienie i temperatura) dochodzi do dalszego wzrostu przyciągania, na skutek powierzchniowych reakcji chemicznych, które negatywnie wpływają na grubość filmu olejowego.

W warunkach wyższego ciśnienia i temperatury, typowe efekty wzajemnego oddziaływania powierzchni metalowych są łagodzone przez dodatki tworzące wstępne warstwy molekularne na powierzchniach metalu. Są one bardziej elastyczne. Warstwy te bezpośrednio zmniejszają siły ścinające występujące podczas kontaktu powierzchni. Początkowe warstwy mogą złagodzić tarcie, przez co dochodzi do łatwiejszego rozerwania słabszych wiązań cząsteczkowych środka smarnego w porównaniu z silnymi wiązaniami. Wynika to z warunków granicznych kontaktu metalu z metalem. Na tworzenie się filmu obniżającego działanie sił ścinających ma również wpływ rodzaj oleju bazowego i rodzaj metali, z których wykonane są współpracujące ze sobą elementy.

Istnieją trzy rodzaje dodatków smarnych, które pomagają zmniejszyć tarcie i zużycie elementów: modyfikatory tarcia, dodatki antyzużyciowe i dodatki wysokociśnieniowe.

Modyfikatory tarcia (środki poprawiające właściwości smarne)

Związki polarne, takie jak kwas tłuszczowy dodany do oleju bazowego, zmniejszają tarcie przy niskich prędkościach ślizgowych, tworząc warstwę mydlaną. Są one zazwyczaj stosowane w elementach mających wpływ na zużycie paliwa, aby zmniejszyć tarcie i zapobiec zjawisku „stick-slip” (nierównomierny poślizg) przy niskich prędkościach, na przykład w silniku lub przekładni. Działają jak dodatki przeciwzużyciowe, ale są bardziej skuteczne przy mniejszym obciążeniu i nie wymagają wysokich temperatur. Otrzymane mydło o małej wytrzymałości na ścinanie rozkłada się w wyższych temperaturach. Jednakże, gdy metal powierzchniowy jest bardziej reaktywny z kwasem tłuszczowym, tworząc mydło metaliczne, temperatura rozkładu jest wyższa.

Dodatki przeciwzużyciowe

Są to związki polarne formułowane na bazie siarki lub fosforu, np. dodatek typu dialkilodifosforan cynku (ZDDP). Są przeznaczone do chemicznego reagowania z metalową powierzchnią tylko w warunkach granicznych. Jednakże dodatki przeciwzużyciowe są bardziej skuteczne w wyższych temperaturach, gdzie stają się bardziej aktywne i tworzą warstwę barierową. Dodatki typu ZDDP są szeroko stosowane do ochrony przed zużyciem i mają również korzystne działanie jako przeciwutleniacze w oleju.

Dodatki wysokociśnieniowe (zapobiegające powstawaniu zarysowań)

Modyfikatory tarcia, a nawet dodatki przeciwzużyciowe stają się mniej przydatne i ulegają rozpadowi, gdy temperatury powierzchniowe są zbyt wysokie. Dodatki wysokotemperaturowe, które również bazują na siarce i fosforze, są najlepszym rozwiązaniem w sytuacjach, w których mogą występować wysokie temperatury powierzchniowe. Te dodatki, w reakcji z powierzchnią metalu, tworzą film o charakterze mydła o niskiej wytrzymałości na ścinanie i wytrzymałości na działanie dość wysokich temperatur. Podczas gdy reakcja taka jest pożądana, w celu wytworzenia filmu, ważne jest, aby zachować ostrożność, gdyż reakcja może prowadzić do korozji chemicznej bardziej reaktywnych metali.

Procesy fizykochemiczne

Fizyczne reakcje cząsteczkowe w rzeczywistych punktach styku są głównym obiektem zainteresowania, gdy dochodzi do kontaktu ślizgowego smarowanych lub słabo smarowanych powierzchni maszyn. Na poziomie molekularnym powierzchni maszyn, warunki brzegowe podlegają licznych zjawiskom fizykochemicznym. Rola utleniania, korozji, chemisorpcji i innych reakcji chemicznych, do jakich dochodzi na powierzchniach maszyn musi być starannie wyważona przy doborze dodatków uszlachetniających stosowanych w celu zwiększenia wytrzymałości filmu olejowego.

Film powstały na metalowych powierzchniach, dzięki modyfikatorom tarcia i dodatkom przeciwzużyciowym, zmniejsza siły ścinające występujące w punktach styku. W wyniku reakcji fizycznych powstaje ochronny film o małej wytrzymałości na ścinanie, zabezpieczający powierzchnię przed zużyciem zmęczeniowym, oraz na skutek ścierania i przylegania powierzchni. W bliższym kontakcie z powierzchnią metalu, te submikronowe warstwy wykazują różne właściwości, od cieczy do ciał stałych. Olej bazowy zapewnia zasadniczą ochronę powierzchni metalowych poprzez smarowanie hydrodynamiczne i elastohydrodynamiczne, jednakże nie jest wystarczający w takich warunkach granicznych. Dlatego w celu ochrony przed zjawiskami występującymi w takich warunkach należy stosować właściwie skomponowany środek smarny z dodatkami uszlachetniającymi. Zapewni to wytrzymałość filmu olejowego, która jest proporcjonalna do występujących oddziaływań mechanicznych w rozsądnych granicach.

Bennett Fitch, Noria Corporation

    Zostaw komentarz