پرش لینک ها

مواد تشکیل دهنده روغن موتور ​

 

روان کننده ها برای صدها قرن استفاده شده اند و برای بقای ما ضروری هستند. روان کننده های طبیعی مانند بزاق و مایع سینوویال غذا را برای جویدن آسان و روان می کنند و به طور مرتب ساییدگی و پارگی مفاصل ما را کاهش می دهند. روغن های پخت و پز از چسبیدن غذا به ماهیتابه ها همزمان با انتقال حرارت جلوگیری می کنند. مصریان باستان از روان کننده ها برای سر خوردن بلوک های سنگی بزرگ برای ساختن اهرام بزرگ استفاده می کردند در حالی که رومی ها از روان کننده در محورهای ارابه های خود استفاده می کردند. روان کننده های باستانی روغن های طبیعی گیاهی و حیوانی بودند. با شروع انقلاب صنعتی و اتکای ما به ماشین آلات و موتورهای مبتنی بر فلز، روانکارهای مبتنی بر نفت شاهد رشد بودند.

روان کننده های مدرن بسیار پیچیده تر هستند و علاوه بر روانکاری، عملکردهای مختلف دیگری مانند تمیز کردن، خنک کردن و آب بندی را انجام می دهند. عملکرد اصلی اکثر روان کننده ها کاهش اصطکاک است و این خاصیت به عنوان روانکاری شناخته می شود. روان کننده را می توان به صورت جامد، نیمه جامد، مایع یا گاز استفاده کرد. نمونه هایی از روان کننده های جامد گرافیت و دی سولفید مولیبدن هستند (MoS 2) روان کننده های نیمه جامد گریس و مایع روغن موتور خودرو هستند. بسته به نیازهای یک کاربرد مذکور، وضعیت فیزیکی روان کننده انتخاب می شود. به عنوان مثال، در محیط های فضایی که روانکاری مایع به دلیل خلاء امکان پذیر نیست، روان کننده های جامد انتخاب می شوند. گریس ها در مواردی استفاده می شوند که روغن مایع به دلیل تمایل به جریان یافتن در موقعیت خود باقی نمی ماند یا زمانی که نیاز به عمل آب بندی برای جلوگیری از ورود آب علاوه بر روانکاری است. روان کننده های امروزی به گونه ای طراحی و بسته بندی می شوند که الزامات خاصی را برای کاربردهای خاص توسط فرمول سازان روان کننده برآورده کنند. روان کننده برای گیربکس خودرو و قطار محرکه در مقایسه با روانکار موتور احتراق داخلی یا توربین ها، نیازهای متفاوتی برای برآورده کردن دارد. علاوه بر این، بسته به نوع توربین ها، یعنی. گاز، بخار یا هیدرولیک، روان کننده باید طراحی شود.

ترکیب روان کننده

به طور معمول، روان کننده های صنعتی حاوی 70-90٪ روغن های پایه و بقیه مواد افزودنی هستند. روغن های پایه خواص حیاتی اولیه روان کننده مانند ویسکوزیته، پایداری ویسکوزیته، پایداری حرارتی، حلالیت، جریان یافتن در دمای پایین، پایداری اکسیداسیون را ایجاد می کنند. از دهه 1920 مواد افزودنی در روغن روانکار استفاده شده است و تقاضا برای روانکاری منجر به رشد مستمر اندازه بازار (14.35 میلیارد دلار در سال 2015) با سرمایه گذاری عظیم در تحقیق و توسعه برای طراحی و فرموله کردن روانکارهای برتر شده است که مطابق با حال و به روز باشد. مقررات زیست محیطی آینده و انتظارات مصرف کننده با وجود این، فرمولاسیون روان کننده عمدتاً یک هنر باقی مانده است. این به این دلیل است که ترکیب یک فرمول جدید برای بهینه‌سازی ویسکوزیته و دستیابی به عملکرد بهینه از طریق آزمایش‌های عملکرد برای اصطکاک و گازهای گلخانه‌ای بسیار آسان‌تر از آزمایش پارامترهایی مانند تأثیر بر سایش موتور است. ایجاد لجن و تمیزی پیستون که نیاز به آزمایش طولانی مدت موتور دارد. به عنوان مثال، در طول توسعه روغن موتور Castrol، “Edge with Titanium Fluid Strength Technology”، بیش از 2400 فرمول منحصر به فرد برای مسافتی معادل 1.9 میلیون مایل در موتور آزمایش شدند.

قطعات خودرو مانند یاتاقان های موتور در رژیم روانکاری هیدرودینامیکی کار می کنند که در آن عملکرد اصلی روانکار حفظ ویسکوزیته آن در تمام دماها است و در عین حال یک لایه سیال ضخیم را تولید می کند تا دو سطح تماس را در حرکت نسبی در تمام بارها و سرعت ها از هم جدا نگه دارد. یاتاقان‌های عنصر نورد روی روغنکاری الاستو هیدرودینامیکی (EHL) کار می‌کنند که در آن سطوح تماس به‌طور الاستیک تغییر شکل می‌دهند و یک لایه بسیار نازک جدا می‌شود. بادامک‌ها و شیرآلات در لایه روغن کاری مرزی کار می‌کنند که در آن تماس فلز با فلز قابل توجهی است و در حرکت رفت و برگشتی رینگ های پیستون موتور، هر چهار نوع لایه روغن کاری رخ می دهد.

اصطکاک توسط شیمی مولکول های روان کننده یعنی ساختار مولکولی و جهت گیری کنترل می شود. خواص روانکاری مرزی مانند اصطکاک و ضخامت لایه در سطح مشترک دو سطح تحت تأثیر میدان های نیروی مولکول ها در رابطه با ساختار و قطبیت آنها قرار می گیرد. از این رو، فرمول‌سازها افزودنی‌های فیلم مرزی را برای کاهش اصطکاک در این لایه اضافه می‌کنند . افزودنی ها همچنین باید سایش را کاهش دهند، زیرا دو سطح در حرکت نسبی در تماس هستند، بنابراین مستعد ساییدگی قابل توجه هستند. علاوه بر این، افزودنی‌ها برای مقابله با اثرات جانبی استفاده مداوم و متناوب روانکار از جمله نیاز به کنترل گرما، تشکیل رسوب، جلوگیری از تشکیل کف، جلوگیری از رسوب و خوردگی در اثر ورود آب، جلوگیری از سایش، افزایش استحکام لایه زیرین نیاز دارند. تماس های متمرکز روغن به قطعات، انتشار گازهای گلخانه ای را کنترل می کند. بنابراین، محتوای بالای 30٪ روانکارهای مدرن خودرو، افزودنی های شیمیایی هستند، در حالی که برخی از روغن های صنعتی ممکن است فقط حاوی 1٪ یا کمتر باشند.

روغن پایه

یک روغن معمولی مبتنی بر نفت بدون افزودنی، روغن پایه یا BASE OIL نامیده می شود. تولید ذخایر پایه با شناسایی و انتخاب یک نفت خام خوب و سپس تقطیر در اتمسفر، تقطیر خلاء و پردازش حلال آغاز می شود. پردازش حلال دارای دو فرآیند می باشد. استخراج با حلال، و موم زدایی با حلال در جایی که مولکول های نامطلوب جدا می شوند، در حالی که مانند فرآیند هیدرولیکی، مولکول های نامطلوب به مولکول های مطلوب تبدیل می شوند. فرآوری هیدرولیکی یک اصطلاح کلی برای تبدیل فراکسیونهای خام کمتر مطلوب به مواد اولیه با کیفیت خوب با استفاده از کاتالیزور و هیدروژن در دما و فشار بالا. این را می توان با توجه به ترتیب افزایشی شدت به عنوان هیدروفینیشینگ، هیدروتریکینگ و هیدروکراکینگ طبقه بندی کرد. فرآیند دیگری به نام هیدرودواکس برای حذف پارافین های خطی با زنجیره بلند، ایزومریزاسیون زنجیره های مستقیم به زنجیره های منشعب که نقطه ریزش(POUR POINT) را بهبود می بخشد، مورد نیاز است. تنها 10 درصد از نفت خام به ذخایر پایه روانکار تبدیل می شود، از این رو مالکان پالایشگاه ها در مورد انتخاب نفت خام برای تبدیل به روغن پایه و در عین حال متعادل کردن هزینه، بازده و تقاضا نسبت به سایر محصولات پالایشگاهی، تصمیم می گیرند. 

با توجه به نفت خام، روغن پایه روانکار نیز مخلوطی از هیدروکربن های زنجیره بلند حاوی سه نوع گروه شیمیایی است. یعنی پارافین ها، نفتن ها و آروماتیک ها. پارافین ها را می توان بیشتر به زنجیره های شاخه ای یا مستقیم طبقه بندی کرد. طول زنجیره و انشعاب بر نقطه ذوب و دمای تبلور پارافین ها تأثیر می گذارد. در طول تولید روغن پایه روان کننده، بیشتر پیوندهای غیراشباع، موم پارافین و محتوای گوگرد حذف می شود، اما بسته به شدت پردازش آبی، ممکن است مقداری موم، مواد غیراشباع و گوگرد باقی بماند. تقسیم بندی روغن پایه بر اساس وجود اشباع، محتوای گوگرد و ویسکوزیته همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است که توسط API به 5 دسته طبقه بندی شده است. گروه I، II و III از نفت خام مشتق می شوند در حالی که گروه IV برای پلی آلفائولفین ها (PAO) که از هیدروکربن های گازی سنتز می شوند، محفوظ است. گروه V برای تمام ذخایر پایه دیگری است که در چهار گروه دیگر مانند نفتنیک های معدنی، استرهای مصنوعی، پلی گلیکول ها، سیلیکون ها، پلی بوتن ها، استرهای فسفات و غیره قرار نمی گیرند. این روغن ها برای نیازهای عملکردی شدید طراحی شده اند.

کاربرد بر اساس خواص روغن پایه

روغن های پایه گروه I با فرآیند حلال پردازش می شوند که در آن موم و آروماتیک های چند حلقه ای حذف می شوند در حالی که مقداری گوگرد و آروماتیک باقی می مانند. این روغن‌های پایه معمولاً در روغن‌های موتورهای دریایی و دیزلی، روغن‌های انتقال حرارت، روغن‌های هیدرولیک، گریس‌های معمولی، روغن‌های دنده صنعتی و روغن‌های ماشین ابزار استفاده می‌شوند. این روغن ها دارای حلالیت بالا، ویسکوزیته بسیار بالا اما شاخص ویسکوزیته ضعیف هستند. حداکثر دمای عملیاتی 93 درجه سانتیگراد است.

انبارهای پایه گروه دوم برای حذف موم، آروماتیک و ترکیبات گوگردی تحت تبدیل کاتالیزوری قرار گرفته اند. این روغن های پایه به عنوان روغن موتور خودرو، روغن گیربکس اتوماتیک، روغن دنده و روغن توربین استفاده می شود. حداکثر دمای عملیاتی این روغن های پایه 121 درجه سانتی گراد است.

روغن های پایه گروه III مشابه روغن های گروه II هستند اما شاخص ویسکوزیته بالاتری دارند. شدت پردازش آب، هرگونه ساختار حلقه ای را حذف می کند، در نتیجه، حلالیت آن ضعیف است. این روغن های پایه در خودروهای سواری درجه یک، مایعات گیربکس اتوماتیک و روان کننده های درجه غذایی استفاده می شوند. حداکثر دمای کار 121 درجه سانتیگراد است.

روغن های گروه IV پلی آلفائولفین های مصنوعی از مواد آلی با وزن مولکولی کم تولید می شوند. ساختار مولکولی یکنواخت دارند. آنها عملکرد عالی در دمای بالا و پایداری اکسیداسیون را ارائه می دهند و بنابراین در موتورهای با کارایی بالا و کاربردهای دنده، کمپرسورهای صنعتی سنگین، مایع انتقال قدرت، سیال هیدرولیک، مایع انتقال حرارت و در یاتاقان ها به عنوان گریس یا مایع یا روان کننده استفاده می شوند. طیف وسیعی از گریدهای ویسکوزیته PAO ها را می توان با تغییر تعداد مولکول های الفین متصل به هم تولید کرد. PAO ها حداکثر دمای عملیاتی 132 درجه سانتیگراد دارند.

تقسیم بندی روغن پایه گروه V می تواند منشا نفتنیک یا مصنوعی باشد. نفتنیک ها عملکرد بسیار خوبی در دمای پایین ارائه می دهند و از این رو در کاربردهایی که در محدوده دمایی باریکی مانند روغن ترانسفورماتور، روغن های فرآیندی، گریس کار می کنند استفاده می شود. این روغن ها حلالیت بالایی دارند و در طیف وسیعی از ویسکوزیته موجود هستند. پایه مصنوعی گروه V در انواع و خواص آنها بسیار متفاوت است. اینها شامل پلی گلیکول ها، سیلیکون ها، پلی بوتن ها، استرهای آلی، استرهای فسفات است و به عنوان روغن کمپرسور، مایع ترمز، روغن انتقال حرارت، روغن موتور هواپیما استفاده می شود. حداکثر دمای عملیاتی آنها به ماهیت ساختار مولکولی آنها بستگی دارد. روغن های سیلیکونی دارای حداکثر دمای عملیاتی 232 درجه سانتیگراد هستند.

در نهایت، گروه II+ و گروه III+ دو نوع روغن پایه هستند که در طبقه‌بندی اصلی API گنجانده نشده‌اند. به علاوه به افزایش شاخص ویسکوزیته (VI) در حد بالاتر از مشخصات API اشاره دارد. گروه II+ حداقل VI بین 110 و 115 و گروه III+ حداقل VI بین 130 تا 140 دارند.

تفاوت قابل توجهی در عملکرد در بین روغن های پایه با منشاء معدنی به دلیل منبع نفت خام وجود دارد. بنابراین، تولیدکنندگان روان‌کننده، آزمایش‌های عملکردی را روی فرمول‌های خود انجام می‌دهند تا عملکرد رضایت‌بخشی را با هر موجودی پایه جدید در همان دسته API مشخص کنند.

 افزودنی های روان کننده

عملکرد اصلی افزودنی های روان کننده بهبود خواص پایه در شرایط عملیاتی مختلف و الزامات عملکرد بالای هر ماشین آلات است. افزودنی های روان کننده اجزای شیمیایی هستند که باید به خوبی با روغن پایه ترکیب شوند تا به عنوان یک سیال واحد عمل کنند. تولیدکنندگان مواد افزودنی اغلب چندین افزودنی را به صورت ترکیبی در یک بسته افزودنی و رقیق‌شده با روغن پایه با غلظت بالاتر به فروش می‌رسانند. سپس بسته افزودنی توسط سازنده روانکار در ترکیب روان کننده با سرعت مناسب برای ارائه عملکرد مطلوب مصرف می شود. غلظت مواد افزودنی مختلف توسط عوامل مختلفی مانند عملکرد اصلی آنها (به عنوان مثال پراکندگی، محافظت در برابر سایش و غیره)، رفتار هم افزایی یا متضاد آنها با سایر افزودنی ها و مقررات تعیین شده توسط ارگان های صنعتی محدود می شود.

به طور خلاصه، افزودنی های روان کننده را می توان بر اساس نقش کلی آنها در بهبود عملکرد و افزایش عمر مفید به انواع مختلفی دسته بندی کرد. دسته اول مواد افزودنی هستند که خواص جدیدی به روان کننده می دهند که به عنوان افزودنی های محافظ سطح نیز شناخته می شوند. به عنوان مثال می‌توان به افزودنی‌های ضد سایش، افزودنی‌های فشار شدید، بازدارنده‌های خوردگی، شوینده‌ها و پخش‌کننده‌ها اشاره کرد. نوع دوم افزودنی ها خواص موجود در روان کننده را افزایش می دهند، از این رو به عنوان افزودنی های عملکردی شناخته می شوند. بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته، اصلاح کننده های ویسکوزیته، اصلاح کننده های اصطکاک، کاهش دهنده های نقطه ریزش از این نوع هستند. سومین نوع از افزودنی ها که به عنوان افزودنی های محافظ روان کننده شناخته می شوند، آنهایی هستند که اثرات منفی یا تغییراتی را که در طول عمر مفید روان کننده ایجاد می شود خنثی می کنند. اینها شامل ضد کف و آنتی اکسیدان ها در این مطلب تنها انواع عمده افزودنی های روان کننده مورد بحث قرار می گیرد. بسته به کاربردهای مورد نظر ممکن است افزودنی های دیگری مانند دمولسیفایرها، امولسیفایرها، بیوسیدها اضافه شوند.

1-افزودنی کاهش دهنده های نقطه ریزش

همانطور که از نام آن مشخص است، اینها مواد افزودنی هستند که نقطه ریزش روان کننده را کاهش می دهند، یعنی روان کننده در حالت مایع باقی می ماند و سیالیت خود را در دماهای پایین تر از روان کننده بدون این مواد افزودنی حفظ می کند. معمولاً با کاهش دما، مولکول های پارافین در روغن شروع به کریستال شدن به صورت موم (زیر 50 درجه سانتیگراد) می کنند و روغن توانایی خود را برای جریان گرانش یا پمپاژ شدن تحت فشار از دست می دهد. این مسئله نیز بر ویسکوزیته روغن تأثیر می گذارد. افزودنی هایی مانند پلیمرهای آلکیلاروماتیک و پلی متاکریلات ها با اصلاح رابط بین موم و مولکول های روغن از رشد کریستال موم جلوگیری می کنند و در نتیجه نقطه ریزش را تا حدود 11 تا 17 درجه سانتی گراد  (20 تا 30 درجه فارنهایت) کاهش می دهند. این افزودنی در همه روان‌کننده‌های پارافینی به مقدار خیلی کم وجود دارند که عناصر دستگاه مانند یاتاقان‌ها را روان‌کاری می‌کنند. چرخ دنده هایی که در معرض استارت در سرما و دمای کار سرد (زمستانی) قرار دارند. روغن‌های موتور چند درجه‌ای مدرن که از روغن‌های نیمه مصنوعی و تا حدی روغن معدنی به همراه این مواد افزودنی تشکیل شده‌اند، دارای نقطه ریزش تا 32- درجه سانتیگراد هستند.

2-افزودنی بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته

بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته (VII) که به عنوان اصلاح کننده های ویسکوزیته نیز شناخته می شوند، افزودنی هایی هستند که مانع از دست دادن ویسکوزیته روغن در دماهای بالا می شوند که تمایل طبیعی هر مایعی است. این افزودنی ها در هر شکل و اندازه و کیفیت موجود هستند. در ترکیبات پلی متیل متاکریلات ها، کوپلیمرهای الفین، پلی هیدروژنه (استایرن-کو-بوتادین یا ایزوپرن)، پلی استایرن-کو-مالئیک انیدرید استری شده معمولاً از VII استفاده می شوند. مولکول های بزرگ پلیمری قابل حل در روغن با افزایش دما باز و پخش می شوند . علاوه بر این، شاخه های متعدد آنها با سایر مولکول های کناری درگیر می شوند. با انجام این کار، این ساختارهای ماکرومولکولی می توانند مولکول های روغن کوچکتر را به دام بیاندازند و کنترل کنند و در نتیجه ویسکوزیته روان کننده را افزایش دهند.

نازک شدن برشی دائمی و موقت فرمولاسیون VII ضخیم نیز می تواند بسته به کیفیت VII رخ دهد. در کاربردهای سنگین، به دلیل فشار فشاری زیاد بین دو سطح در تماس با یکدیگر، مولکول‌های پلیمر VII تمایل دارند با یکدیگر همسو شوند و در شرایط برشی بالا “له شوند” یا حتی به قطعات کوچک خرد شوند. هنگامی که شاخک های پلیمری دراز می شوند و در جهت جریان تراز می شوند، ویسکوزیته به طور موقت کاهش می یابد و در نتیجه ضخامت لایه روغن کاهش می یابد. پس از خروج روان کننده از تماس بین قطعات ، پلیمر به شکل اولیه خود باز می گردند و ویسکوزیته روان کننده به حالت عادی باز می گردد. این پدیده به عنوان نازک شدن موقت برشی نامیده می شود. با این حال، تحت نرخ های برش بیشتر، زنجیره های پلیمری بلند و منعطف را می توان با بریدگی مولکولی برش داد یا پاره کرد یا کشید و به زنجیره های کوچکتر تقسیم کرد. متأسفانه، هنگامی که این اتفاق می افتد، زنجیره های پلیمری شکسته نمی توانند دوباره به یک زنجیره بزرگ تبدیل شوند و این باعث می شود که روغن برای همیشه ویسکوزیته خود را از دست بدهد که منجر به کاهش ضخامت لایه روغن، خرابی لایه روغن و افزایش سایش می شود. این پدیده به عنوان نازک شدن برشی دائمی شناخته می شود. پس این افزودنی عامل موثری در تداوم ماندگاری ویسکوزیته روغن در زمان مصرف روغن موتور میباشد.

3-افزودنی ضد سایش

افزودنی های ضد سایش، افزودنی هایی هستند که از سایش دو بدنه سطوح متقابل فلزی در روغن کاری مرزی که ضخامت فیلم کم است و تماس مستقیم وجود دارد، جلوگیری می کند. این افزودنی ها در طبیعت قطبی هستند که آنها را قادر می سازد به سطوح فلزی و به دنبال آن واکنش های تریبوشیمیایی یا مکانیکی برای تشکیل یک لایه ضد سایش بچسبند. این لایه تازه تشکیل شده در لایه های بالایی دچار سایش و تشکیل می شود و بنابراین از سطح فلزی زیرین محافظت می کند. از آنجایی که این مواد افزودنی در اثر واکنش‌های شیمیایی لایه‌هایی را تشکیل می‌دهند، مصرف می‌شوند و مقدار مواد افزودنی ضد سایش موجود در روانکار با گذشت زمان کاهش می‌یابد. ساختار این افزودنی ها معمولاً ترکیبات فسفری هستند. دی آلکیل دی تیوفسفات روی (ZDDP) رایج ترین، بیشترین تحقیق و پژوهش است و از دهه 1940 مورد استفاده قرار گرفته است. استفاده از آن در خودروهای سواری در دهه گذشته به دلیل رسوب فلز روی باعث رسوب در کاتالیزور و در مبدل کاتالیزوری گازهای خروجی شده است. ZDDP همچنین خواص آنتی اکسیدانی و مهار خوردگی را برای روان کننده ارائه می کند. به دلیل عملکرد چندگانه ZDDP، یافتن جایگزین آن چالش برانگیز بوده است زیرا افزودنی های مبتنی بر مولیبدن مانند مولکول های MoDTC (دی تیوکاربامات مولیبدن) یا MoDDP (دی تیوفسفات مولیبدن) نمی توانند به عنوان آنتی اکسیدان عمل کنند. از سوی دیگر، افزودنی‌های ضد سایش بدون خاکستر مانند فنل‌های بازدارنده و آمین‌ها بسیار گران هستند و در مقادیر بیشتری مورد نیاز هستند. تا به امروز، ZDDP به عنوان مقرون به صرفه ترین آنتی اکسیدان و افزودنی ضد سایش موجود در نظر گرفته می شود و جایگزین های آن در حال حاضر بسیار گران هستند.

4- افزودنی آنتی اکسیدان ها

آنتی اکسیدان ها یا بازدارنده های اکسیداسیون با افزایش عمر روان کننده از اکسید شدن اجزای روغن پایه در موتور جلوگیری می کنند. اکسیداسیون مولکول های روان کننده در تمام دماها اتفاق می افتد اما در دماهای بالاتر، تسریع می شود. به گونه ای که با افزایش هر 10 درجه دما، اکسید روغن تقریبا دو برابر میگردد. وجود ذرات سایش، آب و سایر آلاینده ها نیز باعث اکسیداسیون مولکول های روان کننده می شود که سپس منجر به تشکیل اسیدها و لجن می شود. اسیدها ممکن است باعث خوردگی بیشتر در قطعات فلزی شوند در حالی که تشکیل لجن باعث افزایش ویسکوزیته روان کننده می شود. تقریباً هر روغن روان کننده و گریس حاوی آنتی اکسیدان است و نمونه هایی از آنها عبارتند از زینک دی الکیل دی تیوفسفات ها، فنل های مانع، فنل های سولفوره و آمین های معطر. این ترکیبات پراکسیدها را تجزیه می کنند و واکنش های رادیکال آزاد را که در روان کننده رخ می دهد خاتمه می دهند.

5-افزودنی کف زدا

مواد ضد کف یا مواد آنتی فوم افزودنی هایی هستند که مانع از تشکیل کف در روان کننده می شوند و در صورت تشکیل فوم، فروپاشی آن را تسریع می کنند. کف کردن به دلیل اختلاط مداوم روغن با هوا یا گازهای دیگر است که منجر به گیر افتادن هوا می شود. کف خنک شدن قطعات را مختل می کند زیرا رسانای خوبی برای گرما نیست. ظرفیت حمل بار و جریان روان کننده را کاهش می دهد که منجر به سایش بیش از حد موتور می شود. پلیمرهای سیلیکونی مانند پلی متیل سیلوکسان با چند قسمت در میلیون و کوپلیمرهای آلی مانند اسیدهای آلکوکسی آلیفاتیک، پلی آلکوکسی آمین ها، پلی اتیلن گلیکول ها و پلی وینیل اترهای شاخه دار با غلظت های بالاتر به طور گسترده در روغن های معدنی استفاده می شوند. عوامل ضد کف اساساً در روان کننده نامحلول هستند، بنابراین باید به خوبی در روان کننده پخش شوند. این قطرات خود را به حباب های هوای محبوس شده می چسبانند و به تشکیل حباب های بزرگتر (از طریق ادغام) کمک می کنند. حباب های بزرگتر به راحتی به سطح بالا می آیند و به دنبال آن می ترکند تا هوای به دام افتاده را آزاد کنند. ترکیدن با نازک شدن لایه حباب هوا به دلیل پخش شدن ماده افزودنی به دلیل کشش سطحی کم رخ می دهد.

6- افزودنی اصلاح کننده های اصطکاک

اصلاح کننده های اصطکاک در روغن موتور و روغن گیربکس برای تغییر ضریب اصطکاک بین قطعات لغزنده زمانی که فقط روغن پایه وجود دارد استفاده می شود. کاهش اصطکاک منجر به بهبود مصرف سوخت می شود. اسیدهای چرب آلی و سولفوره شده، آمین ها، آمیدها، ایمیدها، فسفر آلی با وزن مولکولی بالا و استرهای اسید فسفریک به عنوان تعدیل کننده اصطکاک به محدوده بین 0.1 تا 1.5 درصد در روان کننده های نهایی اضافه می شوند. مونولئات های گلیسریل و ترکیبات مولیبدن مانند MoDTC و MoDTP نیز به عنوان اصلاح کننده اصطکاک عمل می کنند. آنها ترجیحاً به شدت روی سطح فلزی جذب می شوند. همانطور که در شکل نشان داده شده است، سر اصلاح کننده اصطکاک به سطح فلز جذب می شود و دم بلند با حداقل 10 اتم کربن در روغن حل می شود. ساختار شیمیایی و قطبیت مولکول ها نقش عمده ای در کاهش اصطکاک دارند. روان کننده های یونی، دسته ای از مایعات یونی که نمک های مذاب در دمای اتاق هستند و از کاتیون ها و آنیون ها تشکیل شده اند نیز افزودنی های سطحی بسیار خوبی هستند. قطبیت گروه سر جذب سطحی قوی را فراهم می کند. خواص فیزیکی، شیمیایی و تریبولوژیکی مایعات یونی را می توان به گونه ای تنظیم کرد که با طیف گسترده ای از کاربردها، از استفاده از آن به عنوان برس های پلیمری در کاربردهای بیولوژیکی، یا به عنوان افزودنی روان کننده محلول در آب یا محلول در روغن، مناسب باشد.

7- افزودنی مواد شوینده

مواد شوینده سطوح را عاری از رسوب نگه می دارند و اسیدهای خورنده ای را که در اثر اکسیداسیون ایجاد می شوند خنثی می کنند. این مولکول ها پایه های شیمیایی هستند که از یک بستر قطبی و یک اکسید یا هیدروکسید فلزی تشکیل شده اند . ترکیبات فلزی-آلی فنولات کلسیم و منیزیم، فسفات، سالیسیلات و سولفونات ها در این ترکیبات توصیه می شود. مواد شوینده بیش از حد در روان کننده های موتورهای دریایی برای خنثی کردن مقادیر زیادی از اجزای اسیدی تولید شده توسط احتراق سوخت یا اکسیداسیون روغن استفاده می شود. خاکستر (سوختن گونه های آلی فلزی) و ذرات دوده (عمدتاً کربن با سولفور جذب شده) از سوزاندن سوخت در موتورهای احتراق داخلی تشکیل می شود. پس از آن خاکستر می تواند در دماهای بالا بقایای ناخواسته ایجاد کند یا به سادگی روی سطوح رسوب کند. ذرات به وجود آمده رسوبی در روغن نامحلول هستند و میل ترکیبی بیشتری برای مولکول های مواد شوینده دارند. مولکول‌های افزودنی به سطح ذره می‌چسبند و آن را می‌پوشانند، بنابراین به‌عنوان پراکنده‌کننده عمل می‌کنند و از تجمع آن‌ها و ته‌نشین شدن آن‌ها به‌عنوان رسوب جلوگیری می‌کنند.

8- افزودنی های پراکنده کننده 

دیسپرس کننده ها  یا پراکنده کننده ها عمدتاً در روغن موتور به همراه مواد شوینده برای تمیز نگه داشتن سطوح موتور و عاری از رسوب استفاده می شوند. پخش کننده ها ذرات نامحلول دوده و پیش سازهای رسوبات موجود در موتور احتراق داخلی را به خوبی در روان کننده حتی در دماهای بالا پراکنده یا معلق نگه می دارند . این ذرات معلق متعاقباً با فیلتر کردن روغن یا تعویض روغن حذف می شوند. بنابراین، پراکنده کننده ها آسیب به سطوح موتور و تشکیل رسوبات دمای بالا را به حداقل می رساند. به طور کلی، امروزه از پخش کننده های پلیمری و بدون خاکستر مانند آلکیل تیوفسفونات های پلیمری، آلکیل سوکسینیمیدها، استرها/آمیدهای اسید سوکسینیک و مشتقات بوراته آنها و همچنین کمپلکس های آلی حاوی ترکیبات نیتروژن استفاده می شود.

9-افزودنی های بازدارنده خوردگی و زنگ زدگی

بازدارنده های خوردگی و زنگ زدگی مواد افزودنی هستند که با خنثی کردن اسیدها و تشکیل یک لایه محافظ، جذب شده یا به صورت شیمیایی روی سطوح فلزی، زنگ زدگی (خوردگی آهن و فولاد) و خوردگی را کاهش داده یا از بین می برند. جذب ترجیحی ماده قطبی بر روی سطح فلز، لایه محافظی را تشکیل می‌دهد که از رسیدن و حمله مواد خورنده مانند اسیدهای آلی به فلز جلوگیری می‌کند. اینها معمولاً ترکیباتی هستند که جاذبه قطبی بالایی نسبت به سطوح فلزی دارند مانند سوکسینات‌ها، سولفونات‌های آلکیل خاکی، فنولات‌های فلزی، اسیدهای چرب، آمین‌ها و همچنین زینکدیتیوفسفات‌ها. برخی از این بازدارنده‌ها برای محافظت از فلزات خاص هستند. از این رو، یک روغن ممکن است حاوی چندین نوع بازدارنده خوردگی باشد.

10- افزودنی های فشار شدید (EP).

افزودنی‌های فشار شدید برای کاهش اصطکاک، کنترل سایش و جلوگیری از آسیب‌های شدید سطحی در کاربردهای سنگین گیربکس و یاتاقان‌ها در دماها و فشارهای بالا مورد نیاز هستند. آنها همچنین به عنوان افزودنی های ضد خراش شناخته می شوند. آنها به صورت شیمیایی با سطوح فلزی واکنش می دهند تا یک لایه سطحی قربانی تشکیل دهند که از ایجاد دمای زیاد و متعاقب آن گرفتگی ناهنجاری ها در تماس فلز با فلز جلوگیری می کند. علاوه بر این، آنها به صاف کردن سطوح بدنه قطعات کمک می کنند، زیرا این سطوح در هنگام تماس لایه تشکیل میدهند و بار به طور یکنواخت در سطح تماس بیشتری توزیع می شود، بنابراین شدت سایش را کاهش می دهد و روانکاری موثر را تضمین می کند. اثربخشی افزودنی‌های EP به واکنش‌پذیری و توانایی آن‌ها برای تشکیل آسان لایه‌های سطحی ضخیم در بارهای بالا و دمای تماس بالا که در تماس‌های مکانیکی ایجاد می‌شوند، بستگی دارد. این افزودنی ها معمولا حاوی ترکیبات گوگرد و فسفر و ترکیبات کلر یا بور هستند. افزودنی‌های EP بدون خاکستر مانند دی‌تیوکاربامات‌ها، دی تیوفسفات‌ها، تیولسترها، فسفورتیوات‌ها، تیادیازول‌ها، آمین فسفات‌ها، فسفیت‌ها ممکن است در برخی کاربردها که کلر ممکن است باعث خوردگی شود ترجیح داده شود.

افزودنی های دیگری مانند دمولسیفایرها، امولسیفایرها، بیوسیدها برای برآوردن نیازهای خاص اضافه می شوند. امولسیفایرها به عنوان یک اتصال دهنده بین مولکول های روغن و آب در سیالات فلزکاری مبتنی بر آب روغن برای کمک به ایجاد امولسیون روغن-آب پایدار استفاده می شوند. بدون امولسیفایر، روغن و آب به دلیل تفاوت در وزن مخصوص و کشش سطحی از یکدیگر جدا می شوند. از طرفی برای جداسازی امولسیون های روغن و آب از دمولسیفایرها استفاده می شود. امولسیون زدایی و حذف فاز آبی از روان کننده بر پایه روغن، اثرات مضری مانند خوردگی، کف کردن و ایجاد حفره را به حداقل می رساند. بیوسیدها ممکن است به روان کننده های مبتنی بر آب برای کنترل رشد باکتری ها اضافه شوند.

روان کننده های جامد

روان کننده های جامد به خودی خود برای کاربردهای خاص مانند ماموریت های فضایی، مکانیسم های رهاسازی ماهواره ها و استقرار حیاتی هستند. خلاء و ریزگرانش فضا استفاده از روان کننده های مایع را حذف می کند. اهمیت یک لایه نازک از روان کننده جامد را می توان بر این واقعیت تاکید کرد که موفقیت کل یک ماموریت می تواند به خطر بیفتد اگر آنتن های گیرنده و فرستنده یا آرایه های خورشیدی که در هنگام پرتاب به طور ایمن بسته بندی شده اند، به دلیل اصطکاک شدید، به آرامی و با دقت آزاد نشوند. مکانیزم استقرار روان کننده های جامد را می توان در دماهای پایین و همچنین در دماهای بالا که روان کننده مایع ممکن است به ترتیب جامد یا تبخیر شود استفاده کرد. حتی در فشارهای شدید که روان کننده مایع از دور خارج می شود، از روان کننده های جامد استفاده می شود. با این حال، روان کننده های جامد به شرایط بحرانی محدود نمی شوند . طیف گسترده‌ای از پوشش‌های اصطکاک کم در کاربردهای مهندسی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند که به رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، نرخ سایش کم و روان‌کاری بالا در تمام دماهای عملیاتی نیاز دارند. پوشش های مهندسی جدیدتر پیچیدگی را افزایش داده اند و از ساختارهای تک یا چند جزئی به ساختارهای گرادیان نانوساختار و عملکردی تبدیل شده اند.

1-  PTFE

شناخته شده ترین پوشش پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) تفلون است که در سال 1938 در DuPont کشف شد. این مواد متشکل از مولکولهای فلوئوروکربن بسیار خطی هستند. آنها سطح اصطکاک کم با سایش متوسط را ارائه می دهند. آنها واکنش شیمیایی پایین و انرژی سطحی پایینی دارند. PTFE به تنهایی در بارهای کم بهترین عملکرد را دارد و در بارهای بالاتر به سرعت سایش می کند. از این رو برای افزایش استحکام و ظرفیت تحمل بار به تقویت کننده نیاز دارند. به چنین موادی مواد مرکب می گویند.

2- مواد مبتنی بر کربن

مواد مبتنی بر کربن مانند گرافیت در هر دو شکل میکرو و نانو یک افزودنی روان کننده جامد محبوب هستند در حالی که کربن الماس مانند (DLC) پوشش‌های بسیار خوبی با اصطکاک کم ایجاد می‌کند. با این حال، آنها مکانیسم های متفاوتی برای کاهش اصطکاک دارند. گرافیت دارای ساختار کریستالی شش ضلعی است که دارای خاصیت ذاتی برش آسان است. DLC به دلیل ساختار آمورف که فازهای گرافیتی و الماسی را ترکیب می کند، سختی بالا و اصطکاک کم را نشان می دهد. برای دستیابی به خواص مطلوب می توان آنها را با هیدروژن یا نیتروژن درمان کرد. اخیراً، یک سری ثبت اختراع در مورد فوق روان‌کاری نانوالماس‌ها و فیلم‌های گرافن اخذ شده است 

3- MoS 2

دی سولفید مولیبدن دی‌کالکوژنیدهای فلزی واسطه‌ای مانند دی سولفید تنگستن (WS 2 ) هستند که بر روی مکانیسم برش بین لایه‌ای بین صفحات پایه شش‌ضلعی پیوند کووالانسی مانند گرافیت کار می‌کنند. عملکرد آنها تحت تأثیر رطوبت  است.

جدا از مزایایی که قبلا ذکر شد، روان کننده های جامد دارای معایبی نیز هستند. آنها توانایی کمتری برای دور کردن گرما و آلاینده ها از تماس دارند. آنها خواص خود ترمیمی ضعیفی دارند و به راحتی وارد واکنش های زنجیره ای نمی شوند.