ADITIVI DE ANTIUZURĂ ŞI DE EXTREMĂ PRESIUNE. ASPECTE CHIMICE ALE LUBRIFIERII Dr. Ing. Adrian PĂLUŞAN Total Lubricants Romania

Aditivii de antiuzură şi extremă presiune reprezintă constituenţi vitali pentru cele mai multe formulări de lubrifianţi, care asigură protejare, faţă de apariţia uzurii, echipamentelor mecanice şi permite funcţionarea corespunzătoare a acestor echipamente în condiţii de solicitări şi sarcini mecanice mari.

Funcţiile de antiuzură (AU) şi extremă presiune (EP) ale aditivilor introduşi în lubrifiant sunt reclamate în situaţia în care sarcini mecanice mari sau viteze mici întrerup sau distrug menţinerea filmului de lubrifiere hidrodinamică (HDL) şi determină înlocuirea cu lubrifierea la limită (la frontieră) (BL). În aceste condiţii ulterioare asperităţile nu sunt mult separate prin filmul de ulei şi sunt determinate să intre în contact direct neelastic. Filmul de oxid care reprezintă protecţia lor naturală este curând înlăturat urmând etapa de adeziune a punctelor care depăşesc nivelul mediu (curăţate de oxid). Aditivii de antiuzură în mod obişnuit înlocuiesc propriul strat de antiuzură (AU) al metalului eliminat prin distrugerea oxidului şi astfel asigură înlăturarea sau limitarea fenomenului de adeziune şi implicit micşorarea vitezei de uzare în mod considerabil. Totuşi în condiţii foarte severe asperităţile se pot suda între ele determinând ruperea joncţiunilor şi implicit pot determina distrugerea. Aditivii EP acţionează în mod similar cu aditivii AU, dar viteza lor de reacţie cu suprafaţa metalului supus solicitării, şi înainte de asta viteza de formare a filmului EP, este mai mare iar filmul însuşi este mai rezistent şi mai gros. Agenţii EP previn crăparea şi griparea la viteze mari şi funcţionarea cu şocuri, sau apariţia de striuri sau încreţituri la funcţionări cu momente mari de torsiune sau viteze mici.

În ambele cazuri aditivii AU şi EP determină nivelarea asperităţilor care favorizează formarea unei suprafeţe mai netede cu o mai mare zonă de contact. În aceste condiţii deteriorarea materialului prin uzură şi frecare mai puţin intensă este mult mai mică decât în cazul funcţionării în absenţa aditivilor AU şi EP, caz în care distrugerea asperităţilor va fi însoţită de pierderi mari de material antrenat prin frecare.

Oricum există pierderi de material antrenat prin frecare chiar în condiţiile utilizării unor aditivi eficienţi AU şi EP care sunt de fapt, mai reprezentativi decât aceia care în condiţiile HDL de forfecare inevitabilă a filmului, determinat de aditivii AU şi EP, consumă o cantitate importantă de energie.

În general pierderile prin frecare utilizând protecţie prin utilizare de aditivi AU şi EP sunt relativ scăzute.

Este important de diferenţiat acţiunile celor două tipuri de aditivi AU şi EP la moderarea pierderilor de material prin frecare şi pe aceea a modificatorilor de frecare (MF). Acţiunea MF se bazează pe formarea unui film de forfecare uşoară mult mai moale, care implicit, consumă mai puţină energie de forfecare şi constituie în mod principal un regim intermediar între HDL şi BL. De aceea pierderile de material determinate de formarea filmului MF sunt semnificativ mai scăzute decât formările filmelor AU/EP, dar mai mari decât acestea în condiţii pure HDL. În mod obişnuit coeficienţii de frecare pentru diverse regimuri sunt:

• 0.001– 0.009 pentru HDL; • 0.01– 0.05 pentru MF; • 0.06 – 0.15 pentru. AU/EP.

2

Atât condiţiile de lubrifiere a joncţiunilor cât şi în condiţiile de lubrifiere a suprafeţelor în timpul proceselor de prelucrare, aditivii EP şi AU îndeplinesc acelaşi rol tribologic, acela de micşorare a forţelor de frecare, de evitare a uzurii (atât a sculei cât şi a piesei care aşchiază pentru a nu determina ecruisarea şi implicit perturbarea procesului de aşchiere – în cazul proceselor de prelucrare prin aşchiere), ceea ce determină în general utilizarea universală a aditivilor EP şi AU la formularea lubrifianţilo.

Se va dezvolta în continuare clasificarea aditivilor EP şi AU evidenţiindu-se efectele tribologice produse şi mecanismele de interacţiune globale.

TIPURI ŞI CHIMIA ADITIVILOR DE ANTIUZURĂ ŞI EXTREMĂ PRESIUNE

Există două tipuri de aditivi AU şi EP, activi şi inactivi. Aditivii activi, în fapt, reacţionează chimic cu suprafaţa metalului la formarea unui strat destinat distrugerii (de sacrificiu) în timpul funcţionării. Cei inactivi formează, în principal, filme prin depunerea lor sau a unor produşi proprii de descompunere pe suprafaţa metalică în contact. Aditivii activi sunt compuşi care conţin sulf, halogeni, fosfor, etc., iar aditivii inactivi includ în formula lor compuşi cu bor, compuşi cu siliciu cum ar fi silicaţii, compuşi cu aluminiu, cum sunt alchil oxizii de aluminiu, compuşi cu staniu cum, este organostaniu, compuşi cu plumb, cum sunt naftenaţii de plumb, etc.

Acţiunea aditivilor AU şi EP este determinată de existenţa filmului interpus în timpul lubrifierii între suprafeţele metalice aflate în mişcare una faţă de cealaltă, cu scopul de a preveni apariţia contactului metal pe metal reducându-se astfel în mod semnificativ uzura şi eliminându-se sau încetinindu-se distrugerea metalului.

În general, orice compus chimic, pur sau impur, destinat sau nedestinat scopului comentat, care este format sau depus în timpul procesului de lubrifiere pe suprafaţa metalului, şi este capabil să separe suprafeţele metalice care pot ajunge în contact şi în acelaşi timp să prevină contactul direct, ar putea fi teoretic considerate agent AU/EP. De aceea aditivii clasici AU/EP sunt substanţe chimice solubile în uleiuri sau sunt compuşi chimici care pot reacţiona cu suprafaţa metalului, formând un film rezistent mecanic atât pentru forţele de compresiune cât şi forţele de frecare (la diverse viteze de forfecare).

În esenţă doar elementele chimice care pot reacţiona cu elementul chimic fier (Fe) reprezintă elemente de bază pentru formularea acestor tipuri de aditivi şi în principal aceşti aditivi pot fi constituiţi din compuşi de sulf, compuşi cu fosfor, compuşi cu clor, (sau cu alţi halogeni) în raport cu condiţia de oportunitate funcţională.

Considerând în analiză compuşii cu sulf, în molecula de bază a unei sau mai multor legături chimice în care este implicat sulful se poate sau se pot rupe datorită aportului exterior de energie (cum ar putea fi energia termică) rezultată din acţiunea solicitărilor mecanice (forţa de compresiune sau forţe de forfecare care pot acţiona independent sau simultan combinat asupra compusului antrenat prin lubrifiere pe suprafaţa metalică) generându-se astfel atomi sulf legaţi cu valenţe libere care pot reacţiona cu fierul metalic, formând combinaţii chimice mixte. Grupa unor astfel de componenţi include dialchil mono, di, sau polisulfurile olefinele sulfurizate, acizi graşi sulfurizaţi, ditiocarbonaţii şi alţii asemănători. Mono-sulfurile prezintă o foarte mică activitate termodinamică şi nu sunt indicaţi pentru utilizare ca aditivi EP.

În general un conţinut ridicat de sulf în molecula de bază (de formare) a compusului chimic care formează aditivul, măreşte probabilitatea de reacţie cu suprafaţa metalului şi favorizează mai mult activitatea EP decât activitatea AU.

3

Considerând în analiză compuşii cu fosfor, unii alchil sau aril fosfiţi, trifosfaţi, fosfaţi acizi, alchil sau aril fosfaţii, fosfamide şi alţi asemănători pot fi utilizaţi ca agenţi AU/EP, în măsura în care valenţele ionilor fosforic şi fosforos ar putea fi eliberate pentru a reacţiona cu suprafaţa metalică.