افزودنی‌های فشار پذیر، ترکیباتی هستند که به روانکارها اضافه می‌شوند تا از تماس مستقیم فلز با فلز در شرایطی که بار وارد بر سطوح بسیار بالا است جلوگیری کنند. این افزودنی‌ها از طریق واکنش‌های شیمیایی با سطح فلز، لایه‌های محافظ تشکیل می‌دهند که از خراشیدگی، جوش سرد و سایش پیشگیری می‌کند. وجود افزودنی‌های EP باعث می‌شود روانکار بتواند برای مدت کوتاهی فشارهایی فراتر از ظرفیت باربری معمول خود را تحمل کند، بدون آنکه دچار شکست شود.
انواع رایج افزودنی‌های فشار پذیر
-
ترکیبات گوگرددار: شامل چربی‌ها و روغن‌های سولفوره، ترکیبات آلی‌گوگرد (Organosulfur)، و سولفیدهای معدنی که فیلم‌های سولفید فلزی تشکیل می‌دهند.
-
ترکیبات فسفردار: مانند فسفات‌ها، تیوفوسفات‌ها و دی‌تیوفوسفات‌های فلزی که فیلم‌های فسفات فلزی ایجاد می‌کنند.
-
ترکیبات کلردار: شامل واکس‌ها، روغن‌ها و پارافین‌های کلردار که فیلم‌های کلرید آهن تشکیل می‌دهند. (امروزه به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی و سمی کمتر استفاده می‌شوند.)
-
سایر ترکیبات فیلم‌ساز: مثل اسیدهای چرب، آمین‌ها، گرافیت، و مولیبدن دی‌سولفید.
مکانیسم عملکرد افزودنی‌های EP
افزودنی‌های EP از طریق واکنش‌های پیچیده تریبوشیمیایی (Tribochemical) لایه‌ای محافظ روی سطوح فلزی ایجاد می‌کنند. زمانی که فشار و دما در نقطه تماس قطعات فلزی افزایش می‌یابد، مولکول‌های افزودنی تجزیه شده و با سطح تازه‌فلز واکنش می‌دهند و لایه‌های غیرآلی متصل به فلز تشکیل می‌دهند.
این افزودنی‌ها عمدتاً در ناحیه ابتدایی منحنی استری‌بِک (Stribeck Curve) فعال می‌شوند؛ یعنی جایی که روانکاری در حالت مرزی یا مخلوط (Boundary / Mixed Lubrication) است.
این لایه‌ها ساختار بلوری صفحه‌ای دارند که یک سطح لغزش نرم فراهم می‌کند و از تماس مستقیم، سایش و جوش سرد جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، بخشی از ضربه‌های ناگهانی و شوک بار نیز توسط همین لایه‌ها جذب می‌شود.
چرخه عملکرد افزودنی‌های EP
افزودنی‌های EP معمولاً پنج مرحله عملکردی را طی می‌کنند:
-
جذب اولیه (Adsorption): مولکول‌ها از طریق پیوندهای قطبی روی سطح فلز جذب می‌شوند.
-
واکنش تریبوشیمیایی: در فشارهای بالا، مولکول‌ها تجزیه شده و با فلز واکنش می‌دهند.
-
تشکیل لایه بلوری: محصولات واکنش به شکل بلورهای صاف و صفحه‌ای روی فلز تثبیت می‌شوند.
-
جذب شوک بار: این لایه‌ها فشارهای ناگهانی را جذب می‌کنند و فشار از روی فیلم روغن برداشته می‌شود.
-
تجدیدپذیری: با از بین رفتن فیلم، افزودنی‌ها دوباره فعال شده و لایه جدید تشکیل می‌دهند.
این مکانیسم باعث می‌شود روانکار در شرایط مرزی، عملکرد ضدسایش و تحمل بار فوق‌العاده‌ای داشته باشد.
افزودنی‌های گوگردی فشار پذیر
ترکیبات گوگرددار از متداول‌ترین و کارآمدترین افزودنی‌های EP هستند، از جمله:
-
چربی‌ها و روغن‌های سولفوره
-
ترکیبات آلی‌گوگرد مانند پلی‌سولفیدها
-
سولفیدهای معدنی مانند ZDDP و MoS₂
مکانیسم:
در فشار بالا، پیوندهای C–S و S–S در این ترکیبات شکسته شده و گوگرد آزاد می‌شود. گوگرد آزاد با فلز واکنش داده و لایه سولفید فلزی (Me₂S) تشکیل می‌دهد.
این فیلم‌های سولفیدی:
-
چسبندگی بالا
-
مقاومت برشی پایین
-
تجدیدپذیری سریع
دارند و برای بارهای شدید بسیار مناسب‌اند.
گوگرد فعال و غیر فعال
-
گوگرد فعال:
واکنش‌پذیری بالا، تشکیل سریع سولفید، عملکرد عالی در EP؛ اما ممکن است به فلزات زرد مثل برنز حمله کند (مثلاً در گیربکس‌های Worm). -
گوگرد غیرفعال:
واکنش‌پذیری کمتر، ایمن برای فلزات زرد، مناسب برای بارهای متوسط.
انتخاب نوع گوگرد کاملاً وابسته به دما، جنس قطعات و میزان فشار است.
افزودنی‌های فسفردار فشار پذیر
ترکیبات فسفردار شامل:
-
فسفات‌ها
-
تیوفوسفات‌ها
-
dithiophosphates فلزی (مثل ZDDP)
ZDDP در عین حال یک افزودنی گوگرددار نیز هست و فیلم‌های ترکیبی تشکیل می‌دهد.
مکانیسم:
پیوندهای P–S و O=P–S تجزیه شده و لایه‌های شیشه‌ای پلی‌فسفات تشکیل می‌دهند:
این فیلم‌ها:
-
ضخیم‌تر
-
اما دوام کمتر نسبت به فیلم‌های سولفیدی
دارند و در دماهای بالا محدودیت پیدا می‌کنند.
پارافین‌های کلردار – ترکیبات مؤثر اما منسوخ
پارافین‌های کلردار زمانی افزودنی‌های رایج EP بودند، اما به دلیل:
-
سمیت
-
پایداری بلندمدت در محیط‌زیست
-
ایجاد آلاینده‌های پایدار
تا حد زیادی کنار گذاشته شده‌اند.
انتخاب روانکار مناسب برای شرایط فشار پذیر
انتخاب EP Additive باید متناسب با موارد زیر باشد:
-
میزان بار: بارهای شدید → گوگرد فعال
-
دما: دماهای بالا → افزودنی‌های فسفردار پایدارتر
-
نوع تماس: تماس لغزشی → فیلم‌سازی بیشتر
-
متالورژی: فلزات زرد → اجتناب از گوگرد فعال
-
محیط کاری: آب و رطوبت → لایه‌های فسفاتی مقاوم‌تر
-
سازگاری با افزودنی‌های دیگر
فرمول‌سازان با ترکیب مناسب گوگرد، فسفر و سایر افزودنی‌ها، توان تحمل بار، ضدسایش و طول عمر روانکار را به شکل قابل توجهی افزایش می‌دهند.
اطلاعات این مقاله برگرفته از این منبع می‌باشد.
