Phụ gia bôi trơn – Hướng dẫn thực hành
Các chuyên gia bôi trơn thường rất quen thuộc với độ nhớt của dầu gốc trong chất bôi trơn của họ. Xét cho cùng, độ nhớt là đặc tính quan trọng nhất của dầu gốc.Đường cơ sở cho nguồn cấp chất bôi trơn được thiết lập và tình trạng của nó được theo dõi chỉ dựa trên độ nhớt. Tuy nhiên, chất bôi trơn không chỉ có độ nhớt. Hiểu được vai trò của chất phụ gia và chức năng của chúng trong chất bôi trơn là rất quan trọng.
Phụ gia bôi trơn là các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ rắn hòa tan hoặc lơ lửng trong dầu. Mức phụ gia thường nằm trong khoảng từ 0,1% đến 30% thể tích dầu, tùy thuộc vào máy.
Phụ gia có ba vai trò cơ bản:
Nâng cao hiệu suất của các loại dầu gốc hiện có với chất chống oxy hóa, chất ức chế ăn mòn, chất chống tạo bọt và chất khử nhũ tương.
Ngăn chặn các đặc tính không mong muốn của dầu gốc bằng chất làm giảm điểm đông đặc và chất cải thiện chỉ số độ nhớt (VI).
Cung cấp cho dầu gốc những đặc tính mới với các chất phụ gia, chất tẩy rửa, chất khử hoạt tính kim loại và chất kết dính áp suất cực cao (EP).
Phụ gia cực
Phân cực phụ gia được định nghĩa là lực hút có hướng tự nhiên của các phân tử phụ gia với các chất phân cực khác tiếp xúc với dầu. Nói một cách đơn giản, nước có thể hòa tan hoặc hòa tan trong nước là bất cứ thứ gì.
Bọt biển, bề mặt kim loại, bụi bẩn, nước và bột gỗ là những ví dụ về vật liệu phân cực. Các vật liệu không phân cực bao gồm sáp, Teflon, dầu gốc khoáng, lưng vịt và chất chống thấm nước.
Điều quan trọng cần lưu ý là các chất phụ gia cũng có thể bị cạn kiệt. Một khi họ đã biến mất, họ đã biến mất. Hãy suy nghĩ về môi trường bạn làm việc, sản phẩm bạn sản xuất và các loại chất gây ô nhiễm.
Tất cả những điều này đều ở xung quanh bạn mỗi ngày. Nếu bạn cho phép các chất gây ô nhiễm mà các chất phụ gia có xu hướng hấp thụ (chẳng hạn như chất bẩn, silica và nước) vào hệ thống của bạn, thì các chất phụ gia sẽ dính vào các chất gây ô nhiễm và lắng xuống đáy hoặc bị lọc ra, do đó làm cạn kiệt gói phụ gia của bạn.
Cơ chế cực
Có một số cơ chế phân cực đáng được thảo luận, chẳng hạn như sự đóng gói hạt, nhũ hóa nước và làm ướt kim loại.
Đóng gói hạt là khi các chất phụ gia gắn vào bề mặt của hạt và đóng gói nó. Loại phụ gia này bao gồm chất thụ động kim loại, chất tẩy rửa và chất phân tán. Chúng được sử dụng để pept hóa (phân tán) các hạt bồ hóng nhằm ngăn chặn chúng kết tụ, lắng đọng và lắng đọng, đặc biệt ở nhiệt độ thấp đến trung bình.
Bạn sẽ thường thấy điều này trong động cơ. Đây là lý do chính đáng để khắc phục và loại bỏ các vấn đề ngay khi chúng được phát hiện bằng bảng kiểm tra phân tích dầu thích hợp.
Quá trình nhũ hóa nước xảy ra khi đầu cực của chất phụ gia gắn vào các giọt nước cực nhỏ. Các chất phụ gia như vậy là chất nhũ hóa. Hãy nghĩ về điều này vào lần tới khi bạn quan sát nước trong hồ chứa.
Mặc dù điều quan trọng là phải loại bỏ nước, xác định vị trí nước xâm nhập vào hệ thống và khắc phục bằng phương pháp bảo trì nguyên nhân gốc rễ, nhưng bạn cũng phải nhớ rằng gói phụ gia đã bị xâm phạm. Trong thuật ngữ bôi trơn, điều này được gọi là sự suy giảm phụ gia. Một báo cáo phân tích dầu thích hợp có thể xác định tình trạng của các chất phụ gia còn lại trong chất bôi trơn.
Làm ướt kim loại là khi các chất phụ gia bám vào bề mặt kim loại, đó chính xác là những gì chúng phải làm. Chúng gắn vào bên trong hộp số, răng bánh răng, vòng bi, trục, v.v.
Các chất phụ gia thực hiện chức năng này là chất ức chế rỉ sét, chất phụ gia chống mài mòn (AW) và EP, chất bôi trơn và chất ức chế ăn mòn.
Phụ gia AW được thiết kế đặc biệt để bảo vệ bề mặt kim loại trong các điều kiện biên. Chúng tạo thành một lớp màng dẻo giống như tro ở nhiệt độ tiếp xúc từ trung bình đến cao (75 đến 100 độ C).
Ở điều kiện biên, màng AW cắt thay cho vật liệu bề mặt.
Một chất phụ gia chống mài mòn phổ biến là kẽm dialkyl dithiophosphate (ZDDP). Nó làm giảm nguy cơ tiếp xúc giữa kim loại với kim loại, có thể gây nóng, oxy hóa và ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền của màng.
Phụ gia đóng vai trò quan trọng trong việc bôi trơn máy móc, cho dù chúng tăng cường, ức chế hoặc mang lại các đặc tính mới cho dầu gốc. Hãy nhớ rằng, một khi chất phụ gia được sử dụng thì nó sẽ biến mất, vì vậy đừng quên kiểm tra gói phụ gia của bạn.
Các loại phụ gia bôi trơn
Có nhiều loại phụ gia hóa học được pha trộn vào dầu gốc để tăng cường các đặc tính của dầu gốc, ức chế một số đặc tính không mong muốn của dầu gốc và có thể mang lại một số đặc tính mới.
Các chất phụ gia thường chiếm từ 0,1% đến 30% chất bôi trơn thành phẩm, tùy thuộc vào mục đích sử dụng chất bôi trơn.
Phụ gia bôi trơn are expensive chemicals, and formulating the right additive package or formulation is a very complex science. Additive selection makes the difference between a turbine oil (R&O) and a hydraulic oil, gear oil, and engine oil.
Có nhiều loại chất phụ gia bôi trơn và việc lựa chọn chủ yếu dựa trên hiệu quả mong muốn của chúng. Các chất phụ gia cũng được lựa chọn dựa trên khả năng trộn lẫn của chúng với dầu gốc đã chọn, khả năng tương thích với các chất phụ gia khác trong công thức và hiệu quả chi phí.
Một số chất phụ gia hoạt động trong dầu (ví dụ: chất chống oxy hóa), trong khi một số chất phụ gia khác hoạt động trên bề mặt kim loại (ví dụ: chất phụ gia chống mài mòn và chất ức chế rỉ sét).
Phụ gia bôi trơn thông thường
Những loại phụ gia chung này bao gồm:
Chất chống oxy hóa
Quá trình oxy hóa là sự tấn công chung của oxy trong không khí lên các thành phần yếu nhất của dầu gốc. Quá trình oxy hóa xảy ra ở bất kỳ nhiệt độ nào, nhưng được tăng tốc ở nhiệt độ cao hơn và khi có nước, làm mòn kim loại và các chất gây ô nhiễm khác.
Cuối cùng nó dẫn đến sự hình thành axit (gây ăn mòn) và bùn (gây cặn bề mặt và tăng độ nhớt). Chất chống oxy hóa (còn gọi là chất chống oxy hóa) được sử dụng để kéo dài tuổi thọ của dầu.
Chúng là những chất phụ gia hy sinh được tiêu thụ trong quá trình làm chậm phản ứng oxy hóa, từ đó bảo vệ dầu gốc. Chúng được tìm thấy trong hầu hết các loại dầu và mỡ bôi trơn.
Chất ức chế rỉ sét và ăn mòn
Các chất phụ gia này làm giảm hoặc loại bỏ rỉ sét và ăn mòn bên trong bằng cách trung hòa axit và tạo thành một hàng rào hóa học bảo vệ đẩy nước khỏi bề mặt kim loại. Một số chất ức chế ăn mòn được thiết kế đặc biệt để bảo vệ một số kim loại. Vì vậy, một loại dầu có thể chứa nhiều hơn một loại dầu. Chúng được tìm thấy trong hầu hết các loại dầu và mỡ. Chất khử hoạt tính kim loại là một loại chất ức chế ăn mòn khác.
Chất cải thiện chỉ số độ nhớt
Chất cải thiện chỉ số độ nhớt là các chất phụ gia polyme rất lớn giúp ngăn chặn một phần dầu khỏi bị loãng (mất độ nhớt) khi nhiệt độ tăng. Loại phụ gia này được sử dụng rộng rãi khi pha trộn các loại dầu đa cấp (như SAE 5W-30 hoặc SAE 15W-40).
Chúng cũng cải thiện dòng chảy của dầu ở nhiệt độ thấp, giúp giảm mài mòn và cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Ngoài ra, chất cải thiện chỉ số độ nhớt được sử dụng để thu được dầu thủy lực và bánh răng có chỉ số độ nhớt cao nhằm cải thiện đặc tính khởi động và bôi trơn ở nhiệt độ thấp.
Để hình dung cách thức hoạt động của chất tăng cường chỉ số độ nhớt, hãy tưởng tượng chất tăng cường chỉ số độ nhớt như một con bạch tuộc hoặc lò xo cuộn cuộn lại thành một quả bóng ở nhiệt độ thấp và ít ảnh hưởng đến độ nhớt của dầu.
Sau đó, khi nhiệt độ tăng lên, chất phụ gia (hoặc bạch tuộc) giãn nở hoặc mở rộng cánh tay của nó (làm cho nó lớn hơn) và ngăn dầu trở nên quá loãng ở nhiệt độ cao. Những cải tiến của VI có một số nhược điểm. Các chất phụ gia này là những polyme có kích thước lớn (trọng lượng phân tử cao) nên dễ dàng được băm nhỏ hoặc cắt thành từng miếng nhỏ bằng các bộ phận máy (lực cắt). Các bánh răng được biết là rất dễ bị mài mòn bởi chất cải tiến VI.
Tác động cắt vĩnh viễn của chất cải thiện VI có thể gây ra sự mất mát độ nhớt đáng kể, điều này có thể được phát hiện bằng phân tích dầu. Dạng mất độ nhớt thứ hai là do lực cắt cao trong vùng chịu tải của các bề mặt ma sát (chẳng hạn như vòng bi).
Người ta tin rằng chất cải tiến VI mất hình dạng hoặc hướng đồng nhất, do đó mất đi một số khả năng làm dày.
Độ nhớt của dầu tạm thời giảm trong vùng tải và trở lại độ nhớt bình thường sau khi rời khỏi vùng tải. Đặc tính này thực sự giúp giảm tiêu thụ dầu.
Chất cải thiện VI có nhiều loại (copolyme olefin là phổ biến). Chất cải thiện VI chất lượng cao ít bị tổn thương do cắt vĩnh viễn hơn so với chất cải thiện VI chất lượng thấp, chi phí thấp.
Phụ gia chống mài mòn (AW)
Những chất phụ gia này thường được sử dụng để bảo vệ các bộ phận máy khỏi bị mài mòn và mất kim loại trong điều kiện bôi trơn biên. Chúng là chất phụ gia phân cực bám dính vào bề mặt kim loại chịu ma sát. Chúng phản ứng hóa học với bề mặt kim loại khi tiếp xúc kim loại được thực hiện trong điều kiện bôi trơn hỗn hợp và biên giới. Chúng được kích hoạt bởi nhiệt tiếp xúc và tạo thành một lớp màng giúp giảm thiểu mài mòn. Chúng cũng bảo vệ dầu gốc khỏi quá trình oxy hóa và bảo vệ kim loại khỏi bị hư hại do axit ăn mòn. Sau khi các chất phụ gia này thực hiện xong chức năng của chúng, chúng sẽ bị “tiêu thụ” và hư hỏng do mài mòn do bám dính có thể tăng lên. Chúng thường là các hợp chất phốt pho, phổ biến nhất là kẽm dialkyl dithiophosphate (ZDDP).
ZDDP có nhiều phiên bản khác nhau - một số dành cho ứng dụng thủy lực và một số khác dành cho nhiệt độ cao trong dầu động cơ. ZDDP cũng có một số đặc tính chống oxy hóa và chống ăn mòn. Ngoài ra, các loại hóa chất gốc phốt pho khác (ví dụ: TCP) cũng được sử dụng để bảo vệ chống mài mòn. Phụ gia áp suất cực cao (EP) Các chất phụ gia này có tính ăn mòn hóa học mạnh hơn phụ gia AW. Chúng phản ứng hóa học với bề mặt kim loại (sắt) và tạo thành một lớp màng bề mặt hy sinh giúp ngăn chặn sự hàn và giữ lại các bề mặt tương đối gồ ghề do tiếp xúc giữa kim loại với kim loại (mòn dính). Chúng được kích hoạt dưới tải trọng cao và nhiệt độ tiếp xúc cao. Chúng thường được sử dụng trong dầu bánh răng, tạo cho chúng có mùi lưu huỳnh đặc biệt và nồng nặc. Những chất phụ gia này thường chứa các hợp chất lưu huỳnh và phốt pho (và đôi khi là các hợp chất boron).
Chúng ăn mòn đồng thau, đặc biệt ở nhiệt độ cao và không nên sử dụng trong bánh răng trục vít và các ứng dụng tương tự nơi sử dụng kim loại gốc đồng. Mặc dù có một số chất phụ gia CP có chứa clo nhưng chúng hiếm khi được sử dụng do vấn đề ăn mòn.
Phụ gia chống mài mòn và phụ gia EP là một loại phụ gia hóa học lớn có chức năng bảo vệ bề mặt kim loại trong quá trình bôi trơn biên bằng cách tạo thành một lớp màng bảo vệ hoặc rào chắn trên bề mặt bị mòn.
Miễn là màng dầu thủy động lực hoặc đàn hồi thủy động lực được duy trì giữa các bề mặt kim loại, thì việc bôi trơn biên không xảy ra và các chất phụ gia bôi trơn biên này không cần thiết để thực hiện chức năng của chúng.
Khi màng dầu bị vỡ và tiếp xúc mạnh xảy ra dưới tải trọng cao hoặc nhiệt độ cao, các chất phụ gia bôi trơn biên này sẽ bảo vệ các bề mặt bị mòn.
Chất tẩy rửa
Chất tẩy rửa có hai chức năng: thứ nhất, chúng giúp giữ cho các bộ phận kim loại nóng sạch sẽ và không bị cặn bám, thứ hai, chúng trung hòa các chất axit hình thành trong dầu. Chất tẩy rửa chủ yếu được sử dụng trong dầu động cơ và có tính chất kiềm.
Chúng tạo thành cơ sở cho độ kiềm dự trữ của dầu động cơ, được gọi là chỉ số kiềm (BN). Chúng thường là vật liệu hóa học canxi và magiê. Trước đây chất tẩy rửa gốc bari đã được sử dụng nhưng hiện nay hiếm khi được sử dụng.
Vì các hợp chất kim loại này để lại cặn tro khi đốt dầu nên chúng có thể hình thành cặn không mong muốn trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Do lo ngại về tro này, nhiều OEM đang chỉ định dầu có hàm lượng tro thấp cho thiết bị hoạt động ở nhiệt độ cao. Phụ gia tẩy rửa thường được sử dụng kết hợp với phụ gia phân tán.
chất phân tán
chất phân tán are mainly found in engine oil with detergents to help keep engines clean and free of deposits. The main function of dispersants is to keep particles of diesel engine soot finely dispersed or suspended in the oil (less than 1 micron in size).
Mục tiêu là giữ cho chất gây ô nhiễm lơ lửng và không để nó kết tụ trong dầu để giảm thiểu thiệt hại và có thể được đưa ra khỏi động cơ trong quá trình thay dầu. Các chất phân tán nói chung là hữu cơ và không chứa tro. Vì vậy, chúng không dễ bị phát hiện bằng phân tích dầu thông thường.
Sự kết hợp của các chất phụ gia tẩy rửa/phân tán cho phép trung hòa nhiều hợp chất axit hơn và nhiều hạt chất gây ô nhiễm ở trạng thái lơ lửng hơn. Vì các chất phụ gia này thực hiện chức năng trung hòa axit và đình chỉ các chất gây ô nhiễm, cuối cùng chúng sẽ vượt quá công suất, điều này sẽ cần phải thay dầu.
Chất chống tạo bọt
Các hóa chất trong nhóm phụ gia này có sức căng bề mặt thấp, làm suy yếu thành bong bóng dầu và khiến bong bóng bọt dễ vỡ hơn. Chúng có tác động gián tiếp đến quá trình oxy hóa bằng cách giảm lượng tiếp xúc giữa không khí và dầu.
Một số chất phụ gia này là vật liệu silicon không tan trong dầu, không hòa tan mà phân tán mịn trong dầu bôi trơn. Thường yêu cầu nồng độ rất thấp. Nếu thêm quá nhiều chất phụ gia chống tạo bọt, nó có thể có tác dụng ngược và thúc đẩy quá trình tạo bọt và cuốn khí.
Bộ điều chỉnh ma sát
Chất điều chỉnh ma sát thường được sử dụng trong dầu động cơ và chất lỏng hộp số tự động để thay đổi ma sát giữa động cơ và các bộ phận truyền động. Trong động cơ, trọng tâm là giảm ma sát để cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
Trong hộp số, trọng tâm là cải thiện khả năng ăn khớp của vật liệu ly hợp. Chất biến tính ma sát có thể được coi là chất phụ gia chống mài mòn cho tải trọng thấp hơn và không bị kích hoạt bởi nhiệt độ tiếp xúc.
Thuốc làm giảm điểm đổ
Điểm đông đặc của dầu xấp xỉ nhiệt độ thấp nhất mà tại đó dầu vẫn ở trạng thái lỏng. Tinh thể sáp hình thành trong dầu khoáng parafinic kết tinh (trở nên rắn) ở nhiệt độ thấp. Các tinh thể rắn tạo thành một mạng lưới ngăn chặn dầu lỏng còn lại chảy ra.
Các chất phụ gia trong nhóm này làm giảm kích thước của các tinh thể sáp trong dầu và sự tương tác của chúng với nhau, cho phép dầu tiếp tục chảy ở nhiệt độ thấp.
chất khử nhũ tương
Các chất phụ gia khử nhũ tương ngăn ngừa sự hình thành hỗn hợp dầu-nước ổn định hoặc nhũ tương bằng cách thay đổi sức căng bề mặt của dầu để nước kết lại và tách ra khỏi dầu dễ dàng hơn. Đây là một đặc tính quan trọng đối với chất bôi trơn tiếp xúc với hơi nước hoặc nước để nước tự do có thể lắng xuống và dễ dàng thoát ra khỏi bể chứa.
chất nhũ hóa
chất nhũ hóa are used in oil-water-based metal-working fluids and fire-resistant fluids to help create a stable oil-water emulsion. The emulsifier additive can be thought of as a glue binding the oil and water together, because normally they would like to separate from each other due to interfacial tension and differences in specific gravity.
Thuốc diệt khuẩn
Thuốc diệt khuẩn are often added to water-based lubricants to control the growth of bacteria.
máy xử lý
máy xử lý are stringy materials used in some oils and greases to prevent the lubricant from flinging off the metal surface during rotational movement.
Để được các máy xay cũng như người dùng cuối chấp nhận, các chất phụ gia phải có khả năng xử lý được trong thiết bị trộn thông thường, ổn định khi bảo quản, không có mùi khó chịu và không độc hại theo tiêu chuẩn công nghiệp thông thường.
Vì nhiều loại là vật liệu có độ nhớt cao nên chúng thường được bán cho nhà pha chế dầu dưới dạng dung dịch đậm đặc trong chất mang dầu gốc.
Một số điểm chính về chất phụ gia:
Nhiều chất phụ gia không phải lúc nào cũng tốt hơn. Người xưa có câu “Cái gì tốt một chút thì càng nhiều càng tốt” không hẳn đúng khi sử dụng phụ gia dầu.
Khi có nhiều chất phụ gia được trộn vào dầu, đôi khi không thu được thêm bất kỳ lợi ích nào và đôi khi hiệu suất thực sự giảm sút. Trong các trường hợp khác, hiệu quả của chất phụ gia không được cải thiện nhưng thời gian sử dụng lại được cải thiện.
Việc tăng tỷ lệ phần trăm của một chất phụ gia nhất định có thể cải thiện một tính chất của dầu đồng thời làm suy giảm tính chất khác. Khi nồng độ phụ gia quy định trở nên mất cân bằng, chất lượng chung của dầu có thể bị ảnh hưởng.
Một số chất phụ gia cạnh tranh với nhau để giành cùng một không gian trên bề mặt kim loại. Nếu thêm chất chống mài mòn nồng độ cao vào dầu, chất ức chế ăn mòn có thể trở nên kém hiệu quả hơn. Kết quả có thể là sự gia tăng các vấn đề liên quan đến ăn mòn.
Phụ gia dầu bị cạn kiệt như thế nào
Điều rất quan trọng là phải hiểu rằng hầu hết các chất phụ gia này được tiêu thụ và cạn kiệt bởi:
- “sự phân hủy” hoặc sự cố,
- “sự hấp phụ” lên bề mặt kim loại, hạt và nước, và
- “sự tách biệt”do lắng đọng hoặc lọc.
Cơ chế hấp phụ và tách liên quan đến việc truyền khối hoặc chuyển động vật lý của chất phụ gia.
Đối với nhiều chất phụ gia, dầu được sử dụng càng lâu thì gói phụ gia còn lại càng kém hiệu quả trong việc bảo vệ thiết bị.
Khi gói phụ gia yếu đi, độ nhớt tăng lên, bùn bắt đầu hình thành, axit ăn mòn bắt đầu tấn công các ổ trục và bề mặt kim loại, và/hoặc độ mài mòn bắt đầu tăng lên. Nếu sử dụng dầu có chất lượng thấp thì thời điểm những vấn đề này bắt đầu sẽ xảy ra sớm hơn nhiều.
Vì những lý do này mà chất bôi trơn chất lượng hàng đầu đáp ứng đúng thông số kỹ thuật của ngành (ví dụ: phân loại dịch vụ động cơ API) phải luôn được chọn. Bảng sau đây có thể được sử dụng làm hướng dẫn để hiểu rõ hơn về các loại phụ gia và chức năng của chúng trong công thức dầu động cơ.
Rõ ràng từ thông tin trên cho thấy có rất nhiều chất hóa học xảy ra trong hầu hết các loại dầu được sử dụng để bôi trơn thiết bị. Chúng là những hỗn hợp phức tạp của các hóa chất cân bằng với nhau và cần được tôn trọng.
Chính vì những lý do đó nên tránh pha trộn các loại dầu khác nhau và bổ sung thêm các chất phụ gia bôi trơn.
Phụ gia sau bán hàng và dầu dưỡng bổ sung
Có hàng trăm chất phụ gia hóa học và chất điều hòa bôi trơn bổ sung có sẵn. Trong một số ứng dụng hoặc ngành công nghiệp chuyên biệt, các chất phụ gia này có thể có vai trò cải thiện khả năng bôi trơn.
Tuy nhiên, một số nhà sản xuất chất bôi trơn bổ sung sẽ đưa ra những tuyên bố phóng đại và/hoặc chưa được chứng minh về sản phẩm của họ hoặc họ không đề cập đến tác dụng phụ tiêu cực mà chất phụ gia có thể gây ra.
Hãy hết sức cẩn thận trong việc lựa chọn và sử dụng các sản phẩm này, hoặc tốt hơn là tránh sử dụng chúng. Nếu bạn muốn một loại dầu tốt hơn, hãy mua loại dầu tốt hơn ngay từ đầu và để lại thành phần hóa học cho những người biết họ đang làm gì.
Thông thường, bảo hành dầu và thiết bị sẽ bị vô hiệu khi sử dụng các chất phụ gia sau bán trên thị trường vì công thức cuối cùng chưa bao giờ được thử nghiệm và phê duyệt. Người mua hãy cẩn thận.
Khi xem xét việc sử dụng phụ gia hậu mãi để giải quyết vấn đề, bạn nên nhớ các quy tắc sau:
Quy tắc số 1
Một chất bôi trơn kém chất lượng không thể được chuyển đổi thành sản phẩm cao cấp chỉ bằng cách thêm chất phụ gia vào. Mua một loại dầu thành phẩm kém chất lượng và cố gắng khắc phục chất lượng bôi trơn kém bằng một số chất phụ gia đặc biệt là phi logic.
Quy tắc số 2
Một số xét nghiệm trong phòng thí nghiệm có thể bị lừa để đưa ra kết quả dương tính. Một số chất phụ gia có thể đánh lừa một bài kiểm tra nhất định để đưa ra kết quả đạt. Thông thường, nhiều thử nghiệm oxy hóa và mài mòn được thực hiện để thu được dấu hiệu tốt hơn về hiệu suất của chất phụ gia. Sau đó, các thử nghiệm thực tế được thực hiện.
QUY TẮC #3
Dầu gốc chỉ có thể hòa tan (mang) một lượng phụ gia nhất định. Do đó, việc bổ sung phụ gia bổ sung vào dầu có độ hòa tan thấp hoặc đã bão hòa phụ gia có thể đơn giản có nghĩa là phụ gia sẽ lắng ra khỏi dung dịch và tồn tại ở đáy cacte hoặc bể chứa. Chất phụ gia có thể không bao giờ thực hiện được chức năng đã được tuyên bố hoặc dự định của nó.
Nếu bạn chọn sử dụng chất phụ gia sau bán trên thị trường, trước khi thêm bất kỳ chất phụ gia bổ sung hoặc chất điều hòa dầu nào vào hệ thống bôi trơn, hãy thực hiện các biện pháp phòng ngừa sau:
-
Xác định xem có vấn đề bôi trơn thực tế hay không. Ví dụ, vấn đề ô nhiễm dầu thường liên quan đến việc bảo trì kém hoặc lọc không đầy đủ và không nhất thiết là bôi trơn kém hoặc dầu kém chất lượng.
-
Chọn phụ gia bổ sung hoặc dầu dưỡng phù hợp. Điều này có nghĩa là dành thời gian để nghiên cứu thành phần và khả năng tương thích của các sản phẩm khác nhau trên thị trường.
-
Nhấn mạnh rằng dữ liệu thử nghiệm thực tế tại hiện trường được cung cấp để chứng minh những tuyên bố được đưa ra liên quan đến hiệu quả của sản phẩm.
-
Tham khảo phòng thí nghiệm phân tích dầu độc lập, uy tín. Phân tích dầu hiện có ít nhất hai lần trước khi thêm chất phụ gia bổ sung. Điều này sẽ thiết lập một điểm tham chiếu.
-
Sau khi bổ sung chất phụ gia đặc biệt hoặc chất điều hòa, hãy tiếp tục phân tích dầu một cách thường xuyên. Chỉ thông qua phương pháp so sánh này mới có thể thu được dữ liệu khách quan về hiệu quả của chất phụ gia.
Có rất nhiều tranh cãi xung quanh việc áp dụng các chất phụ gia bổ sung. Tuy nhiên, đúng là một số chất phụ gia bôi trơn bổ sung sẽ làm giảm hoặc loại bỏ ma sát trong một số ứng dụng như cách sử dụng máy công cụ, bộ truyền động bánh răng chịu áp suất cao và một số ứng dụng hệ thống thủy lực áp suất cao.
Dầu động cơ máy bay phân tán không tro sẽ tồn tại được bao lâu?
Khi được hỏi về một ví dụ về động cơ làm mát bằng không khí, nhiều người sẽ nhắc đến Porsche 911 Carrera, được biết đến với động cơ sáu xi-lanh phẳng làm mát bằng không khí hàng đầu, được gọi là động cơ 'Boxer'. Được nhiều người biết đến với cái tên '911 làm mát bằng không khí', phiên bản cuối cùng của động cơ sáu xi-lanh phẳng làm mát bằng không khí của Porsche đã bị ngừng sản xuất sau mẫu xe năm 1998 để chuyển sang sử dụng động cơ làm mát bằng nước. Đây là một trong những chiếc ô tô tiêu dùng cuối cùng được sản xuất với động cơ làm mát bằng không khí.1, 2
Ngược lại, ngành hàng không sử dụng kết hợp cả động cơ làm mát bằng không khí và nước, thậm chí còn ưu tiên lựa chọn làm mát bằng không khí trong trường hợp động cơ piston máy bay. Phương pháp làm mát ưa thích này của ngành hàng không gợi ý lý do đằng sau sự phổ biến của chất phân tán không tro trong dầu động cơ hàng không.
Dầu thầu dầu là loại dầu được lựa chọn làm dầu máy bay vào đầu kỷ nguyên hàng không vì tính bôi trơn tốt của chúng. Những loại dầu này đã bị loại bỏ để nhường chỗ cho các loại dầu gốc khoáng vào khoảng năm 1925-1935. Vào thời điểm đó, những loại dầu này không chứa bất kỳ chất phụ gia nào và so với động cơ ngày nay, mức tiêu thụ dầu cực kỳ cao và động cơ cần phải bổ sung thường xuyên.
Các chất phụ gia, chẳng hạn như chất phân tán không tro, giúp giảm mức tiêu thụ dầu động cơ. Nhưng trước khi đi sâu vào tầm quan trọng của chất phân tán không tro trong dầu động cơ hàng không, điều quan trọng là phải hiểu chất phân tán không tro là gì. Chất phân tán không tro giúp ngăn ngừa cặn kim loại hình thành trong động cơ, có thể gây cháy sớm và có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng cho động cơ.3 Chất phân tán không tro hoạt động bằng cách phân tán tro tích tụ ra khỏi các bộ phận của động cơ để ngăn ngừa sự tích tụ và mài mòn quá mức.
Hiệp hội Chủ sở hữu và Phi công Máy bay (AOPA) tuyên bố rằng “dầu phân tán không tro có chất phụ gia giúp loại bỏ các mảnh vụn và đưa nó đến bộ lọc hoặc màn hình.”4 AOPA tuyên bố thêm rằng “Đây là một chất lượng rất quan trọng, xét đến độ mài mòn tương đối cao của động cơ máy bay cũng như lượng axit đốt cháy và các chất gây ô nhiễm khác lọt qua các vòng và van xi lanh.” Trên thực tế, chất phân tán không tro hoạt động bằng cách bao quanh các mảnh vụn không mong muốn để ngăn không cho nó lắng xuống và gây mài mòn cũng như hư hỏng khác chẳng hạn như cháy sớm.5
Động cơ piston máy bay khác với thiết kế và chế tạo của động cơ ô tô hiện đại về nhiều mặt, đáng chú ý nhất là ở dải truyền động của chúng. Động cơ ô tô thường có giới hạn đỏ khoảng 6.000-7.000 vòng/phút (vòng/phút) và hiếm khi hoạt động ở công suất cực đại quá vài giây mỗi lần, trong khi động cơ máy bay thường tạo ra công suất cực đại ở khoảng 2.700 vòng/phút và hoạt động ở mức này trong phần lớn hoạt động của nó,6 với mức cao hơn là của máy bay trong Thế chiến thứ hai (WWII), đạt đỉnh 3.200 vòng/phút.
Một điểm khác biệt nữa là ở mục tiêu chung trong việc chế tạo các loại động cơ này. Hiện tại, ngành công nghiệp ô tô đang tập trung vào việc cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu bằng cách giảm kích thước và mang lại sự thuận tiện cho cả người lái và hành khách. Ngược lại, động cơ máy bay tập trung vào độ tin cậy và sự đơn giản. Một ví dụ điển hình cho điều này là Lockheed Constellation, một loại máy bay trong Thế chiến thứ hai được mệnh danh là “máy bay 3 động cơ an toàn nhất”, mặc dù nó có thiết kế 4 động cơ, vì các chuyến bay nước ngoài thường khiến một động cơ bị hỏng trên đường đi.
Trong Thế chiến thứ hai, động cơ làm mát bằng nước chủ yếu là thiết kế V12, trong khi động cơ làm mát bằng không khí là thiết kế một hoặc hai sao hình ngôi sao với bảy đến chín xi-lanh mỗi sao. Mật độ quyền lực tăng nhanh trong Thế chiến thứ hai; Động cơ máy bay có dung tích 20-50 lít và thường được tăng áp, được phát minh lần đầu tiên ở Đức và sau đó được quân Đồng minh tăng áp. Chỉ số octan của nhiên liệu được sử dụng thường là 90 octan hoặc thấp hơn, tăng lên 100 octan và thậm chí cao tới 150 octan trong chiến tranh, trái ngược hoàn toàn với 100 octan ngày nay, không chứa chì và lưu huỳnh.
Những động cơ này đạt công suất khoảng 50 mã lực/lít và có thể được tăng áp thêm 50% bằng cách phun nước-metanol trong tối đa 90 giây. Ngày nay, động cơ ô tô chở khách chạy xăng được sản xuất hàng loạt có công suất từ 100-150 mã lực/lít, một bước tiến đáng kể về công nghệ động cơ trong thế kỷ qua. Một trong những vấn đề gây khó khăn cho cả hai bên trong Thế chiến thứ hai là độ tin cậy của động cơ, ngay cả khi không tiếp xúc với kẻ thù. Do không được bảo trì đầy đủ và thiếu kiến thức về các chất phụ gia nên dẫn đến đánh lửa sớm, hình thành muội than và cặn bám, gây ra các vấn đề lớn. Đây là sự ra đời của dầu động cơ tổng hợp và các chất phụ gia chức năng. Dầu gốc được Luftwaffe sử dụng là hỗn hợp diester không tro với dầu polyetylen 7, được trộn với phụ gia chịu cực áp/chống mài mòn "Mesulfol II" (chất mang lưu huỳnh). Năm 1944, các máy bay chiến đấu P-38, P-47, P-51 và B-25⁸ của Không quân Hoa Kỳ bắt đầu sử dụng polypropylene glycol không tro của Bridgestone (Union Carbide). Cả hai loại dầu này đều đã ngừng hoạt động sau Thế chiến thứ hai, nhưng polyalkylene glycol (PAG) vẫn có một số đặc tính tự làm sạch và phân tán.
So sánh động cơ ô tô của những năm 1960 với động cơ hiện đại cho thấy một số thay đổi và tiến bộ rõ ràng, trong khi so sánh hai động cơ máy bay cho thấy hai động cơ trông rất giống nhau. Hình 2 và 3 cho thấy sự so sánh của hai động cơ từ năm 1967 và 2015.
So sánh động cơ ô tô và động cơ máy bay là rất quan trọng để hiểu tại sao chất phân tán không tro vẫn phổ biến trong dầu động cơ hàng không nhưng hiếm khi được đề cập khi thảo luận về dầu động cơ ô tô. Tìm kiếm "chất phân tán không tro" trên Google sẽ đưa ra hầu hết tất cả các kết quả liên quan đến động cơ máy bay và dầu động cơ máy bay. Công nghệ tiên tiến của ô tô mới được thiết kế để giữ cho động cơ ở trạng thái nguyên sơ càng lâu càng tốt nhằm tận dụng tối đa nhiên liệu trong bình, chưa kể ô tô điện không cần dầu động cơ. Tuy nhiên, các thiết kế động cơ piston máy bay cũ giống động cơ ô tô những năm 1960 hơn, dựa vào một số cặn bám còn sót lại trong động cơ và không được thiết kế để chạy trong điều kiện "như mới" trong suốt thời gian sử dụng của chúng.
Do đó, các nhà sản xuất ô tô có xu hướng khuyên dùng SAP tổng hợp hoàn toàn, trung bình (tro sunfat <0.80 wt.-%) or low SAP (sulfated ash <0.50 wt.-%) oils with complex additive packages, while aircraft manufacturers generally endorse two more basic oils: straight mineral oil and ashless dispersant mineral oil. SAP stands for sulfur, ash and phosphorus. Straight mineral oils (API Groups I-III) are essentially oils produced from a refinery and are often recommended for the break-in period of new aircraft piston engines.
Theo Ben Visser, chuyên gia bôi trơn đã nghỉ hưu tại AeroShell, “Trước đây, bôi trơn xi lanh yêu cầu xử lý crom cứng truyền thống để đáp ứng các thông số kỹ thuật và các hạt mài mòn hoạt động như một chất mài mòn.”13 Sau giai đoạn thử nghiệm, các khuyến nghị được điều chỉnh để ngăn ngừa cặn lắng bổ sung không mong muốn. Hầu hết các nhà sản xuất máy bay đều khuyến nghị sử dụng dầu phân tán không tro thay vì dầu khoáng thẳng sau giai đoạn thử nghiệm để loại bỏ các hạt kim loại dư thừa và chất gây ô nhiễm.
Bất chấp độ bền của các loại dầu không tro này trong động cơ piston máy bay, vẫn có một thách thức tiềm ẩn đối với độ bền lâu dài của dầu phân tán không tro: máy bay điện. Vào năm 2014, Klaus Ohlmann đã lập bảy kỷ lục thế giới trên chiếc xe e-Genius hai chỗ ngồi của mình. Chúng bao gồm kỷ lục tốc độ 142,7 mph (229,7 km/h) và tổng quãng đường bay là 313 dặm (504 km). Những kết quả này không mang tính đột phá trong bối cảnh của tất cả các máy bay, nhưng biết rằng e-Genius đạt được những kỳ tích này chỉ bằng cách sử dụng động cơ điện và pin làm nguồn điện đã là một thành tựu đáng chú ý. 14, 15 Điều ấn tượng hơn nữa là e-Genius chỉ tiêu thụ 1/5 năng lượng cần thiết để di chuyển cùng một quãng đường trên một chiếc máy bay hai chỗ ngồi chạy bằng nhiên liệu. 15 Những kết quả này đầy hứa hẹn cho tương lai của máy bay điện, nhưng chúng có ý nghĩa gì đối với nhiên liệu máy bay?
Chiếc “e-Genius” của Đại học Stuttgart ở Đức trông giống như một chiếc tàu lượn tương lai, nhưng còn có những khái niệm máy bay điện phức tạp hơn. Từ máy bay chạy hoàn toàn bằng điện đến máy bay hybrid, điện khí hóa như một tầm nhìn về tương lai đang “thịnh hành” trong ngành hàng không. Eviation đã tiết lộ chiếc máy bay chở khách chín hành khách “Alice” với tầm bay ước tính khoảng 600 dặm. Airbus đã tiết lộ e-fan X, có thể chở nhiều hành khách hơn, với một trong các động cơ được thay thế bằng động cơ điện 2 megawatt. 17 Máy bay X-57 thử nghiệm chạy hoàn toàn bằng điện của NASA có động cơ điện lớn ở đầu cánh để bay và 12 động cơ điện nhỏ hơn với cánh quạt gấp để cất cánh.
Máy bay cất cánh và hạ cánh thẳng đứng (VTOL) là một loại máy bay điện khác. Họ tập trung vào giao thông hàng không trong khu vực và kết nối các trung tâm thành phố như “taxi hàng không đô thị” vì họ chỉ cần một bãi đáp. Các ví dụ bao gồm: CityAirbus, Daimler Velocopter, Boeing NEXT và Lilium jet.
Rõ ràng là thế giới đang hướng tới công nghệ điện. Công nghệ này đã được áp dụng trong ngành công nghiệp ô tô, với doanh số của các dòng xe Chevrolet Volt, Nissan Leaf, Toyota Prius Prime và Tesla tăng dần qua từng năm. 19 Các máy bay như e-Genius cũng đang chứng minh tiềm năng chia sẻ công nghệ này với ngành hàng không, nhưng điều đó không có nghĩa là sự ra đời của máy bay điện sẽ khai tử chất bôi trơn động cơ hàng không.
Theo General Aviation News, tuổi trung bình của một chiếc máy bay hàng không chung* là 50 năm, với năm sản xuất trung bình là năm 1970.20 Để so sánh, tuổi thọ trung bình của một chiếc ô tô tiêu dùng chỉ là 12 năm, với năm sản xuất trung bình là năm 2008.21 Về lý thuyết, điều này có nghĩa là một tính năng hoặc quy định mới sẽ không bắt buộc cho đến năm 2032. Điều này khiến việc thay đổi công nghệ hàng không trở nên tốt hơn hoặc xấu đi trở nên khó khăn hơn. Trong trường hợp dầu động cơ hàng không, điều này đã cản trở việc áp dụng các công nghệ như dầu tổng hợp hoàn toàn với các gói phụ gia phức tạp trong máy bay, nhưng nó cũng giúp chất phân tán không tro tồn tại trước mối quan tâm toàn cầu hiện nay về nhiên liệu thay thế và các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt hơn.
Rõ ràng, đang có sự cạnh tranh giữa hàng không và điện khí hóa. Mục tiêu là đạt được phương tiện vận chuyển trung hòa CO2 và ngành hàng không đang đi trước ngành công nghiệp ô tô về mặt này. ASTM D7566, thông số kỹ thuật chính cho nhiên liệu máy bay phản lực truyền thống, hiện có bảy phụ lục xác định các lộ trình khác nhau cho nhiên liệu hàng không bền vững (SAF), cho phép sản xuất tới 50% SAF từ các nguồn khác nhau như tài nguyên và quy trình sinh khối. Đây có thể là một bản thiết kế chi tiết cho động cơ đốt trong. BMW gần đây đã thông báo rằng họ đã phê duyệt nhiên liệu diesel tái tạo 100%, được gọi là HVO100. HVO100 là bản sao hóa học của dầu diesel hydrocarbon. Porsche thúc đẩy phát triển nhiên liệu tổng hợp hoặc nhiên liệu điện, được sản xuất từ CO2 và hydro sử dụng năng lượng tái tạo. Một lựa chọn khác là trộn nhiên liệu với dầu ăn thải đã hydro hóa 33% thể tích để sản xuất dầu diesel, như Volkswagen đã đề xuất với R33 BlueDiesel.
Trong khi cấu trúc cơ khí của động cơ máy bay hầu như không thay đổi trong nửa thế kỷ qua thì cấu trúc cơ khí của động cơ ô tô đã thay đổi đáng kể. Bất chấp sự khác biệt lớn về lịch sử phát triển, dự kiến công nghệ điện sẽ thâm nhập vào cả hai ngành trong những năm tới. Mặc dù điều này có thể dẫn đến giảm lượng chất bôi trơn động cơ máy bay được sử dụng, nhưng việc tiếp tục tồn tại các máy bay cũ có thiết kế động cơ piston đơn giản rất có thể sẽ dẫn đến sự tồn tại liên tục của chất bôi trơn động cơ hàng không phân tán không tro. Chất bôi trơn phân tán không tro có thể không có nhiều phát triển và cải tiến mới trong vài năm tới, nhưng giống như máy bay mà chúng phục vụ, chúng có thể sẽ tiếp tục tồn tại trong nhiều năm tới.