Tribologia: di cosa si occupa e quali sono le sue applicazioni?

Che cos’è la tribologia?

La tribologia è definita come la scienza e la tecnologia che si occupano delle superfici in movimento relativo e in interazione reciproca. Comprende lo studio dell’attrito, dell’usura e della lubrificazione, nonché delle interazioni che si verificano all’interfaccia tra corpi a contatto. Questi processi includono, tra gli altri, il trasferimento di forze, la conversione di energia meccanica, le trasformazioni fisico-chimiche e i fenomeni di incastro meccanico derivanti dalla morfologia e dalla topografia della superficie. L’obiettivo chiave della tribologia è comprendere le interazioni superficiali , consentendo così la risoluzione dei problemi e l’individuazione di soluzioni appropriate. Questo campo è di natura interdisciplinare: attinge alle competenze dell’ingegneria meccanica, della scienza dei materiali, dell’ingegneria chimica e di molte altre discipline. Un approccio così ampio è essenziale per spiegare appieno i complessi fenomeni fisici che si verificano nella zona di attrito.

Il meccanismo dell’attrito

L’attrito è, per definizione, la resistenza tangenziale al movimento tra due corpi solidi a contatto. L’entità di questa resistenza è funzione dei materiali, della geometria e delle proprietà superficiali dei corpi a contatto, nonché delle condizioni operative e dell’ambiente. Questo meccanismo deriva da interazioni fisiche che si verificano principalmente su scala microscopica.

Si distinguono i seguenti tipi:

• Attrito cinetico (di movimento) – resistenza tra due superfici a contatto e in movimento l’una rispetto all’altra,
• Attrito statico: presente durante la transizione dallo stato di quiete a quello di movimento, così come quando il movimento si arresta. Generalmente maggiore dell’attrito dinamico.

Le superfici dei corpi, anche quelle che appaiono perfettamente lisce, sono piene di depressioni e irregolarità a livello molecolare. Durante il movimento, queste si incastrano e si intrecciano, e superare queste barriere richiede l’apporto di energia esterna.

L’adesione è anche un fenomeno chiave nel contesto dell’attrito. Nei punti di contatto effettivo tra i corpi, si formano legami intermolecolari, tra cui forze di van der Waals e forze capillari. Inoltre, durante il processo di attrito, si generano cariche elettriche sulle superfici (effetto triboelettrico). Queste cariche aumentano le forze ioniche superficiali, che favoriscono la formazione di forze di contatto adesive.

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Vale la pena notare che l’attrito si verifica non solo all’interfaccia tra due oggetti diversi, ma anche all’interno di un singolo corpo, quando i suoi strati o particelle si muovono l’uno rispetto all’altro. Questo fenomeno è noto come attrito interno . La sua natura dipende dallo stato della materia: nei gas e nei liquidi si manifesta come viscosità (forze relativamente piccole), mentre nei solidi è molto più intensa, a causa della disposizione ordinata degli elementi strutturali.

Lubrificanti come sostanze che riducono l’attrito

La lubrificazione è il metodo fondamentale utilizzato nella manutenzione dei macchinari per la produzione di beni. Nel caso di componenti scorrevoli, come sistemi pistone-cilindro, ingranaggi e camme, la lubrificazione tra due o più componenti è essenziale per garantire il regolare funzionamento della macchina.

Un lubrificante è una sostanza progettata per ridurre l’attrito tra superfici a contatto, riducendo in definitiva il calore generato durante il movimento di tali superfici. Il meccanismo d’azione si basa sulla sostituzione dell’attrito secco (tra solidi) con l’attrito interno di un fluido a bassa viscosità o sulla formazione di uno strato limite stabile.

Oltre a ridurre l’attrito, una corretta lubrificazione contribuisce a:

• Dissipazione del calore,
• Riduzione del rumore,
• Protezione dalla corrosione,
• Sigillatura efficace,
• Rimozione dei contaminanti.

Olio base: il fattore chiave per ridurre l’attrito

Gli oli base sono le materie prime utilizzate nella produzione di lubrificanti e le loro proprietà hanno un impatto significativo sulle prestazioni e sulle caratteristiche del prodotto finito, tra cui viscosità, stabilità/durata e capacità di carico.

Esistono cinque gruppi principali di oli base:

Gruppi I, II, III – oli derivati ​​dal petrolio

Il Gruppo I comprende gli oli più economici ottenuti tramite semplice raffinazione con solventi. Sono caratterizzati da una saturazione di idrocarburi < 90%e un indice di viscosità di 80-120. Gli oli base del secondo gruppo sono prodotti mediante un processo di idrocracking. Presentano proprietà migliori rispetto agli oli del Gruppo I. Contengono meno impurità e hanno un indice di viscosità più elevato. Gli oli del Gruppo III sono prodotti di altissima purezza, sottoposti a idrocracking profondo. Le loro proprietà sono simili a quelle degli oli sintetici.

Gruppo IV – oli sintetici

Sono caratterizzati da elevata stabilità termica e ossidativa. Inoltre, presentano una bassa variazione di viscosità in un ampio intervallo di temperature.

Questo gruppo di composti comprende le polialfaolefine (PAO), che sono idrocarburi sintetici molto diffusi. Si tratta di prodotti della polimerizzazione dell’etilene ottenuto dal petrolio greggio tramite il cracking della nafta. Grazie alla loro completa saturazione (assenza di doppi legami), questi oli sono resistenti all’ossidazione e alla degradazione ad alte temperature.

Gruppo V – altri oli base

Questo gruppo comprende tutte le altre basi, inclusi esteri, poliglicoli alchilenici (PAG) e siliconi. Anche le alternative vegetali agli oli minerali e sintetici stanno diventando sempre più comuni. Si tratta principalmente di trigliceridi naturali, come l’olio di colza o di girasole.

Oli base – la gamma del Gruppo PCC

Il Gruppo PCC offre una gamma completa di oli base speciali utilizzati nei lubrificanti sintetici. Questi prodotti sono impiegati in fluidi idraulici , fluidi per lavorazioni meccaniche , compressori , riduttori industriali e nell’industria tessile.

È disponibile un’ampia gamma di prodotti all’interno della serie Rokolub . Questi sono principalmente:

• Glicoli polialchilenici idrosolubili (PAG) (serie Rokolub 50-B e serie Rokolub 60-D) ,
• Glicoli polialchilenici (PAG) insolubili in acqua (serie Rokolub PB e serie Rokolub PO-D) ,
• Esteri fosfatici (serie Rokolub FR I e serie Rokolub FR T) .

Additivi AW ed EP e caratteristiche di attrito tribologico

Negli oli e nei grassi utilizzati nell’industria, gli oli base sono il componente principale. Gli additivi che migliorano le prestazioni svolgono un ruolo significativo, migliorando le proprietà naturali degli oli base.

Gli additivi che migliorano le proprietà lubrificanti sono composti chimici che partecipano a reazioni tribochimiche. I più comunemente utilizzati sono gli additivi che controllano l’usura e l’attrito. Si presentano sotto forma di additivi antiusura (AW) o additivi per pressioni estreme (EP).

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Additivi antiusura (AW)

Gli additivi antiusura (AW) sono componenti lubrificanti che reagiscono chimicamente con la superficie metallica da proteggere, formando un rivestimento protettivo che protegge il metallo dall’usura in condizioni di lubrificazione limite. Gli additivi antiusura creano una superficie meno soggetta a danni rispetto al metallo base non protetto. I tipi più comuni di additivi antiusura includono composti di zinco (ad esempio dialchilditiofosfato di zinco, ZDDP), composti di molibdeno (ad esempio ditiocarbammato di molibdeno) e additivi a base di fosforo e boro. Il Gruppo PCC offre additivi AW, ovvero prodotti della serie Rokolub AD (ad esempio Rokolub AD 246 ultra ).

Additivi per pressioni estreme (EP)

La loro funzione principale è quella di prevenire il contatto superficiale sotto carichi estremamente elevati. Reagiscono chimicamente con le superfici metalliche, formando uno strato protettivo che le protegge dal grippaggio e dall’usura. Gli additivi EP consentono al grasso di resistere a pressioni di breve durata superiori alla sua normale capacità di carico senza subire danni. Generalmente agiscono in modo più forte e aggressivo rispetto agli additivi antiusura. Esempi tipici di additivi EP includono composti a base di zolfo (ad esempio grassi e oli solforati), composti di fosforo (ad esempio fosfati, tiofosfati) o sostanze come solfuri di grafite e molibdeno. Nel portfolio del Gruppo PCC, gli additivi EP sono principalmente prodotti della serie EXOfos (ad esempio EXOfos PA-080S , EXOfos PB-184 ). Scopri la gamma completa di additivi per pressioni estreme .