Wykorzystanie smarów jest fundamentalnym elementem każdego układu mechanicznego, który umożliwia jego optymalne funkcjonowanie przez dłuższy czas. Jednym z aspektów smarów, który może znacznie poprawić ich właściwości, są dodatki uszlachetniające.
Znaczenie dodatków w formulacji środków smarowych
Najważniejszą cechą środka smarnego jest jego zdolność do zapobiegania zużyciu. Tego typu zużycie mechaniczne może przybierać różne formy w układzie smarowanym, w tym:
- Zużycie adhezyjne,
- Zużycie ścierne,
- Wżery,
- Odpryskiwanie.
Wykorzystanie dodatków zapobiegających zużyciu, zwłaszcza w smarach, nie może być przeceniane. Ograniczając zużycie stają się filarem skuteczności działania i stanowią integralną część urządzeń mechanicznych. Obecnie są nieodłącznym elementem kompozycji nowoczesnych środków smarnych, zwłaszcza pracujących w trudnych warunkach eksploatacyjnych.
Istnieją dwa rodzaje tego typu dodatków, stosowanych w zależności od sytuacji:
- Dodatki przeciwzużyciowe (z ang. anti-wear, AW),
- Dodatki przeciwzatarciowe (z ang. extreme-pressure, EP).
Działają jako materiał eksploatacyjny – przylegają do trących powierzchni metalowych dzięki swojej polaryzacji i reagują z nimi pod wpływem ciepła generowanego przez kontakt fizyczny. Tworzą w ten sposób warstwę ochronną, która minimalizuje zużycie, chroni olej bazowy przed utlenianiem oraz zabezpiecza metale przed działaniem żrących kwasów.
Jak określić wydajność dodatku AW/EP?
Właściwości trybologiczne dodatków określa się za pomocą specjalistycznych metod testowych. Jedną z nich jest test metodą 4-kulowa. To powszechna technika, która polega na obracaniu stalowej kuli względem trzech nieruchomych, nasmarowanych kulek ustawionych w pozycji kołyski. Test ten określa właściwości zapobiegające zużyciu smaru przy określonym obciążeniu, prędkości, temperaturze i czasie, które są określone w normach ASTM D4172 (AW) lub ASTM D2783 (EP). Warunki testowania właściwości AW to zazwyczaj 1200 obr./min i obciążenie 40 kg w temperaturze 75°C przez 60 minut. Właściwości EP mierzy się zwykle w temperaturze pokojowej, w czasie 10s, przy zmiennym obciążeniu. Wyniki testu zużycia 4-kulowego są przedstawiane jako ślady zużycia, które pojawiają się na nieruchomych kulkach, a następnie mierzone są pod względem wielkości i uśredniane.
Dodatki przeciwzużyciowe AW
W celu zmniejszenia tempa ciągłej i umiarkowanej degradacji układów mechanicznych, w kompozycjach olejów smarnych wykorzystywane są dodatki przeciwzużyciowe – Anti-Wear.
- Dodatki AW sprawdzą się w przypadku środków smarnych pracujących w łagodnych warunkach, przy niskich obciążeniach i wysokich prędkościach,
- Ich rolą jest zmniejszenie współczynnika tarcia poprzez ochronę współpracujących powierzchni metalowych,
- Aktywują się w wyniku wzrostu temperatury spowodowanego obciążeniem i przy niskich ciśnieniach,
- Ich mechanizm działania opiera się na wytworzeniu na powierzchni metalu cienkiej, ochronnej warstwy trybologicznej. Działają bez zmian chemicznych i wymagają mniejszej energii aktywacji. Procesy te (np. adsorpcja fizyczna) są zazwyczaj odwracalne.
- Wchodzą w skład olejów hydraulicznych, silnikowych, przekładniowych, płynów do automatycznych skrzyń biegów, niektórych smarów,
- Przykładami dodatków AW są estry kwasu fosforowego, dialkiloditiofosforany cynku (ZDDP) czy związki siarki i fosforu,
- Portfolio Grupy PCC obejmuje dodatki przeciwzużyciowe, które są produktami z serii Rokolub AD (np. Rokolub AD 246 ultra).
Dodatki przeciwzatarciowe EP
W celu zapewnienia smarowania w warunkach zerwania filmu olejowego, stosowane są dodatki przeciwzatarciowe – Extreme Pressure. Są zaprojektowanie do pracy w warunkach tzw. smarowania granicznego.
- Dodatki EP są dedykowane do stosowania przy większych obciążeniach, w wysokich temperaturach i niskich prędkościach. Aktywują się przy podwyższonych ciśnieniach,
- Przeznaczone są do bardziej intensywnych oddziaływań metal-metal, a zatem powłoka jest bardziej wytrzymała i grubsza niż w przypadku dodatków AW,
- Ich mechanizm działania opiera się na wejściu w nieodwracalną reakcję trybochemiczną na styku faz, w wyniku której powstaje warstwa ochronna. Taki proces wymaga dużej energii aktywacji,
- Pod względem chemicznym działają bardziej agresywnie, charakteryzując się większą szybkością reakcji z metalem, a także szybszym tworzeniem się powłoki przeciwzatarciowej. W niektórych przypadkach ta wysoka reaktywność może powodować, że wybrane dodatki EP będą korozyjne dla konkretnych metali, co uzasadnia ostrożne ich stosowanie,
- Sprawdzą się w bardziej niszowych aplikacjach, które zazwyczaj obejmują płyny przekładniowe, a także ciecze do obróbki metali,
- Typowe dodatki EP to związki (często organiczne) oparte na borze, chlorze, fosforze lub siarce. Obejmują chlorowane parafiny lub związki aromatyczne, siarkowane oleje mineralne, estry kwasu arylo(alkilo)fosforowego, chlorowane i/lub siarkowane kwasy tłuszczowe lub olefiny, glikol polialkilenowy itp.,
- Dodatki przeciwzatarciowe w Grupie PCC to produkty z serii EXOfos (np. EXOfos PA-080S, EXOfos PB-184).
