Loại nào bôi trơn hiệu quả hơn, dầu hay mỡ? Hơn 95% tất cả các bộ phận được bôi trơn bằng dầu, không phải vì nó bôi trơn tốt hơn mà vì nó có nhiều đặc tính hơn.
Dầu mỡ thường chỉ được sử dụng nếu không thể sử dụng dầu vì việc bịt kín điểm bôi trơn có vấn đề hoặc đắt tiền. Thông thường, mỡ bôi trơn trên các ổ lăn, với gần 80% các ổ trục này được bôi trơn bằng mỡ.
Trong quá trình phân tích, dầu và mỡ hoạt động tương tự. Mặc dù cả hai đều chứa thông tin quan trọng, nhưng việc giải thích kết quả đối với dầu mỡ sẽ khó hơn. Các phương pháp sau đây trình bày những cách quan trọng nhất để phân tích mỡ bôi trơn.
Quang phổ phát xạ nguyên tử
Quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) bằng phương pháp Rotrode có thể được sử dụng để cung cấp thông tin về độ mòn, tạp chất, chất làm đặc và mức phụ gia trong mẫu dầu mỡ. Giá trị sắt và crom tăng lên có thể cho thấy ổ lăn đã bị mài mòn, trong khi đồng, chì và thiếc cho thấy sự ăn mòn hoặc mài mòn từ lồng ổ trục.
Các tạp chất có thể có như silic (bụi), cặn canxi (vôi) hoặc nước cứng giúp xác định nguyên nhân gây mòn. Sự sai lệch giữa mỡ tươi và mỡ đã qua sử dụng về hàm lượng và thành phần của gói phụ gia hoặc chất làm đặc cho thấy rằng một loại mỡ khác đang được sử dụng.
Chỉ số định lượng hạt
Chỉ số định lượng hạt (PQ) chuyên xác định các hạt sắt có thể từ hóa. Không giống như AES, không thể dễ dàng phát hiện các hạt sắt lớn hơn 5 micron, chỉ số PQ ghi lại tất cả các hạt mài mòn có thể từ hóa bất kể kích thước của chúng. Chiều cao của chỉ số PQ sau đó được đo cùng với hàm lượng sắt AES.
Cách FTIR hoạt động
Chỉ số PQ cực đoan (hơn 500) chỉ ra rằng sự mài mòn cấp tính đã diễn ra bất kể giá trị sắt AES. Thường đã có rỗ hoặc mệt mỏi vật liệu. Mức PQ cao (hơn 200) với giá trị sắt AES thấp (dưới 100) biểu thị rằng sự mài mòn cấp tính đang xảy ra và gây ra các hạt mài mòn tương đối lớn.
Chỉ số PQ tăng lên (hơn 100) kết hợp với giá trị sắt AES tương ứng cao là dấu hiệu của sự mệt mỏi điển hình của vật liệu trong quá trình mài mòn “bình thường” xảy ra. Chỉ số PQ thấp (dưới 50) kèm theo giá trị sắt AES cao (hơn 100) luôn là dấu hiệu của sự ăn mòn và hình thành gỉ. Rust rất ít từ tính nên nó tạo ra chỉ số PQ thấp.
Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
Nguyên tắc của quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier ( FTIR ) dựa trên việc có các phân tử có trong chất bôi trơn hấp thụ ánh sáng hồng ngoại ở các mức độ khác nhau do cấu trúc hóa học của chúng. Các thay đổi đối với chất bôi trơn đã sử dụng có thể được so sánh với phổ tham chiếu của dầu mỡ mới và sau đó được mô tả, tính toán và giải thích là “đỉnh” điển hình cho các số sóng nhất định.
Ngoài các biện pháp kiểm soát nhận dạng , ví dụ , quá trình oxy hóa cũng có thể được chứng minh bằng quang phổ FTIR. Khi chúng già đi, các hợp chất phân tử thay đổi và hấp thụ nhiều ánh sáng hồng ngoại hơn so với dầu mỡ mới. Thông qua quá trình biến đổi Fourier, các giá trị này có thể được đọc và các dao động phân tử được biểu diễn trong biểu đồ FTIR.
Tùy thuộc vào các hợp chất phân tử, các đỉnh phát triển thành các số sóng tương ứng. Chất bôi trơn tổng hợp thường chứa các thành phần gốc este. Do các phân tử oxy chứa bên trong chúng, chúng hấp thụ ánh sáng hồng ngoại ở gần như cùng dải bước sóng với các liên kết oxy kép hình thành thông qua quá trình oxy hóa. Đây là lý do tại sao các thay đổi oxy hóa đối với dầu tổng hợp không thể được tính toán chính xác chỉ bằng FTIR. Kiểm tra RULER là cần thiết cho việc này.
Thông qua việc so sánh với quang phổ dầu mỡ mới lắng đọng, quy trình cung cấp thông tin nhanh chóng và đáng tin cậy về việc các loại mỡ đã được trộn lẫn với nhau hay đã sử dụng một loại mỡ hoàn toàn khác. Quá trình này cũng có thể xác định xem dầu mỡ có chứa dầu gốc là dầu tổng hợp hay dầu khoáng hay không.
Đối với dầu gốc có nguồn gốc từ dầu khoáng, FTIR xác định xem quá trình oxy hóa đã xảy ra do thiếu bôi trơn lại hay do hư hỏng do nhiệt độ cao. Nếu mỡ có chứa chất phụ gia chịu áp suất cao, có thể phát hiện ra sự hư hỏng của chất phụ gia. So sánh dầu mỡ mới cũng có thể chứng minh liệu có quá nhiều nước hay không.
Chuẩn độ Karl Fischer
Quá nhiều nước trong dầu mỡ có thể gây ăn mòn và hư hỏng ổ trục. Ở những nơi có chuyển động tương đối cao, hiện tượng xâm thực có thể xảy ra. Nếu có quá nhiều nước hoặc nước thấm vào liên tục, việc bôi trơn lại phải được thực hiện thường xuyên hơn. Nếu mỡ không chịu được nước, mỡ có thể bị mềm hoặc chảy nước, chất lượng sẽ giảm.
Máy chuẩn độ Karl Fischer (Tham khảo Hanna Instruments)
Cũng như với dầu, lượng nước trong mẫu mỡ được tính bằng phương pháp Karl Fischer (KF). Nó yêu cầu rằng nước phải được “đẩy ra” khỏi mẫu. Với dầu, nước từ mẫu kín được hấp đi bằng cách đun nóng đến nhiệt độ lên đến 140 độ C. Tuy nhiên, việc đun sôi nước ra khỏi dầu mỡ sẽ khó hơn nhiều.
Trong trường hợp này, nước phải được chiết từ từ ở nhiệt độ 120 độ C. Nước được dẫn vào bình chuẩn độ bằng cách sử dụng một kim rỗng và nitơ. Sau đó xảy ra phản ứng điện hóa với dung dịch KF đặc biệt. Khi đã đạt đến điểm chuyển tiếp của đường cong chuẩn độ, hàm lượng nước chính xác có thể được tính bằng phần triệu.
Nếu dầu mỡ chứa quá nhiều nước, điều quan trọng là phải tìm ra nguồn gốc và loại bỏ nó. Phương pháp Karl Fischer cung cấp thông tin định lượng về hàm lượng nước. Các nguyên tố được khảo sát bằng quang phổ phát xạ nguyên tử giúp phân biệt giữa nước ngưng và nước máy.
Nếu mẫu dầu mỡ đã sử dụng không giống với mẫu dầu mỡ mới và bị ô nhiễm natri, canxi, kali hoặc magiê, thì điều này chỉ ra nước “cứng”, có thể đã thấm vào dầu mỡ trong quá trình tẩy rửa áp suất cao. Nếu không có những khoáng chất này, nó có thể là mưa “mềm” hoặc nước ngưng tụ.
Nếu nước không được loại bỏ một cách hiệu quả trong quá trình sản xuất dầu mỡ, nó có thể được tìm thấy trong mẫu dầu mỡ mới. Một phân tích về dầu mỡ tươi và đã qua sử dụng sẽ làm rõ vấn đề này.
Kiểm tra chảy máu
Cấu trúc giống như bọt biển của chất làm đặc hoặc xà phòng được sử dụng trong dầu mỡ giữ cho dầu gốc vững chắc và cho phép nó chuyển từ từ đến điểm bôi trơn. Tuy nhiên, nếu dầu chảy quá nhanh và không kiểm soát được từ chất làm đặc, dầu mỡ sẽ “chảy máu” đi. Nếu chất làm đặc còn lại chứa quá ít dầu cho nhiệm vụ bôi trơn, dầu mỡ còn lại sẽ khô đi. Nếu hàm lượng dầu còn lại của mỡ giảm quá nhanh, hoặc mỡ không phù hợp hoặc phải được bôi lại thường xuyên hơn hoặc với số lượng lớn hơn.
Xác định hàm lượng dầu còn lại cung cấp thông tin cần thiết để quyết định trường hợp nào. Thử nghiệm này cho thấy phần trăm dầu gốc mà cấu trúc xà phòng bị mất trong sáu giờ ở nhiệt độ 60 độ C. Sau đó, thành phần dầu còn lại của dầu mỡ đã sử dụng phải được so sánh với mẫu dầu mỡ mới.
Nếu các giá trị nằm trong khoảng từ 5 đến 25 phần trăm và sự khác biệt giữa dầu mỡ đã sử dụng và mới là cộng hoặc trừ 15 phần trăm hoặc ít hơn, thì dầu mỡ vẫn có thể được sử dụng mà không cần thay đổi khoảng thời gian bôi trơn lại.
Nếu mỡ đã qua sử dụng mất nhiều dầu hơn đáng kể so với dầu mới, chất làm đặc không còn khả năng duy trì dầu gốc trong cấu trúc giống như bọt biển của nó. Nếu lượng dầu tiết ra từ mỡ đã sử dụng ít hơn đáng kể, tức là dầu đã bắt đầu khô. Bề mặt ổ trục “đói” bôi trơn và phải được bôi trơn lại.
Hàm lượng dầu còn lại quá thấp có thể là kết quả của việc sử dụng quá nhiều thời gian và không đủ dầu bôi trơn lại; rung động mạnh, tải trọng hoặc tốc độ quay; trộn các loại mỡ đã được xà phòng hóa khác nhau; tạp chất do nước, axit hoặc dung dịch kiềm tạo ra; không đủ khả năng chịu nhiệt độ; hoặc quá trình oxy hóa và lão hóa (acetyl hóa) dầu gốc.
Đo độ đặc của mỡ bằng máy đo xuyên hình nón
Kiểm tra sự xâm nhập
Trong khi độ nhớt mô tả khả năng chảy của dầu bôi trơn hoặc dầu thủy lực, độ nhớt đề cập đến mức độ cứng của dầu bôi trơn. Tuy nhiên, độ đặc của mỡ không liên quan trực tiếp đến độ nhớt của dầu gốc hoặc loại chất làm đặc được sử dụng.
Viện Mỡ Bôi Trơn Quốc Gia (NLGI) chia mỡ bôi trơn thành các nhóm phân loại dựa trên tính nhất quán của chúng. Cùng với loại và độ nhớt của dầu gốc, cấp độ đặc mà nó thuộc về cung cấp một giá trị quan trọng khác để phân loại độ cứng của mỡ. Độ đặc cho thấy dầu mỡ có thể ăn được hay đã trở nên quá rắn do chảy máu.
Tính nhất quán được đo bằng cách sử dụng một hình nón tiêu chuẩn hóa. Dầu mỡ được phết vào một cái chậu nhỏ. Đầu côn chạm vào vết dầu mỡ. Độ sâu thâm nhập đạt được trong 5 giây và được đo bằng 0,1 mm. Điều này tạo ra số lượng dầu mỡ thâm nhập được sử dụng để xác định lớp NLGI. Mỡ càng mềm, côn càng thấm sâu. Điều này cho thấy số lượng thâm nhập cao và lớp NLGI thấp.
So sánh sự xâm nhập của dầu mỡ mới và đã qua sử dụng cho phép rút ra một số kết luận nhất định. Ví dụ, nếu mỡ đã qua sử dụng trở nên mềm hơn và do đó có chỉ số thâm nhập cao hơn mỡ mới, nó có thể đã trộn lẫn với một loại mỡ khác hoặc bị nhiễm bẩn bởi nước hoặc chất lỏng khác. Dầu mỡ cũng có thể đã được cắt và nạp bằng cơ học.
Sự sụt giảm đáng kể số thấm cho thấy mỡ có thể đã bị chảy do rung động quá mạnh hoặc nhiệt độ cao có thể dẫn đến tách dầu. Mức áp suất cao trong hệ thống bôi trơn trung tâm cũng có thể làm xáo trộn sự cân bằng giữa dầu gốc và chất làm đặc.
Viện Mỡ Bôi Trơn Quốc Gia (NLGI)
chia mỡ bôi trơn thành
các nhóm phân loại dựa trên tính nhất quán của chúng.
Tro sunfat
Điều tra tro sunfat là một quá trình được sử dụng để xác định mức độ vô cơ trong các mẫu hữu cơ. Điều này đạt được bằng cách nung nóng mẫu đến nhiệt độ 775 độ C. Ở nhiệt độ này, các phần tử hữu cơ trong mẫu “bốc cháy”.
Tất cả những gì còn lại là tro bao gồm các oxit kim loại (xà phòng, phụ gia, v.v.) và các tạp chất. Bằng cách xông khói này với axit sulfuric đậm đặc, các oxit trong tro được chuyển hóa thành sulfat. Trọng lượng của hài cốt sau đó được ghi lại.
Nếu tỷ lệ tro sunfat trong mỡ đã qua sử dụng tăng lên so với mỡ mới, thì đây là dấu hiệu rõ ràng cho thấy có tạp chất và / hoặc mòn. Nếu các giá trị kim loại do AES thiết lập được tham khảo ở giai đoạn này, nguyên nhân của sự gia tăng trọng lượng có thể được làm rõ. Mức độ cao của sắt và crom có thể bị mài mòn, trong khi tỷ lệ silic và canxi tăng lên cho thấy có tạp chất.
Trọng lượng của tro sunfat bị ảnh hưởng bởi sự mài mòn kim loại do mài mòn ổ trục, các tạp chất cứng như silicon (bụi), hàm lượng chất bôi trơn rắn như molypden disulfide, các chất phụ gia cực áp hữu cơ kim loại, xà phòng kim loại khác và chất làm đặc vô cơ từ các loại mỡ bôi trơn khác có mà họ đã trộn lẫn.
Ứng suất cắt, độ nhớt nhìn thấy được
Máy đo lưu biến được sử dụng để đo độ nhớt có thể nhìn thấy của dầu mỡ ở các nhiệt độ khác nhau. Với mục đích này, một lượng nhỏ dầu mỡ được đặt trên một đĩa được kiểm soát nhiệt độ. Hình nón thử nghiệm dựa trên tấm, tạo ra khoảng cách giữa tấm trên và tấm dưới, di chuyển lên màng mỡ. Lực giữa các tấm và hình nón được đo bằng độ nhớt động lực, đối với dầu mỡ còn được gọi là “độ nhớt trượt”.
Độ ổn định sau khi cắt, đánh giá các đặc điểm như khả năng biến dạng của mỡ, có thể được mô tả dưới dạng độ nhớt biểu kiến. Máy đo lưu biến cung cấp độ nhớt trượt khi bắt đầu và kết thúc quy trình thử nghiệm và hiển thị sự giảm độ nhớt trượt theo tỷ lệ phần trăm.
Bằng cách sử dụng chỉ số và so sánh với các loại mỡ mới khác nhau hoặc thông qua phân tích xu hướng, bạn có thể xác định giới hạn nhiệt độ thấp hơn mà mỡ có thể được sử dụng, liệu mỡ có phù hợp với tốc độ quay cao hay không và liệu nó có được chấp nhận cho các loại vòng bi cụ thể hay không.
Điểm rơi
Khi nhiệt độ tăng, mỡ bôi trơn hoạt động khác với mỡ ăn được. Chúng không bị chảy như bơ hoặc dầu dừa khi hâm nóng nhưng hầu như không thay đổi chút nào khi nhiệt độ tăng lên vì chất làm đặc giữ cho dầu nền vững chắc. Chỉ khi đạt đến nhiệt độ tới hạn của chất làm đặc thì cấu trúc xà phòng mới tan.
Để thiết lập điểm rơi, một mẫu mỡ được làm ấm trong thiết bị thử nghiệm cho đến khi các giọt chất lỏng rơi xuống đáy ống nghiệm qua một lỗ ở núm vú. Mỡ dạng gel hoặc dạng bột, được đo ở nhiệt độ hơn 300 độ C, được coi là không có điểm rơi.
Thiết lập điểm rơi của mỡ
Không phải lúc nào cũng có mối tương quan giữa điểm rơi của mỡ và nhiệt độ hoạt động tối đa của nó. Tất nhiên, nhiệt độ cho phép luôn nhỏ hơn giá trị điểm rơi. Cùng với chất làm đặc, loại dầu sẽ quy định nhiệt độ hoạt động tối đa của mỡ.
Điểm rơi của mỡ đã qua sử dụng thấp hơn so với mỡ mới có thể là do mỡ có các chất làm đặc khác nhau trộn lẫn với nhau, mỡ có chứa nước hoặc các chất lỏng khác, hoặc mỡ bị cắt thành các hạt nhỏ dưới tải trọng quá cao.
Đo điện áp quét tuyến tính
Phép đo vôn quét tuyến tính, còn được gọi là phép thử RULER, thiết lập lượng chất ức chế quá trình oxy hóa amino và phenol trong một mẫu dầu mỡ. Vì mỡ bôi trơn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thời gian và nhiệt độ, chúng thường chứa chất chống oxy hóa cùng với các chất phụ gia chống mài mòn và chịu cực áp. Các chất phụ gia này có thể bị hỏng. Do đó, khoảng thời gian và lượng bôi trơn lại phải được điều chỉnh cho phù hợp với mức phụ gia giảm dần.
Quang phổ hồng ngoại có thể xác định sự phát triển của quá trình oxy hóa trong mỡ bôi trơn gốc dầu khoáng nhưng không phải đối với dầu gốc tổng hợp. Thử nghiệm RULER được sử dụng cho các loại mỡ bôi trơn này. Bằng cách so sánh các đường cong của mỡ bôi trơn mới và đã qua sử dụng, có thể xác định tuổi thọ còn lại của mỡ bôi trơn cũng như thời gian tốt nhất cho lần bôi trơn tiếp theo.
Chiết xuất Soxhlet
Vì độ nhớt của dầu gốc là yếu tố quan trọng trong việc tính toán tuổi thọ của ổ trục, nên hầu hết các nhà sản xuất dầu mỡ đều cung cấp thông tin thiết yếu này về dầu gốc. Tuy nhiên, hiện chưa có quy định nào liên quan đến vấn đề này. Nói chung, độ nhớt cao được coi là tốt hơn.
Để chứng minh độ nhớt cao, tất cả các thành phần của chất lỏng bao gồm dầu, phụ gia và chất cải tạo chỉ số độ nhớt (VI) phải được trộn lẫn. Độ nhớt được công bố dựa trên hỗn hợp này. Giá trị độ nhớt này có rất ít điểm chung với cách tính độ nhớt cho dầu dùng trong ổ lăn vì mỡ không còn giải phóng một số bộ phận của chất làm đặc lên rãnh ổ lăn.
Một bộ chiết Soxhlet có thể tách thành phần mỡ lỏng ra khỏi chất làm đặc. Dầu được chiết xuất trong quá trình này chỉ chứa các thành phần lỏng. Chất bổ sung polyme hoặc chất kết dính, chất cải tạo VI và thậm chí cả chất bôi trơn rắn vẫn còn trong chất làm đặc.
Sau khi các thành phần gốc dầu được chiết xuất từ xà phòng, có thể cung cấp thông tin về mức dầu và chất làm đặc của mỡ. Việc tách các thành phần thành chất rắn và dầu giúp ta có thể thực hiện phân tích chi tiết dầu gốc về độ nhớt, thành phần và tỷ lệ phụ gia.
Số trung hòa
Ngay cả dầu mỡ cũng có thể chuyển sang “chua”. Quá trình oxy hóa của dầu gốc, sự phân hủy của các chất phụ gia chống mài mòn hoặc sự xâm nhập của chất lỏng muối sẽ dẫn đến sự phát triển của axit trong dầu mỡ. Các axit này có thể phá hủy chất làm đặc có tính kiềm, khiến dầu mỡ có độ sệt như súp và dầu gốc và cặn xà phòng tách ra. Sau đó, dầu mỡ sẽ chảy ra khỏi bề mặt ổ trục và có thể xảy ra hỏng ổ trục.
Các phản ứng khác nhau có thể dẫn đến chất béo trở nên có tính axit. Khi điều này xảy ra, việc bôi trơn lại nên diễn ra trong khoảng thời gian đều đặn hơn.
Số trung hòa có thể giúp xác định khi nào một loại mỡ không thích hợp để sử dụng và liệu dầu gốc hoặc chất làm đặc có nên được cải thiện hay không.
Không thấm nước
Mặc dù việc bịt các điểm bôi trơn bằng mỡ dễ dàng hơn bằng dầu, nhưng mỡ phải chịu được nước. Mỡ kỵ nước sẽ tạo ra một lớp đệm chống lại nước bắn vào. Nếu dầu mỡ có thể tạo nhũ tương nước, thì sẽ có nguy cơ bị ăn mòn và tạo ra sự lắng đọng hydro.
Một bài kiểm tra đơn giản về khả năng chống nước là bôi một lớp mỡ mỏng lên một dải thủy tinh. Nếu lớp dầu mỡ chuyển sang màu đục, trắng đục hoặc tan hoàn toàn khỏi dải thủy tinh thì dầu mỡ sẽ hút ẩm khi để trong nước. Nếu nước chảy ra ngoài lớp dầu mỡ, dầu mỡ có thể được coi là không chịu nước.
Ăn mòn đồng
Đối với thử nghiệm này, một dải đồng được phủ mỡ ở tất cả các mặt và được đặt vào hộp đựng mẫu với cùng một loại mỡ. Hộp đựng mẫu kín được bảo quản trong một khoảng thời gian nhất định trong bể nước ấm. Sau thời gian thử nghiệm, dải đồng được lấy ra, làm sạch bằng dung môi và làm khô cẩn thận. Mức độ ăn mòn được thiết lập bằng cách sử dụng thang màu để so sánh sự đổi màu của dải đồng.
Kỹ thuật này được sử dụng để khảo sát đặc tính ăn mòn của dầu mỡ khi có đồng, vì chỉ mức lưu huỳnh không cung cấp đủ thông tin về sự ăn mòn dự kiến của các bộ phận máy bằng kim loại. Thử nghiệm có thể tiết lộ liệu các chất phụ gia được cho là làm giảm tác dụng của các hợp chất lưu huỳnh có còn hoạt động hay không và dầu mỡ sẽ hoạt động như thế nào đối với sự ăn mòn kim loại màu khi được sử dụng trong lồng chịu lực.
Tất nhiên, tất cả các phương pháp này sẽ phụ thuộc vào khả năng lấy được mẫu dầu mỡ đại diện. Nếu không có yếu tố thiết yếu này, việc phân tích dầu mỡ đủ tiêu chuẩn và chẩn đoán đáng tin cậy sẽ không thể thực hiện được.
