Điều gì bôi trơn hiệu quả hơn, dầu hoặc mỡ? Hơn 95 phần trăm của tất cả các thành phần được bôi trơn bằng dầu, không phải vì nó bôi trơn tốt hơn nhưng bởi vì nó có nhiều tính chất rộng hơn. Mỡ thường được sử dụng chỉ khi dầu không thể được sử dụng bởi vì niêm phong các điểm bôi trơn là có vấn đề hoặc tốn kém. Thông thường, mỡ được áp dụng trên vòng bi lăn, với gần 80% các vòng bi này được bôi trơn bằng dầu mỡ.
Trong quá trình phân tích, dầu và mỡ hoạt động tương tự. Mặc dù cả hai đều chứa thông tin quan trọng, nhưng khó giải thích kết quả cho mỡ hơn. Các phương pháp sau đại diện cho những cách quan trọng nhất để phân tích mỡ bôi trơn.
Quang phổ phát xạ nguyên tử
Có thể sử dụng quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) theo phương pháp Rotrode để cung cấp thông tin về độ mòn, tạp chất, chất làm đặc và các mức phụ gia trong mẫu mỡ. Giá trị sắt và crôm tăng có thể chỉ ra rằng vòng bi lăn có thể bị mài mòn, trong khi đồng, chì và thiếc cho thấy ăn mòn hoặc mài mòn từ lồng chịu lực.
Các tạp chất có thể xảy ra như silic (bụi), canxi (vôi) hoặc tiền gửi nước cứng giúp xác định nguyên nhân gây mòn. Độ lệch giữa mỡ mới và mỡ đã qua sử dụng về mặt hàm lượng và thành phần của gói phụ gia hoặc chất làm đặc cho thấy 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, mà 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 chấp kích thước của chúng. Chiều cao của chỉ số PQ sau đó được đo kết hợp với hàm lượng sắt AES.
Chỉ số PQ cực đoan (trên 500) cho thấy sự hao mòn cấp tính đã diễn ra bất kể giá trị sắt AES. Thường thì có sự rỗ hay mệt mỏi vật chất. Mức PQ cao (trên 200) với giá trị sắt AES thấp (dưới 100) biểu thị rằng sự hao mòn cấp tính đang xảy ra và gây ra các hạt hao mòn tương đối lớn.
Chỉ số PQ tăng (hơn 100) kết hợp với giá trị sắt AES tương ứng cao là dấu hiệu của sự mệt mỏi vật chất điển hình trong thời gian xảy ra hiện tượng “bình thường”. 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 sắt. Rust hầu như không thể từ hóa, vì vậy nó tạo ra chỉ số PQ thấp.
Hồng ngoại quang phổ
Nguyên lý quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) dựa trên các phân tử có mặt trong chất bôi trơn hấp thụ ánh sáng hồng ngoại đến các mức độ khác nhau do cấu trúc hóa học của chúng. Các thay đổi đối với chất bôi trơn đã qua sử dụng có thể được so sánh với phổ tham chiếu mỡ tươi và sau đó được mô tả, tính toán và được hiểu là “đỉnh” điển hình đối với một số số sóng nhất định.
Ngoài việc kiểm soát nhận dạng, 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 ánh sáng hồng ngoại nhiều hơn so với mỡ tươi. 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 một sơ đồ FTIR.
Tùy thuộc vào các hợp chất phân tử, các pic phát triển thành các số sóng tương ứng. Dầu nhờn tổng hợp thường chứa các thành phần dựa trên este. Do các phân tử oxy chứa trong chúng, chúng hấp thụ ánh sáng hồng ngoại trong hầu hết các dải bước sóng giống như các liên kết oxy kép phát sinh thông qua quá trình oxy hóa. Đây là lý do tại sao thay đổi oxy hóa thành dầu tổng hợp không thể được tính toán chính xác bằng cách sử dụng FTIR một mình. Cần có thử nghiệm RULER cho việc này.
Thông qua so sánh với phổ mỡ tươi lắng đọng, quá trình này cung cấp thông tin nhanh chóng và đáng tin cậy về việc liệu mỡ đã được trộn lẫn với nhau hay một loại mỡ hoàn toàn khác đã được sử dụng. Quá trình này cũng có thể xác định xem dầu mỡ có chứa dầu gốc tổng hợp hay dầu khoáng.
Đối với các loại dầu gốc dựa trên dầu khoáng, FTIR xác định liệu quá trình oxy hóa đã diễn ra do thiếu sự tái lập hoặc do tổn thương do nhiệt độ cao gây ra. Nếu dầu mỡ có chứa các chất phụ gia áp suất cao thì có thể phát hiện sự suy giảm chất phụ gia. Một so sánh dầu mỡ mới cũng có thể chứng minh liệu có quá nhiều nước hay không.
Độ chuẩn Karl Fischer
Quá nhiều nước trong mỡ có thể gây ăn mòn và hư hỏng. Ở những nơi có chuyển động tương đối cao, có thể xảy ra hiện tượng cavitation. Nếu có quá nhiều nước hoặc nước thấm liên tục, phải thực hiện tái định kỳ thường xuyên hơn. Nếu dầu mỡ không thể chịu được nước, nó có thể trở nên mềm hoặc chảy nước, và chất lượng sẽ giảm.
Cũng giống như dầu, lượng nước trong mẫu mỡ được tính bằng phương pháp Karl Fischer (KF). Nó đòi hỏi nước bị “đẩy ra” của mẫu. Với dầu, nước từ mẫu kín được hấp đi bằng cách đun nóng nó đến nhiệt độ lên đến 140 độ C. Tuy nhiên, nó là khó khăn hơn nhiều để đun sôi nước ra khỏi mỡ.
Trong trường hợp này, nước phải được chiết từ từ ở nhiệt độ 120 độ C. Nước được đưa vào bình chuẩn độ bằng cách sử dụng kim rỗng và nitơ. Một phản ứng điện hóa sau đó diễn ra với một giải pháp KF đặc biệt. Một khi điểm chuyển tiếp của đường cong chuẩn độ đã đạt được, hàm lượng nước chính xác có thể được ghi trong phần triệu.
Nếu mỡ chứa quá nhiều nước, điều quan trọng là phải tìm nguồn gốc và loại bỏ nó. Phương pháp Karl Fischer cung cấp thông tin định lượng về hàm lượng nước. Các yếu tố được nghiên cứu bằng quang phổ phát xạ nguyên tử giúp phân biệt giữa nước ngưng và nước máy.
Nếu mẫu mỡ đã qua sử dụng không giống như mẫu mỡ tươi và bị ô nhiễm với natri, canxi, kali hoặc magiê, điều này chỉ vào nước “cứng”, có thể đã thấm mỡ trong quá trình làm sạch áp suất cao. Nếu những khoáng chất này không có mặt, nó có thể là mưa “mềm” hoặc nước ngưng tụ.
Nếu nước không được loại bỏ hiệu quả trong quá trình sản xuất mỡ, nó có thể được tìm thấy trong mẫu mỡ tươi. Một phân tích về mỡ tươi và đã qua sử dụng sẽ làm rõ vấn đề này.
Xét nghiệm độ chảy của mỡ
Cấu trúc giống như bọt biển của chất làm đặc hoặc xà phòng được sử dụng trong dầu mỡ giữ cho công ty dầu gốc và cho phép nó chuyển từ từ đến điểm bôi trơn. Tuy nhiên, nếu dầu chảy quá nhanh và không thể kiểm soát được từ chất làm đặc, dầu mỡ “độ chảy” đi. Nếu chất làm đặc còn lại chứa quá ít dầu cho các công việc bôi trơn, mỡ còn lại sẽ khô. Nếu hàm lượng dầu dư 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 tỷ lệ phần trăm của dầu gốc mà cấu trúc xà phòng đã bị mất trong quá trình sáu giờ ở nhiệt độ 60 độ C. Hàm lượng dầu còn lại của mỡ đã qua sử dụng sau đó nên được so sánh với mẫu dầu mỡ mới.
Nếu các giá trị nằm trong khoảng từ 5 đến 25%, và chênh lệch giữa mỡ đã qua sử dụng và mỡ mới là cộng hoặc trừ 15% hoặc ít hơn, thì vẫn có thể sử dụng dầu mỡ mà không thay đổi khoảng thời gian tái định kỳ. Nếu mỡ đã qua sử dụng mất nhiều dầu hơn so với dầu tươi, chất làm đặc không thể duy trì dầu gốc trong cấu trúc giống như bọt biển của nó nữa. Nếu dầu ít hơn đáng kể được thải ra từ mỡ đã qua sử dụng, dầu đã bắt đầu khô. Bề mặt chịu lực “đói” để bôi trơn và phải bôi trơn lại.
Hàm lượng dầu dư quá thấp có thể là kết quả của quá nhiều thời gian sử dụng và không đủ độ tái định lượng; rung động mạnh, tải hoặc tốc độ quay; trộn mỡ đã được xà phòng hóa khác nhau; tạp chất do nước, axit hoặc ly; chịu nhiệt độ không đủ; hoặc quá trình oxy hóa và lão hóa (axet hóa) của dầu gốc.
Kiểm tra sự xâm nhập
Trong khi độ nhớt mô tả khả năng của dầu bôi trơn hoặc chất lỏng thủy lực chảy, sự nhất quán đề cập đến mức độ dầu bôi trơn bị cứng. Tuy nhiên, tính nhất quán của dầu mỡ không liên quan trực tiếp đến độ nhớt của dầu gốc hoặc loại chất làm đặc được sử dụng.
Viện Dầu bôi trơn Quốc gia (NLGI) phân chia mỡ bôi trơn thành các nhóm phân loại dựa trên tính nhất quán của chúng. Cùng với loại dầu và độ nhớt của cơ sở, loại nhất quán mà nó thuộc về cung cấp một giá trị quan trọng khác để phân loại độ cứng của dầu mỡ. Tính nhất quán cho thấy dầu mỡ có thể nạp được hay đã trở nên quá cứng do độ chảy.
Tính nhất quán được đo bằng cách sử dụng hình nón tiêu chuẩn hóa. Mỡ được truyền vào một cái nồi nhỏ. Đầu của hình nón chạm vào mỡ. Độ sâu thâm nhập đạt được trong 5 giây và được đo bằng 0,1 mm. Điều này tạo ra số thâm nhập mỡ được sử dụng để xác định lớp NLGI. Màng mỡ càng mềm, hình nón càng thâm nhập sâu hơn. Điều này cho thấy một số thâm nhập cao và một lớp NLGI thấp.
So sánh sự thâm nhập mỡ mới và được sử dụng cho phép rút ra kết luận nhất định. Ví dụ, nếu mỡ đã qua sử dụng trở nên mềm hơn và do đó có số thâm nhập cao hơn so với mỡ tươi, nó có thể đã trộn lẫn với dầu mỡ khác hoặc bị ô nhiễm bởi nước hoặc chất lỏng khác. Mỡ cũng có thể đã bị cắt và nạp bằng máy móc.
Sự sụt giảm đáng kể số lượng thâm nhập chỉ ra rằng dầu mỡ có thể đã bị độ chảy do rung động quá mạnh hoặc nhiệt độ cao có thể dẫn đến sự tách dầu. Mức áp suất cao trong hệ thống bôi trơn trung tâm có thể cũng đã làm xáo trộn sự cân bằng giữa dầu gốc và chất làm đặc.
Sulfate Ash
Điều tra tro sulfate là một quá trình được sử dụng để xác định mức vô cơ trong các mẫu hữu cơ. Điều này đạt được bằng cách nung mẫu đến nhiệt độ 775 độ C. Ở nhiệt độ này, các nguyên tố hữu cơ trong các mẫu “cháy”. Tất cả những gì còn lại là tro chứa các oxit kim loại (xà phòng, phụ gia, vv) và tạp chất. Bằng cách hút thuốc này bằng axit sulfuric đậm đặc, các oxit trong tro được chuyển thành sulfat. Trọng lượng của phần còn lại sau đó được ghi lại.
Nếu tỷ lệ tro sunfat trong mỡ đã qua sử dụng tăng lên so với dầu mỡ tươi, đây là dấu hiệu rõ ràng của tạp chất và / hoặc mòn. Nếu các giá trị kim loại do AES thiết lập được tư vấn ở giai đoạn này, nguyên nhân của việc tăng trọng lượng có thể được làm rõ. Mức độ cao của sắt và crôm điểm để mặc, trong khi tăng tỷ lệ silicon và canxi gợi ý tại các tạp chất.
Trọng lượng của tro sunfat bị ảnh hưởng bởi mài mòn kim loại từ mài mòn, tạp chất cứng như silic (bụi), hàm lượng chất bôi trơn rắn như molybdenum disulfide, phụ gia áp lực cực hữu cơ kim loại, xà phòng kim loại khác và chất làm đặc vô cơ từ các loại mỡ khác mà họ đã trộn lẫn.
Cắt thẳng, độ nhớt nhìn thấy được
Máy đo độ căng 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 mỡ được đặt trên một tấm được kiểm soát nhiệt độ. Hình nón thử nghiệm dựa trên tấm, phát triển một khoảng cách giữa phần trên và tấm dưới, di chuyển lên màng mỡ. Lực giữa các tấm và hình nón được đo là độ nhớt động, mà cho dầu mỡ còn được gọi là “độ nhớt cắt.”
Độ ổn định sau khi cắt, đánh giá các đặc tính như độ biến dạng của mỡ, có thể được mô tả dưới dạng độ nhớt rõ ràng. Máy đo độ nhớt cung cấp độ nhớt cắt ở đầu và cuối của quy trình thử và hiển thị độ nhớt cắt giảm theo phần trăm.
Bằng cách sử dụng chỉ số và so sánh với các mỡ bôi trơn khác nhau hoặc thông qua các phân tích xu hướng, bạn có thể xác định giới hạn nhiệt độ thấp hơn mà mỡ có thể được sử dụng, cho dù mỡ có phù hợp với tốc độ quay cao hay không.
Điểm nhỏ giọt
Khi nhiệt độ tăng, mỡ hoạt động khác với mỡ ăn được. Chúng không tan chảy như bơ hay dầu dừa khi được hâm nóng nhưng hầu như không thay đổi chút nào vì nhiệt độ tăng lên vì chất làm đặc giữ cho công ty dầu gốc. Chỉ khi đạt đến nhiệt độ tới hạn của chất làm đặc thì cấu trúc xà phòng hòa tan.
Để thiết lập điểm rơi, mẫu mỡ được làm ấm trong thiết bị thử cho đến khi giọt chất lỏng rơi xuống đáy ống nghiệm thông qua lỗ mở trong núm vú. Mỡ bôi trơn dạng gel hoặc bột, được đo ở nhiệt độ trên 300 độ C, được coi là không có điểm rơi.
Sẽ không phải lúc nào cũng có mối tương quan giữa điểm rơi của dầu mỡ và nhiệt độ vận hành tối đa của dầu mỡ. Tất nhiên, nhiệt độ cho phép luôn nhỏ hơn giá trị điểm rơi. Cùng với chất làm đặc, loại dầu sẽ quyết định nhiệt độ hoạt động tối đa của dầu mỡ.
Một điểm giảm thấp hơn của mỡ đã qua sử dụng so với dầu mỡ mới có thể do mỡ có chất làm đặc khác nhau trộn lẫn với nhau, mỡ chứa nước hoặc chất lỏng khác của nước ngoài, hoặc dầu mỡ rơi vào các hạt nhỏ dưới tải trọng cực.
Linear Sweep Voltammetry
Vôn kế quét tuyến tính, còn được gọi là phép thử RULER, thiết lập số lượng các chất ức chế quá trình oxy hóa amino và phenol trong một mẫu mỡ. Bởi vì mỡ bôi trơn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thời gian và nhiệt độ, chúng thường chứa các chất chống oxy hóa cùng với các chất phụ gia cực áp và chống mài mòn. Những chất phụ gia này có thể bị hỏng. Do đó, khoảng thời gian và số tiền tái định cư phải được điều chỉnh theo mức độ phụ gia giảm dần.
Quang phổ hồng ngoại có thể xác định sự phát triển của quá trình oxy hóa trong mỡ bôi trơn dựa trên dầu khoáng nhưng không phải cho các loại 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 tươi và được sử dụng, tuổi thọ còn lại của dầu mỡ có thể được xác định cũng như thời gian tốt nhất cho việc tái lập kế tiếp.
Soxhlet
Vì độ nhớt của dầu gốc là một yếu tố quan trọng trong việc tính tuổi thọ vòng bi, hầu hết các nhà sản xuất mỡ cung cấp thông tin cần thiết 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, chất phụ gia và chỉ số độ nhớt (VI) phải được trộn lẫn. Độ nhớt được nêu dựa trên hỗn hợp này. Giá trị độ nhớt này có rất ít điểm chung với cách tính độ nhớt của dầu được sử dụng trong vòng bi lăn vì mỡ không còn giải phóng một số phần của chất làm đặc vào đường vòng bi.
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 chất lỏng. Chất bổ sung polymer hoặc chất kết dính, chất cải tiến VI và thậm chí chất bôi trơn rắn vẫn còn trong chất làm đặc.
Sau khi các thành phần dựa trên dầu đã được chiết xuất từ xà phòng, thông tin có thể được cung cấp về mức dầu và chất làm đặc của dầu mỡ. Tách các thành phần thành chất rắn và dầu làm cho nó có thể thực hiện một phân tích chi tiết của dầu gốc liên quan đến độ nhớt, thành phần và tỷ lệ phụ gia của nó.
Số trung hòa
Ngay cả mỡ có thể biến thành “chua”. Quá trình oxy hóa dầu gốc, sự phân hủy các chất phụ gia chống mài mòn hoặc chất lỏng bị nhiễm mặn sẽ dẫn đến sự phát triển của axit trong mỡ. Các axit này có thể phá hủy chất làm đặc kiềm, làm cho dầu mỡ có độ nhất quán giống như súp và dầu gốc và xà phòng để tách riêng. Mỡ sau đó sẽ chạy khỏi bề mặt ổ trục và có thể xảy ra hỏng hóc.
Các phản ứng khác nhau có thể dẫn đến chất béo trở nên có tính axit. Khi điều này xảy ra, việc tái lập nên diễn ra thường xuyên hơn.
Số trung hòa có thể giúp xác định khi mỡ không phù hợp để sử dụng và nếu dầu gốc hoặc chất làm đặc cần được cải thiện.
Không thấm nước
Mặc dù nó dễ dàng hơn để bôi trơn các điểm bôi trơn bằng dầu mỡ hơn so với dầu, dầu mỡ nên có khả năng chống nước. Mỡ kỵ nước sẽ cung cấp một con dấu chống lại nước giật gân. Nếu dầu mỡ có thể nhũ tương nước, thì có nguy cơ ăn mòn và làm mất hyđrô.
Một thử nghiệm đơn giản cho khả năng chịu nước liên quan đến việc đặt một lớp mỡ mỏng trên một dải thủy tinh. Nếu lớp mỡ chuyển sang màu đục, màu sữa hoặc hòa tan hoàn toàn khỏi dải thủy tinh, mỡ sẽ hấp thụ độ ẩm khi được bảo quản trong nước. Nếu nước chảy ra khỏi lớp mỡ, dầu mỡ có thể được coi là chịu nước.
Ăn mòn đồng
Đối với thử nghiệm này, một dải đồng được phủ bằng dầu mỡ ở tất cả các bên và được đặt trong hộp chứa mẫu có cùng dầu mỡ. Thùng chứa mẫu kín được lưu trữ trong một khoảng thời gian nhất định trong bồn tắm nóng lên. Sau giai đoạn thử nghiệm, dải đồng được lấy ra, làm sạch bằng dung môi và sấy 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 điều tra các đặc tính ăn mòn của mỡ trong sự hiện diện của đồng, vì mức độ lưu huỳnh không cung cấp đủ thông tin về sự ăn mòn mong đợi của các bộ phận máy 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 vẫn hoạt động và làm thế nào dầu mỡ sẽ hoạt động trong điều kiện ăn mòn kim loại màu khi được sử dụng trong lồng chứa.
Tất nhiên, tất cả các phương pháp này sẽ phụ thuộc vào khả năng lấy mẫu mỡ đại diện. Nếu không có yếu tố thiết yếu này, phân tích mỡ đủ điều kiện và chẩn đoán đáng tin cậy sẽ là không thể.
