Phụ gia dầu bôi trơn mang lại nhiều lợi ích, nhưng trong một số trường hợp, chúng lại thực sự có thể gây hại cho máy móc khi chúng được thêm vào. Ví dụ: hãy xem xét hộp số bánh vít-trục vít. Những hộp số này có bánh răng được làm bằng kim loại màu vàng (thường là đồng). Một số phụ gia cực áp (EP) có thể phản ứng hóa học với các kim loại mềm này, gây ra mài mòn sớm và thậm chí là hư hỏng.
Hộp số bánh vít-trục vít chủ yếu bao gồm hai bộ phận: bánh vít và trục vít. Trục vít là trục chủ động điều khiển bánh vít. Nó là một trụ có rãnh xoắn trên bề mặt cho phép nó kết hợp với các răng của bánh vít để tạo ra chuyển động quay.
Những hộp số này có lợi thế rất tốt để đạt được tỷ số truyền cao, cũng như mô-men xoắn cao. Để tăng một trong hai giá trị này, bánh vít được làm có đường kính lớn hơn. Chu vi của bánh vít càng lớn thì giảm tốc độ càng nhiều và mô-men tạo ra sẽ càng lớn, tức là sẽ cho ra lực truyền đầu ra lớn.
Nói chung, trục vít thì thường được làm bằng thép, trong khi bánh vít thì được làm kim loại màu vàng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, cả trục vít và bánh vít đều được làm bằng thép, hoặc cả hai đều có thể là kim loại đồng. Trục vít luôn cứng hơn so với bánh vít.
Vật liệu bằng kim loại màu vàng, như trên cho thấy, có màu hơi vàng. Chúng là hợp kim có chứa đồng. Một nhận diện chính xác đó là một loại đồng thau có chứa khoảng 60% đồng và 40% kẽm. Còn loại đồng đỏ thì lại là một loại kim loại màu vàng khác. Những kim loại này đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ để tạo thành bánh răng và các bộ phận khác của máy móc đơn giản.
Thử nghiệm ăn mòn lá đồng
Một cách dễ dàng để xác định dạng lưu huỳnh đang được sử dụng trong dầu EP của bạn là xem kết quả của thử nghiệm ăn mòn lá đồng bằng phương pháp thử (ASTM D130). Trong thử nghiệm này, một lá đồng được nhúng vào chất lỏng cần thử nghiệm ở nhiệt độ 40 độ C và một lần nữa là ở nhiệt độ 100 độ C. Lá đồng được lấy ra sau mỗi lần thử nghiệm và kiểm tra độ sự thay đổi màu của lá đồng. Các kết quả hiển thị từ rất ít đến không bị ố sẽ là (1a) cho đến các vết ố rất đậm (4c). Nếu kết quả nằm trong vùng từ 1b đến 2a, thì các kim loại màu vàng trong hộp số trục vít của bạn có thể có nguy cơ bị tấn công hóa học.
Phụ gia EP có chứa lưu huỳnh gây ra nhiều hư hỏng nhất cho các loại kim loại này. Hai loại lưu huỳnh khác nhau có thể được sử dụng trong các chất phụ gia này. Loại đầu tiên là loại lưu huỳnh hoạt tính (active sulfur). Lưu huỳnh này ở trạng thái hoạt động dễ dàng và phản ứng với các bề mặt kim loại để tạo thành một xà phòng kim loại mềm (dễ uốn) có tính ăn mòn thay thế và cho phép các bề mặt tiếp xúc với nhau với mức độ hư hỏng rất nhỏ. Lưu huỳnh hoạt tính rất mạnh về mặt hóa học, và với các kim loại màu vàng mềm hơn thép, chúng có thể bắt đầu đóng cặn và hình thành các hạt rắn do sự tấn công bởi hóa học này.
Nhiệt độ tăng lên có thể làm tăng tốc độ phản ứng này diễn ra nhanh hơn. Điều này được giải thích bởi quy tắc tốc độ Arrhenius, trong đó nói rằng tốc độ của một phản ứng hóa học tăng gấp đôi mỗi khi nhiệt độ vận hành của dầu tăng lên 10 độ C.
Loại lưu huỳnh thứ hai được sử dụng trong các chất phụ gia EP là lưu huỳnh không hoạt tính (inactive sulfur). Nó ít có khả năng liên kết với các bề mặt và tạo ra phản ứng hóa học.
Lưu huỳnh hoạt tính trong một số phụ gia EP phản ứng với đồng trong đồng thau hoặc đồng đỏ. Lưu huỳnh khi tiếp xúc với đồng cùng với sự có mặt của nhiệt sẽ tạo thành đồng sunfua. Phản ứng hóa học đơn giản này có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với độ tin cậy của máy móc. Trong các tình trạng hoạt động với áp suất cực cao, đồng disulfua có thể được hình thành. Cả hai dạng tinh thể đồng này đều rất cứng và có thể gây mài mòn tại những bề mặt mềm của máy móc.
Với tất cả những rủi ro nhiều như trên liên quan đến các cuộc tấn công hóa học vào kim loại vàng, thì tại sao lại chế tạo bánh răng bằng những kim loại này ngay từ đầu? nhưng một điều chúng ta có thể thấy, đồng thau và đồng đỏ dễ dàng gia công thành các hình dạng khác nhau nhưng vẫn có độ bền và độ cứng tốt. Tất cả đều liên quan đến tính kinh tế. Khi bạn tính toán đến chi phí gia công và chi phí nguyên vật liệu, kim loại màu vàng là một lựa chọn thay thế rất hiệu quả cho kim loại thép.
Hộp số bánh vít-trục vít
Ngoài ra, các đặc tính của đồng thau có thể dễ dàng thay đổi bằng cách kết hợp các kim loại khác với nhau vào quá trình luyện kim. Ví dụ, có thể thêm chì để tăng cường khả năng gia công. Để tăng khả năng chống ăn mòn, nhôm hoặc thiếc có thể được thêm vào thành phần của hợp kim. Khả năng là vô tận đối với các loại hợp kim bạn có thể chế tạo bằng đồng thau và đồng đỏ.
Phụ gia EP có thể gây ra hư hỏng cho bánh vít, cái mà thường được làm bằng đồng đỏ
Bằng cách hiểu một số chất hóa học đơn giản như trên và đọc kỹ bảng dữ liệu sản phẩm của chất bôi trơn bạn có thể đưa vào hộp số đúng loại dầu để tăng độ tin cậy cho máy móc. Khi thêm dầu EP vào hộp số có chứa kim loại màu vàng, hãy nhớ kiểm tra thử nghiệm ăn mòn lá đồng bằng phương pháp (ASTM D130) để giúp dự đoán xem liệu có bất kỳ vấn đề nào về khả năng tương thích của luyện kim trong các máy này hay không.