Yağlar ve Greslerin Ötesinde Yağlama Gerektiren Aşırı Koşullar

Rölatif hareketle etkileşim içerisinde olan yüzeylerin bilimi ve mühendislik alanı olan tribolojide uzman kişiler, farklı yağlama veya sürtünme rejimlerinin farklı yağlayıcı formları gerektirdiğini bilirler. Yük, ortam, sıcaklık ve hız gibi temel uygulama gerekliliklerinin karşılanması için uygun malzemelere sahip olmak hayatidir. Yağlar ve gresler birçok durum için tipik olarak birincil yağlayıcılar olarak düşünülürken, aslında en iyi akışkan katman yağlaması için uygundurlar. Bazı uygulamalar için fazlası gereklidir. Etkileşim içerisindeki yüzeyler tek başına akışkan katmanla ayrılamadıklarından, sürtünmeyi optimize etmek ve aşınmayı azaltmak için katı yağlayıcılar gibi yüzey-aktif malzemelere ihtiyaç vardır. Bu malzemeler yağlar ve greslerin ötesinde yağlama sağlamaktadır. Yüksek konsantrasyonlardaki katı yağlayıcılarla takviye edilmiş anti-seize pastalar ve Sürtünme Azaltan Kaplamalar (AFC'ler) sayesinde farklı sektörlerdeki çeşitli yağlama zorluklarıyla etkin şekilde başa çıkılmaktadır. Bu makale farklı yağlama yaklaşımları gerektiren koşulları tanımlamakta, farklı yağlayıcı tiplerini ve bunların nasıl çalıştıklarını karşılaştırmakta ve belirli uygulama koşulları altındaki çeşitli avantajlarını ve dezavantajlarını tartışmaktadır. Dow Corning firması tarafından sunulan Molykote® markalı Smart Lubrication™ çözümleri gibi katı yağlayıcı pastalar ve astarlar için bir takım endüstriyel montaj ve bakım uygulamalarının altı çizilecektir.

Yağlama Bilimi

Bilimsel açıdan bakıldığında etkin yağlama, sürtünme ve aşınma için basitçe bir yağlayıcı seçilmesinden fazlasını içermektedir. Etkileşen parçalar ve bunların malzemesi ile yüzey özellikleri, uygulamanın oluşturduğu yükler ve rölatif hareket yanında ortam koşulları da bir sistem olarak dikkate alınmalıdır. Bu özellikler ve koşullar birlikte çalışarak, zorlu uygulamalarda makine birleşenlerinin performansını ve ömrünü etkileyebilen olası sürtünme ve aşınmaya etki etmektedir. Genel olarak etkin yağ filmleri bir veya daha fazla rejim veya durumun gereksinimlerini karşılamalıdır. Bu rejimler sınır, hidrodinamik veya elastohidrodinamik rejimler veya rejimlerin bir birleşimi olan karma rejimler olarak tarif edilmektedir. Rejimler; uygulama hızı, yük, birleşenlerin geometrisi, substrat malzemesinin özellikleri ve yağlayıcı maddenin özelliklerinin bir fonksiyonu olarak oluşturulmaktadır.

Bilimden Mağazaya

Endüstriyel uygulamalarda, yağlama gerektiren bir makine veya birleşenin birincil yağlama rejimi, makine veya birleşenin durağan haldeki faaliyetine dayanacaktır. Farklı yağlayıcı formalarına ihtiyaç duyulmaktadır. Birçok uygulamada akışkanlar (genel olarak yağlar ve gresler) hidrodinamik ve elastohidrodinamik rejimlerin gereksinimlerini karşılayabilmektedir. Bununla birlikte, etkin bir sınır rejimi yağlaması için normalde katı yağlayıcılar veya özel uzun polimer zincirli katkılar gerekmektedir. Ayrıca karma rejimlerde etkin yağlama için akışkanların, katkıların ve katıların birleşimi gerekebilmektedir. Durağan haldeki operasyonun ötesindeki aralıklı koşullar için de yine yağlayıcı tiplerinin birleşimi gerekebilmektedir. Günümüzün yağlayıcı formülleri bu farklı uygulama gereksinimlerini karşılamak için pek çok farklı şekilde gelmektedir. Örneğin, hidrodinamik yağlama gerektiren bir mil yatağı, akışkan bir hidrodinamik katman oluşturabilmek için yağ veya gres kullanacaktır. Bunun tersi olarak düşük hızlı ve üzerinde yüksek miktarda yük olan bir dişli takımı, dişlinin dişlerinin aşınmasını engellemek amacıyla yapışkan ve tutucu sınır katmanları oluşturmak için katı yağlayıcı kullanacaktır. Başlat-dur koşullarına ve şok yüklere maruz kalan bir birleşenin yağlayıcılardan oluşan bir birleşime ihtiyacı olacaktır. Sınır rejimleri için genellikle katı yağlayıcılar, pastalar ve Sürtünme Azaltan Kaplamalar gerekmektedir. Karma rejimlerle en iyi gresler ve katı yağlayıcıları içeren dispersiyonlarla başa çıkılmaktadır. Hidrodinamik rejimlerin gereksinimleri tipik olarak yağlar ve greslerle karşılanmaktadır. Farklı yağlayıcıların birleşenleri veya içerdikleri maddeler, neden farklı şekillerin farklı rejimlerde daha iyi çalıştığını anlamaya yardımcı olmaktadır.

Yağlayıcı Birleşenleri

Yağların, greslerin, anti-seize pastaların ve Sürtünme Azaltan Kaplamaların genel birleşenleri oldukça farklıdır.

• Yağlar neredeyse tamamen yağdan veya akışkan alkalin yağdan oluşmaktadır- % 90'a kadar- ve belirli kullanımlar için katı yağlayıcılar gibi özel katkılar içermektedir ( %10'a kadar)
• Gresler genellikle %65 ile 95 arası baz yağ içermektedir ve %5 ile %35 arasında koyulaştırıcı veya ufak miktarlarda ( %0 ila % 10 arası) katı yağlayıcılar gibi özel katkılar içermektedir, Anti-seize pastalar da göreceli olarak yüksek - hacmen % 40 ile 60 arası-baz yağ oranına sahiptir ancak aynı zamanda yüksek seviyede (formülün % 40 ila %60'ı arasında) katı yağlayıcı da içermektedir.
• Sürtünme Azaltan Kaplamalar genellikle yaklaşık % 55 solvent, % 30 katı yağlayıcı, % 12 reçine ve % 3 katkı maddesi içermektedir.

Yağlar ve gresler hidrodinamik yağ filmleri sağlamak için akışkanlara dayandığından karşılıklı yüzeyler arasında rölatif hareket mevcut olmalıdır. Ayrıca akışkan viskozitesi sıcaklık ve basınçla, film kalınlığı da viskoziteyle değişmektedir. Bu nedenle yağ filmi sıcaklık ve basınçla değişmektedir. Ek olarak akışkanlar uçucudur ve oksitlenme, buharlaşma ve yerçekimi etkileriyle ilgili konulara bağlıdır. Bu durum akışkanların ihtiyaç duyulan yerde- birleşen yüzeylerinin arasında- durma yeteneklerini engellemektedir. Bu değerlendirmelerin sonucu olarak, akışkan yağlayıcılar statik yükler ve yüksek yüklerin yanında düşük hızlarda ( düşük rölatif hareket) etkin yağ katmanları oluşturamamaktadır.

Yağlar ve greslerdeki akışkanların tersine, anti-seize pastalarının ve Sürtünme Azaltan Kaplamaların katman oluşturan işlevsel birleşenlerinin büyük kısmını oluşturan katı yağlayıcılar sıcaklık ve basınçtan nispeten etkilenmemektedir. Sıcaklıklar ve basınçlar arttıkça veya azaldıkça, katı yağlayıcıların oluşturduğu sınır katmanları akışkanlar gibi değişmemekte ve sabit kalınlığını muhafaza edebilmektedir. Ek olarak bu yağlayıcı maddeler katı halde bulunduklarından buharlaşma olmamaktadır. Katı yağlayıcıların oksitlenme sıcaklıkları 399°C (752°F) veya üzerindedir. Partikül boyutları ile yapışkanlık ve tutuculuk özellikleri de katı yağlayıcıların, yer çekimi kuvveti altında olsalar dahi yerlerinde kalmalarını sağlamaktadır. Pasta ve Sürtünme Azaltan Kaplamalarla, yağ ve greslerdeki akışkan yağlayıcılar arasındaki belki de en büyük fark, katı yağlayıcıların yağ katmanları oluşturmak için rölatif yüzey hızına ihtiyaçları olmamasıdır. Özellikle akışkan yağlayıcıları desteklemek için kullanıldıklarında, katı yağlayıcılar fayda sağlayarak transient olaylar esnasında yüzeylerin korunmasına yardımcı olmaktadır. Bunlar, yüzey hareketinin düşük hızdan yüksek hıza veya yüksek hızdan düşük hıza geçtiği açma- kapama olaylarıdır. Pompa kavitasyonu veya boş makine, akışkanla dolmuş kompresörler, anormal derecede yüksek sarsıntıya maruz kalan mil yatakları ve diğer durumlar gibi sistem bozulmalarının getirdiği şok yük durumları için de aynısı geçerlidir.