جایگزین سازی روغن هیدرولیک بدون روی (Zinc free)

با درود و مزید احترام

هدف از این پست، پاسخ به پرسش مطرح شده از طرف یکی از مخاطبین محترم در خصوص جایگزین سازی یک روغن هیدرولیک است.

شرح سوال: ما بدنبال جایگزینی برای روغن زیر هستیم:

تجهیز اکسپندر، دور 23000، نوع روغن DIN 51519-ISO VG68

روغن قبلی که فروشنده پیشنهاد داده بود و مصرف می شد Shell Tellus S3M68 بوده است. اما، این روغن در بازار بصورت Fake (تقلبی) عرضه می شود و بدنبال جایگزینی برای آن هستیم. توضیح اینکه این روغن باید طول عمر طولانی داشته باشد و زمان تعویض آن نباید از 10 هزار ساعت کمتر شود.

پاسخ: فارغ از اینکه این گرید روغن توسط فرروشنده پیشنهاد داده شده و از قدیم استفاده از آن در اکسپندر مرسوم بوده یا در مدارک سازنده اکسپندر بدان اشاره شده باشد، و با فرض اینکه نوع روغن دقیقا باید از نوع بدون روی یا Zinc Free باشد (چون اگر در برینگ از آلیاژ های مس و نقره استفاده نشده باشد، براحتی از روغن های هیدرولیک معمول استفاده کرد)، پاسخ به این سوال از سه بخش تشکیل شده است: معرفی روغن های بدون روی، معرفی جایگزین های احتمالی تولید داخل، و پیشنهاد

1. معرفی روغن های بدون روی

عنصر روی (Zn) از دیرباز بعنوان یکی از عوامل موثر در ایجاد قابلیت ضد سایشی و ضد اکسیداسیون به سیستم انواع روغن های صنعتی (چه روانکار و چه هیدرولیک) اضافه می شده و مکانیزم این اضافه سازی نیز از طریق انحلال افزودنی های شیمیایی حاوی این عنصر است. عنصر روی (Zn) در سیستم روغن بصورت فداشوندگی عمل می کند. بدین معنی که پس از آنکه وظیفه خود در راستای ضد سایش و اکسیداسیون را انجام داد، به مرور از ترکیب روغن حذف خواهد شد. اما، برخلاف این حالت، اضافه کردن روی (Zn) به سیستم روغن بهیچوجه کار ساده ای نیست. یکی از رایجترین طرق حضور عنصر روی به سیستم روغن، انجام واکنش شیمیایی بین اکسید های روی و اسید تیوفسفریک (بعنوان یکی از اسید های ارگانیک) است که حاصل آن ماده ای خواهد شد که با عنوان ZDDP=Zinc DialkylDithioPhospahte شناخته شده و در نقش یک افزودنی بسیار رایج در روغنسازی مورد مصرف دارد.

استفاده از روی در ترکیب روغن های هیدرولیک بیشتر با هدف تشکیل لایه ای محافظ غنی از روی (Zn) روی سطوح تحمل کننده بار انجام می شده و می شود. این لایه محافظ ضد سایشی بصورت فداشونده عمل کرده و با جریان مداوم روغن هیدورلیک، دوباره بازسازی می شود. این تیپ از ادتیو های روغنی بیشتر در بارگذاری های متوسط تا سنگین کاربرد دارند. حال آنکه در بارگذاری های سنگین، استفاده از ادتیو های EP=Extreme Pressure ترجیح داده می شود.

علاوه بر محافظت از سطوح اجزای زیر بار در برابر سایش و خوردگی ناشی از آن، ادتیو ZDDP نقش ضد اکسیداسیونی نیز دارد. بدین ترتیب که این ادتیو با توسل به کامپاند های فنولیک و آمینیک از تشکیل رادیکال های آزاد در سطح قطعات جلوگیری کرده و بدین ترتیب زنجیره واکنش های منجر به اکسیداسیون را قطع می کند. در همین راستا، و البته بعنوان یک اثر جانبی، حضور ZDDP در ترکیب روغن هیدرولیک باعث جلوگیری از تشکیل محصولات اسیدی در سیستم روغن شده و خواص روغن (از جمله عدد اسیدیته کل آن یا TAN) را ثابت نگاه می دارد.

بنابراین، حذف ZDDP منجر به استفاده از چندین ادتیو خواهد شد که هر یک فقط توان اجرای بخشی از وظایف آن را دارند و بدین ترتیب، قیمت روغن بالا خواهد رفت، در عین اینکه همان کارآیی را خواهد داشت.

اما، با پیشرفت های فناوری در برخی تجهیزات و ارتقای سطح عملکرد آنها (مثلا بیشتر شدن سرعت چرخش در برخی تجهیزات از مثلا 8000 دور به 22000 دور در دقیقه و حتی بالاتر)، نیاز به استفاده از آلیاژ های جدید برپایه مس، تیتانیوم، پلاتین، نقره، و... در برینگ های این تجهیزات (بمنظور انجام وظایفی چون انتقال بهتر حرارت، جلوگیری از تمرکز تنش، کاهش نرخ ساییدگی، و...) احساس شد. این ارتقای عملکرد، اما، موجب بروز یک اشکال بزرگ شد! چراکه براساس چارت پتانسیل گالوانیک، عنصر روی فاصله بسیاری از چنین فلزاتی داشته و عملا یک عنصر آندیک فعال محسوب می شود. حال آنکه فلزاتی مانند نقره، تیتانیوم، و... بیشتر رفتاری کاتدیک و نجیب از خود نشان می دهند. بنابراین، تماس این دو عنصر می توانست موجب خوردگی گالوانیک شود! از این رو، متخصصین، اقدام به سنتز سیستم های لوبریکانت نوینی نمودند که عنصر روی را از ساختار این سیستم حذف می کرد و وظیفه ضد سایشی و ضد اکسیداسیونی روغن را به دوش ادتیو های دیگری می گذاشت که البته گرانتر و متعدد بودند و همین موضوع موجب پیچیدگی هایی در فرآیند سنتز سیستم روغن می شد که در نهایت روغن هیدرولیکی را به ارمغان می آورد که عاری از روی (Zn) بود، اما در عین گرانتر و حساس بودن نسبت به شرایط حمل و نگهداری، سمی نیز بود.

2. معرفی جایگزین های احتمالی تولید داخل

در مقابله با مشکل تقلبی بودن روغن، می توان از تولیدات داخلی استفاده کرد که در این میان دو محصول Behran HP68  و  Iranol HZاز دو تولید کننده معتبر داخلی (بهران و ایرانول) می تواند در نگاه اول جایگزین خوبی برای محصول کمپانی Shell باشد. اما، با نگاهی به مشخصات این دو روغن و مقایسه آنها با داده های Shell، شک و تردید جای خود را به اطمینان می دهد: اولین مشکل در شاخص ویسکوزیته یا Viscosity Index رخ می نماید. چراکه محصول Shell شاخص ویسکوزیته 105 را ارائه می دهد، حال آنکه این عدد برای بهران 96 و برای ایرانول 97 است (البته ایرانول در بخش فارسی وبسایت خود شاخص ویسکوزیته را 100 معرفی کرده است!). همین علامتی است برای عمر کمتر محصولات داخلی نسبت به روغن Shell! در عین حال، Shell برای محصول خود در سه نقطه دمایی (شامل صفر، 40، و 100 درجه سلسیوس) ویسکوزیته سینماتیک ارائه کرده است. حال آنکه این داده ها در مورد محصول بهران برای دمای صفر و در مورد محصول ایرانول برای دو نقطه دمایی صفر و 100 درجه سلسیوس موجود نیستند. البته، جدای از این دو محصول، کمپانی هایی مانند توتال (فرانسه) و آدینول (آلمان) نیز چنین روغن هیدرولیکی را عرضه می کنند که در بازار کشور های حوزه خلیج فارس قابل دسترسی است.

3. پیشنهاد

با توجه به میزان ویسکوزیته سینماتیک در سه نقطه دمایی اشاره شده، نموداری رسم شده است که در شکل 1 قابل رویت است. براساس این نمودار، ویسکوزیته روغن Shell با ضابطه Y=0.2207x²-31.876x+990 نسبت به افزایش دما از صفر تا 100 درجه سلسیوس واکنش نشان می دهد (خطا: صفر). بنابراین، در این حوزه، چهار پیشنهاد ارائه می شود:

شکل 1: نمودار عملکرد حرارتی روغن Shell Tellus S3M68

3. 3.1 ارسال نمونه روغن های بهران و ایرانول (حداقل 100 سی سی) به آزمایشگاه و اخذ ویسکوزیته سینماتیک در دو نقطه دمایی صفر و 100 درجه سلسیوس، سپس رسم نمودار عملکرد حرارتی این دو روغن، بدست آوردن ضابطه رفتار حرارتی ویسکوزیته این دو روغن و مقایسه با ضابطه فوق. در این صورت، می توان راجع به استفاده یا عدم استفاده از این دو روغن بهران و ایرانول بجای Shell تصمیم گرفت. چون در حال حاضر، رفتار حرارتی این دو روغن مشخص نیست. البته، همین کار را می توان در مورد نمونه روغن های توتال و آدینول نیز انجام داد.

 3.2 بررسی وضعیت متریال برینگ های تجهیز، چون در صورتیکه در ساختار آنها از آلیاژ های مس، نقره، تیتانیوم، پلاتین، و... استفاده نشده باشد، می توان براحتی از روغن های هیدرولیک زینک دار استفاده کرد

3.3 استفاده از روغن های توربینی (داخلی یا خارجی): در این خصوص نیاز به ارائه جزییات بسیار دقیق از تجهیز است که بنده آنها را در اختیار ندارم

3.4 استفاده از روغن های سینتتیک (داخلی یا خارجی):  در این خصوص نیاز به ارائه جزییات بسیار دقیق از تجهیز است که بنده آنها را در اختیار ندارم