Dvě maziva mohou obsahovat stejné protioděrové aditivum, ale přesto se nemusí chovat stejně.
Výzkumníci ze SKF a Luleå University of Technology proto zkoumali, jak polarita základového oleje ovlivňuje účinek ZDDP – jednoho z nejznámějších protioděrových aditiv používaných v mazivech.
Co přesně vědci testovali?
Autoři vybrali dva jednoduché modelové základové oleje s výrazně odlišnou polaritou.
- DGDE – polární diethylenglykol-diethylether,
- n-hexadekan – nepolární uhlovodíková kapalina.
Do obou přidali stejné ZDDP v koncentraci 2 nebo 5 hmotnostních procent.
Směsi následně testovali v kontaktu ocelové kuličky a ocelového povrchu při kombinovaném valení a skluzu.
Hlavní tribologické testy probíhaly při teplotě 90 °C a kontaktním tlaku až přibližně 2,43 GPa.
Jednoduše řečeno: vědci použili stejné aditivum ZDDP ve dvou chemicky odlišných kapalinách a sledovali, jestli se na ocelovém povrchu vytvoří stejná ochranná vrstva.
Co znamená polarita základového oleje?
Pro pochopení výsledku je důležité vědět jednu věc: molekuly oleje i molekuly aditiva soupeří o místo na kovovém povrchu.
Polárnější molekula má obecně větší afinitu k ocelovému povrchu.
Polární základový olej se proto na povrch přichytává výrazněji. Tím ale zároveň může část povrchu „zabrat“ pro sebe a znesnadnit přístup jiné polární látce – například ZDDP.
Aby mohlo vytvořit ochranný tribofilm, musí se molekuly ZDDP dostat k ocelovému povrchu a následně na něm chemicky reagovat. Základový olej tedy není jen pasivní nosič aditiva.
Jak polarita změnila vznik ochranného tribofilmu?
Největší rozdíl se objevil v rychlosti a tloušťce vrstvy vznikající ze ZDDP.
V nepolárním n-hexadekanu mělo ZDDP snazší přístup k oceli, takže reakční vrstva vznikala rychleji a byla výrazně silnější.
U polárního DGDE se samotné molekuly základového oleje silněji vázaly na povrch a omezovaly přístup ZDDP.
Při vyšším kontaktním zatížení vznikala u obou olejů vrstva rychleji a její průměrná tloušťka byla podle autorů přibližně o 10–25 % vyšší.
Znamenala silnější ZDDP vrstva automaticky menší tření a opotřebení?
Ne.
To je možná nejzajímavější část celé studie.
Přidání ZDDP zvýšilo součinitel tření v obou základových olejích. Nárůst byl výraznější u nepolárního oleje, ve kterém vznikala silnější ZDDP vrstva.
Autoři tento rozdíl dávají do souvislosti s tím, že silnější reakční vrstva vytváří větší skutečnou kontaktní plochu.
U nepolárního oleje byla ZDDP vrstva sice silnější, ale současně byla podle nanoindentace měkčí. To vedlo k větší kontaktní ploše a v testu také k vyššímu opotřebení.
Jak velký byl rozdíl v opotřebení?
Při nižším kontaktním tlaku kolem 1,3 GPa měl samotný nepolární olej stopu opotřebení širokou přibližně 256 µm.
Po přidání 2 % ZDDP se tato hodnota zvýšila přibližně na 403 µm.
U polárního DGDE byla stopa bez ZDDP přibližně 389 µm a po přidání 2 % ZDDP zůstala kolem 385 µm.
Tento výsledek není tvrzením, že ZDDP obecně zvyšuje opotřebení motoru. Jde o výsledek konkrétního laboratorního systému, velmi vysokých koncentrací ZDDP a konkrétních modelových základových kapalin.
Co z této studie plyne pro oleje v praxi?
Hlavní poučení je velmi důležité: účinek aditiva nelze hodnotit odděleně od základového oleje.
Stejná molekula ZDDP může v různých základových kapalinách:
- jinak rychle dosáhnout kovového povrchu,
- vytvořit jinak silný tribofilm,
- změnit tření,
- a nakonec vést k jinému výsledku opotřebení.
Právě proto je formulace hotového maziva mnohem složitější než jednoduché „čím více protioděrového aditiva, tím lépe“.
Výsledná funkce oleje závisí na vzájemné interakci základového oleje, aditiv a kovového povrchu.
Co tato studie naopak nedokazuje?
- Nebyly testovány běžné kompletní komerční motorové oleje.
- Použity byly dvě jednoduché modelové základové kapaliny.
- Směsi obsahovaly pouze ZDDP, nikoliv kompletní balíček detergentů, disperzantů, antioxidantů a dalších aditiv.
- Koncentrace 2 a 5 % ZDDP jsou vysoké a nelze je automaticky vztahovat na běžný motorový olej.
- Experiment probíhal v laboratorním ball-on-disc kontaktu, nikoliv v kompletním motoru nebo převodovce.
- Výsledek neznamená, že polární základový olej je obecně lepší než nepolární.
- Studie ukazuje interakci konkrétního ZDDP s konkrétními modelovými základovými oleji.
Jaký je hlavní závěr studie?
Studie ukázala, že chemická povaha základového oleje může výrazně změnit fungování stejného ZDDP aditiva.
V nepolárním oleji mělo ZDDP lepší přístup k ocelovému povrchu a vytvářelo rychleji silnější reakční vrstvu. V polárním oleji základové molekuly o povrch více soupeřily a růst ZDDP vrstvy byl omezený.
Zároveň ale silnější vrstva neznamenala automaticky lepší tribologický výsledek. Výsledné tření a opotřebení závisely také na struktuře a mechanických vlastnostech vzniklého tribofilmu.