روغن کاری یا روان کننده، ماده ای است که برای کنترل اصطکاک و سایش سطوح در تماس اجسام در حرکت نسبی استفاده می شود. بسته به ماهیت آن، روان کننده ها همچنین برای از بین بردن گرما و ضایعات سایش، تامین مواد افزودنی در تماس، انتقال قدرت، محافظت، آب بندی استفاده می شوند.
یک روان کننده می تواند به صورت مایع (روغن، آب و…)، جامد (گرافیت، گرافن، دی سولفید مولیبدن)، گاز یا حتی نیمه جامد مثل گریس صنعتی باشد. روان کننده های مایع را می توان بر اساس روغن پایه به روغن های مصنوعی یا نیمه مصنوعی، معدنی یا مناسب با محیط زیست طبقه بندی کرد. اکثر روان کننده ها حاوی مواد افزودنی (۵ الی ۳۰ درصد) برای بهبود عمکلرد خود هستند.
برنامه تعیین می کند که کدام روغن -معمولا به عنوان روغن پایه نامیده می شود- باید استفاده شود. در شرایط سخت، معمولا از روغن های مصنوعی استفاده می شود. در مواردی که محیط زیست نگران کننده است، باید از روان کننده های قابل قبول برای محیط زیست استفاده شود.
تکامل روغن کاری یا روان کننده ها
تاریخچه روغن کاری یا روان کننده ها از هزاران سال پیش آغاز شد؛ در اوایل سال 2400 قبل از میلاد، یک مجسمه مصری به قبر Tehuti Hetep, El-Bersheh با کمک روغن کاری یا روغن روان کننده منتقل شد تا اصطکاک بین سورتمه و زمین/شن را کاهش دهد.
تا سال 1400 قبل از میلاد مصریان از چربی حیوانی برای روانکاری محورهای ارابه استفاده می کردند. با این حال، درک نظری جامد از عمل روانکاری تنها با توسعه قوانین جریان ویسکوز که توسط سر آیزاک نیوتن در سال 1687 کشف و امکان پذیر شد. پروفسور آزبورن رینولدز بر اساس قوانین جریان ویسکوز، معادله کلاسیک روانکاری لایه نازک را توسعه داد. این معادله اساس تئوری کلاسیک روانکاری هیدرودینامیکی است و پرکاربردترین نظریه روانکاری است.
در اوایل قرن بیستم فقط روغن های معدنی، روغن ها یا چربی های گیاهی و گریس ها بیشتر به عنوان روان کننده در نظر گرفته می شدند. با این حال، اخیرا روان کننده های جامد، روغن های مصنوعی، روان کننده های مبتنی بر آب و گاز نیز در مفهوم روان کننده گنجانده شده اند. گسترش مفهوم با درک بیشتر عملکرد روان کننده و محدودیت های آن همراه شده است.
مکانیزم روغن کاری چیست؟
تمام سطوح در طبیعت، حداقل از نظر میکروسکوپی ناهموار هستند. هنگامی که دو سطح ناهموار روی هم می لغزند، ناهمواری های سطوح به هم نزدیک می شوند و در هم قفل می شوند، می چسبند و اصطکاک ایجاد می کنند. هدف هر رویکرد روانکاری جداسازی سطوح مالش توسط یک لایه روان کننده است که از تماس مستقیم بدنه ها جلوگیری می کند. با انتخاب روانکار مناسب می توان اصطکاک و سایش مواد را کنترل کرد.
انواع روان کننده ها
روان کننده ها را می توان براساس حالت آن ها به گروه های زیر طبقه بندی کرد:
- روان کننده مایع: کلیه روان کننده های مایع از جمله روغن های معدنی، طبیعی، مصنوعی، امولسیون ها و…
- روان کننده جامد: کلیه روان کننده ها به صورت جامد شامل پودرها، پوشش ها و کامپوزیت ها (گرافیت، دی سولفید مولییدن و…)
- روان کننده های گازی: معمولا هوای آن است اما می تواند هر گاز دیگری باشد.
- روان کننده های نیمه جامد: گریس ها معمولا از یک صابون امولسیون شده با روغن معدنی یا گیاهی تشکیل می شوند.
روان کننده ها را می توان براساس عملکرد اصلی آن ها نیز طبقه بندی کرد:
- افزودنی های ضد سایش (AW): با رشد لایه محافظ روی سطوح (دی آلکیل دی تیوفسفات روی) سایش را کاهش می دهد.
- افزودنی های فشار شدید (EP): با تشکیل پوشش روی سطوح (گرافیت، دی سولفید مولییدن) از انسداد اجزا محافظت می کند.
- اصلاح کننده های اصطکاک: برای کنترل اصطکاک استفاده می شود که معمولا از ذرات جامد (گرافیت، دی سولفید مولییدن، دی سولفید تنگستن و…) ساخته می شود.
- بازدارنده های خوردگی: با ایجاد یک لایه مقاوم در برابر خوردگی از سطوح در برابر حمله مواد فعال شیمیایی مانند اکسیژن محافظت می کند.
- بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته: برای جلوگیری یا به حداقل رساندن کاهش شاخص ویسکوزیته روان کننده ها در دماهای بالاتر استفاده می شود.
روان کننده های روغن نیز اغلب به روغن های معدنی (نفت خام) و مصنوعی (ساخت یا تغییر یافته با ساختار مشخص) طبقه بندی می شوند.
روان کننده های مایع
روان کننده های مایع را می توان به گروه های زیر تقسیم کرد:
- روغن های پایه هیدروکربنی
- روغن ها و چربی های طبیعی
- روغن های مصنوعی غیر هیدروکربنی
- روان کننده حاوی آب
خواص روان کننده های مایع
چندین ویژگی کلیدی وجود دارد که عملکرد روغن کاری را تعیین می کند. از دیدگاه تئوری روانکاری، ویسکوزیته و چگالی یک روانکار مهمترین پارامترها هستند. ویسکوزیته عاملی است که ضخامت یک فیلم روان کننده را تعیین می کند که سطوح را از هم جدا می کنند (هر چه ویسکوزیته بالاتر، لایه ضخیم تر است). براساس ضخامت لایه و زبری های ترکیبی سطوح، رژیم روغن کاری معمولا تعیین می شود و در نتیجه سطح اصطکاک تعیین می شود؛ همچنین باید توجه داشت که ویسکوزیته مشخصه اصطکاک داخلی روانکار است و بنابراین اگر ویسکوزیته بیش از حد بالا باشد، اصطکاک روان کننده به خودی خود زیاد می شود و سود استفاده از روانکار می تواند کم باشد.
چگالی روان کننده همچنین بر ضخامت لایه روان کننده تاثیر می گذارد و بنابراین بر رژیم روانکاری تاثیر می گذارد؛ حتی اگر تاثیر کمتری داشته باشد.
