Aditivo de extrema pressão
Tradução, expansão e melhorias do artigo da Wikipedia em inglês: EP additive
Alkylated naphthalene.html
Aditivos de extrema pressão, citados na literatura inglesa como EP additives (de extreme pressure additives), são aditivos para lubrificantes cujo papel é diminuir o desgaste das peças das engrenagens e outros componentes expostas a pressões muito elevadas. Eles são adicionados também a fluidos de corte de metais em usinagem.[1]
O mecanismo de ação dos aditivos EP é similar à dos aditivos antidesgaste, com uma substância aditiva formando um revestimento na superfície das peças. Esta camada protege a superfície a partir de um ponto de contato direto com outro, diminuindo o desgaste.
Os aditivos EP são usados na maioria de aplicações com engrenagens de baixa velocidade de operação e altamente carregadas, quando existe uma condição de lubrificação que na ausência seria responsável pela maioria das falhas devido a desgaste adesivo, sendo tal condição conhecida como uma condição de contorno (fronteira). Numa condição de contorno não existe separação das superfícies que interagem. A função de um aditivo EP é evitar este desgaste adesivo e proteger os componentes quando a viscosidade do óleo lubrificante não pode proporcionar a espessura da película necessária.[2][3][4]
Aditivos de lubrificação de limite tradicionais não permanecem na superfície do metal e não pode impedir a aumentar a fricção, o desgaste e danos nas máquinas vistos nestas condições. Aditivos de extrema pressão são necessários a fim de permitir o funcionamento específico da aplicação sob estas condições para continuar.
Basicamente, os aditivos EP são a proteção contra o desgaste quando a própria viscosidade do lubrificante não pode mais separar as superfícies de trabalho.
Aditivos EP são normalmente utilizados em aplicações tais como caixas de câmbio, enquanto aditivos antidesgaste (AW) são usados com aplicações leves de carga, tais como motores hidráulicos e automotivos.
Óleos EP para engrenagens tem bom desempenho em uma faixa de temperaturas, velocidades e tamanhos de engrenagens ajudando a prevenir danos às engrenagens durante a partida e parada do motor. Ao contrário de aditivos AW, aditivos EP são raramente usados em óleos de motor. Os compostos de enxofre ou de cloro contidos neles podem reagir com água e produtos secundários de combustão, formando ácidos que facilitam a corrosão das peças do motor e rolamentos.[5]
Aditivos EP são moléculas polares. Imagine uma molécula com uma "cabeça", e uma "cauda". A cabeça da molécula é atraído para a superfície do metal, enquanto que a cauda é compatível com o portador de lubrificante (oleofílico). Conforme as condições em que as interações de metal-metal se tornam mais graves devido à temperaturas e pressões mais elevadas (maiores cargas), o filme lubrificante torna-se mais estressado. A distância entre as superfícies metálicas diminuiu ao ponto onde ocorre fricção e solda (adesão) torna-se muito provável. Aditivos de lubrificação de limite tradicionais (por exemplo, os aditivos antidesgaste) não podem impedir adequadamente o desgaste e danos no equipamento visto nestas condições. Aditivos de extrema pressão são necessários a fim de permitir a aplicação de funcionamento específico e sob estas condições para continuar o lubrificante a ter eficácia.
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Aditivos EP normalmente contêm enxofre, fósforo ou compostos de orgânicos clorados, incluindo compostos enxofre-fósforo e enxofre-fósforo-boro, que reagem quimicamente com a superfície de metal sob condições de alta pressão. Sob tais condições, as pequenas irregularidades nas superfícies de deslizamento causam momentos instantâneos localizados de alta temperatura (300-1000°C), flashes, sem um aumento significativo da temperatura média da superfície. A reação química entre os aditivos e a superfície é confinada a esta região.
Sob condições de fronteira, o filme antidesgaste cisalha no lugar do material de superfície. No entanto, mesmo o desgaste químico moderado (polimento químico), o faz. - Editado de www.machinerylubrication.com
Existem dois principais tipos de aditivos de extrema pressão: aqueles que são dependentes da temperatura e aqueles que não são. Os dependentes de temperatura mais comum são derivados de boro, cloro, fósforo e enxofre. Eles são ativados por meio de reação com a superfície do metal, quando as temperaturas são elevadas devido à pressão extrema. A reação química entre o aditivo e a superfície do metal é impulsionado pelo calor produzido pela fricção.
Na reação com a superfície de metal, estes tipos de aditivos formam novos compostos, tais como os cloretos de ferro, fosforetos de ferro e sulfetos de ferro (dependendo de qual composto é usado). Os sais de metais produzem uma película que atua como uma barreira para reduzir a fricção, o desgaste, revestem o metal e eliminam a possibilidade de soldadura química (como sabão).
O aditivo baseado em sulfonato, não dependente de temperatura, funciona por um mecanismo diferente. Ele contém um sal de carbonato coloidal disperso dentro do sulfonato. Durante a interação com o ferro, o carbonato coloidal vai formar uma película que pode atuar como uma barreira entre as superfícies de metal assim como os aditivos dependente da temperatura, no entanto, não precisam de temperaturas elevadas para iniciar a reação.
Os primeiros aditivos EP basearam-se em sais de chumbo de ácidos graxos ("sabões de chumbo"), os compostos "ativos" de enxofre (por exemplo, tióis e enxofre elementar), e os compostos clorados. Durante os anos 1950, a utilização de sabões de chumbo foi eliminada e foram substituídos por compostos de zinco e de fósforo, tais como ditiofosfato de zinco.[6]
As seguintes substâncias são utilizados como aditivos de extrema pressão:
Gorduras sulfuradas escuras inativas;
Gorduras sulfuradas escuras ativas;
Hidrocarbonetos escuro de enxofre ativos;
Alcanos de cadeia curtas e médias clorados (ver hidrocarbonetos clorados e parafinas cloradas);
Ésteres de ácido clorêndico;
Ésteres poliméricos;
Polissulfetos;
Compostos de molibdênio (incluindo dissulfeto e ditiocarbamatos);
Ditiofosfato de zinco (ZDDP).
Hidrocarbonetos clorados alifáticos (parafinas cloradas) são baratos e eficientes, mas eles persistem no meio ambiente e tem uma forte tendência para a bioacumulação. Por isso, eles estão sendo substituídos por substâncias alternativas. Nos fluidos de corte, seu papel é largamente restrito às formulações para a usinagem de peças complexas de aço inoxidável.[5]
A atividade dos hidrocarbonetos halogenados aumenta com a diminuição da estabilidade da ligação carbono-halogêneo. A temperaturas de contato locais variam entre 305-330 °C, decompondo termicamente o aditivo e os átomos de halogênio reativos formam uma camada superficial de halogenetos de ferro na superfície da peça. Falhas eventuais dos pontos de contato surgem quando a temperatura de contato excede o ponto de fusão da camada de halogeneto de ferro. Sob tais condições, também são geradas pequenas partículas de carbono. Alguns dos compostos utilizados em aditivos de lubrificantes são cloroalcanos, ácidos triclorometilo fosfina, ésteres orgânicos de ácido a-acetoxi-b,b,b-tricloroetilal fosfônico ( a-acetoxy-b,b,b-trichloroethyl phosphonic acid ), ésteres triclorometil de ácido fosfórico, derivados triclorometil de enxofre, compostos tricloroacetóxi, ésteres ou sais de amina de ácido clorêndico, 1,2,3,4,7,7-hexacloro-5-dimetilbiciclo[2.2.1]-2-hepteno ( 1,2,3,4,7,7-hexachloro-5-dimethylbicyclo[2.2.1]-2-heptene ) , etc.[7][8][9]
Estrutura do ácido clorêndico - toxnet.nlm.nih.gov
Organofosfatos solúveis em óleo, com ou sem zinco, tem propriedades de alta pressão e de excelentes propriedades anti-desgaste e proporcionam proteção contra a corrosão, especialmente em presença de hidrocarbonetos clorados. O ZDDP começa a se decompor a 130-170 ° C, enquanto a temperatura de ativação do TCP é t0ipicamente superior a 200 ° C. Os produtos da reação formam um filme de lubrificação quimicamente ligada às superfícies.
Polissulfetos servem como portadores de enxofre inativo e ativo.
Os compostos de molibdênio decompõe-se sob alta pressão para formar uma camada depositada in situ de dissulfeto de molibdênio. Ditiocarbamatos de molibdênio também são usados como aditivos para lubrificantes. Os compostos de molibdênio formam camadas de moléculas em forma de plaquetas (lâminas), partículas submicronizadas (dimensões inferiores a 0,3 µm-0.1µm), quando em ação de aditivação a lubrificantes e são resistentes à cavitação.[10]
Aditivos EP contendo enxofre podem causar problemas de corrosão em engrenagens com peças feitas de bronze, latão e outras ligas de cobre quando submetidos a um ambiente de alta temperatura.
Tem-se desenvolvido aditivos de extrema pressão para lubrificantes aquosos baseados na tranformação de partículas metálicas em cristalitos lamelares.[11]
Os aditivos EP, especialmente os a base de enxofre, apresentam reações triboquímicas (produzidas por atrito) dependentes de temperatura com silanização de revestimentos de carbono DLC (Diamond-Like Carbon, carbono na forma de diamante), enquanto para revestimento de carbono contendo hidrogênio (a-C:H) os aditivos não apresentam influência.[12]
Referências
1. C. Kajdas; Additives for metalworking lubricants - a review; Lubrication Science, Volume 1, Issue 4, pages 385–409, July 1989 - DOI: 10.1002/ls.3010010406 - onlinelibrary.wiley.com
2. Jeremy Wright; The Role of Extreme Pressure Additives in Gear Oil - www.machinerylubrication.com
3. Jeremy Wright; Extreme Pressure Additives in Gear Oils - www.machinerylubrication.com
4. N. Canter. "Additives for Metalworking Fluids." Tribology Data Handbook, edited by E. Richard Booser, p. 862-871. 1997.
5. web.archive.org - www.pecuniary.com - Additives
6. Shugarman, Arnold. "Monitoring Active Sulfur in EP Gear Oils - And Other Options for Monitoring EP Additive Depletion".
7. Halo-substituted bicyclic aldehydes - US 2761879 A - www.google.com - Patents
8. Halo-substituted bicyclic compounds - US 2759011 A - www.google.com - Patents
9. Polyhalogen-containing bicyclic compounds - US 3040107 A - www.google.com - Patents
10. TRATAMENTO ANTI-FRICÇÃO COM MOLIBDÉNIO - superfuel.com.sapo.pt
11. Utilização como aditivo extrema-pressão empregado nos lubrificantes aquosos para a deformação ou a transformação de metais, em cristalitos lamelares - www.patentesonline.com.br
12. B. Podgornik, J. Vižintin; Tribological reactions between oil additives and DLC coatings for automotive applications; Surface and Coatings Technology, Volume 200, Issues 5–6, 21 November 2005, Pages 1982–1989 - www.sciencedirect.com