Hiểu đúng về hiện tượng suy giảm phụ gia trong dầu bôi trơn

Bạn có biết dầu bôi trơn xuống cấp không chỉ vì thời gian sử dụng? Một trong những lý do khiến dầu giảm tác dụng là sự suy giảm phụ gia trong dầu bôi trơn, đó là khi các chất phụ gia bị tiêu hao và dầu sẽ mất chức năng bảo vệ, khiến cho thiết bị dễ hư hỏng hơn.

1. Vai trò của các chất phụ gia trong dầu bôi trơn

Chất phụ gia là thành phần cốt lõi trong việc kéo dài tuổi thọ và tối ưu hiệu năng của dầu bôi trơn. Về cơ bản, chức năng của chúng được phân loại thành ba nhóm:

• Tăng cường đặc tính sẵn có của dầu gốc: chẳng hạn chất cải thiện chỉ số độ nhớt giúp dầu duy trì tính ổn định trong nhiều dải nhiệt độ.
• Ức chế các đặc tính bất lợi: điển hình như phụ gia hạ điểm đông đặc cho phép dầu vẫn giữ trạng thái lỏng ở nhiệt độ thấp hơn mức đông đặc tự nhiên.
• Bổ sung đặc tính mới: tiêu biểu là phụ gia chống mài mòn, giúp bảo vệ bề mặt kim loại trước sự hao mòn trong điều kiện tải trọng cao hoặc tốc độ trượt thấp – vốn là đặc tính không có ở dầu gốc.

  

Mặc dù mang lại nhiều lợi ích, chất phụ gia cũng có giới hạn. Trong quá trình vận hành, chúng phải chịu tác động của nhiệt, áp suất, oxy hóa và các yếu tố cơ học, từ đó dần bị suy giảm. Hiểu rõ cơ chế suy giảm này là nền tảng để xây dựng chiến lược quản lý và sử dụng dầu bôi trơn một cách hiệu quả.

2. Yếu tố ảnh hưởng đến sự suy giảm phụ gia trong dầu bôi trơn

2.1 Cơ chế phân hủy 

• Phản ứng oxy hóa

Chất ức chế oxy hóa, hay còn gọi là chất chống oxy hóa, được thiết kế nhằm làm chậm quá trình oxy hóa và những hệ quả sau đó bao gồm sự hình thành axit, cặn vecni và bùn lắng. Oxy hóa xảy ra khi dầu bôi trơn phản ứng hóa học với oxy, thường diễn ra trong môi trường có nước và không khí. Quá trình này khiến dầu bị phân hủy và biến đổi thành các phân tử có tính phản ứng cao.

Điểm quan trọng cần lưu ý là chất chống oxy hóa không ngăn chặn hoàn toàn quá trình oxy hóa, mà chỉ làm chậm sự khởi phát của nó. Nguyên nhân là do các chất này hoạt động theo cơ chế hy sinh: chúng mất đi chức năng khi thực hiện nhiệm vụ. Cụ thể, chúng ngăn hydroperoxide tiếp tục phản ứng với các phân tử dầu khác, qua đó chặn đứng chuỗi phản ứng oxy hóa. Tuy nhiên, trong quá trình đó, chất chống oxy hóa bị tiêu hao dần, dẫn đến sự suy giảm nồng độ phụ gia trong dầu.

• Quá trình thủy phân

Trong quá trình vận hành, dầu bôi trơn thường xuyên tiếp xúc với nước từ nhiều nguồn khác nhau. Hơi nước sinh ra trong quá trình cháy có thể lọt qua khe hở piston–xylanh rồi đi xuống cácte; hơi ẩm trong không khí ngưng tụ trên bề mặt kim loại khi động cơ nguội và hòa vào dầu; ngoài ra, nước còn có thể hình thành như sản phẩm phụ của phản ứng oxy hóa. Như vậy, dầu bôi trơn có thể nhiễm nước cả từ nguồn cơ học lẫn hóa học.

Khi nước hiện diện dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, nó trở thành tác nhân thúc đẩy thủy phân. Thủy phân ảnh hưởng trực tiếp đến sự suy giảm phụ gia vì khi nước xâm nhập vào dầu trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, nó tấn công các liên kết hóa học của phụ gia như este, phosphate hay ZDDP.

Kết quả là phụ gia bị phá hủy cấu trúc, mất dần khả năng thực hiện chức năng vốn có. Đồng thời, các sản phẩm thủy phân như carbonyl và acid hữu cơ làm tăng số acid tổng (TAN), thúc đẩy ăn mòn và tạo điều kiện cho phản ứng oxy hóa thứ cấp. Điều này khiến phụ gia bị tiêu hao nhanh hơn, dẫn đến sự suy giảm hiệu quả bảo vệ của dầu bôi trơn.

• Phân hủy nhiệt 

Khi động cơ vận hành ở nhiệt độ cao, các phụ gia trong dầu bôi trơn có thể chịu tác động của quá trình phân hủy nhiệt. Hiện tượng này đặc biệt ảnh hưởng đến những phụ gia nhạy cảm với nhiệt, ví dụ như các chất chống oxy hóa và chất cải thiện chỉ số độ nhớt. Sự suy giảm xảy ra do cấu trúc hóa học của các phụ gia bị phá vỡ dưới tác động của nhiệt, dẫn đến mất dần hiệu quả bảo vệ và ổn định tính chất của dầu.

• Phản ứng trung hòa 

Một số phụ gia như chất tẩy rửa kiềm dư, được thiết kế để trung hòa các acid phát sinh trong quá trình vận hành động cơ. Các phụ gia này hoạt động theo cơ chế hy sinh: chúng phản ứng trực tiếp với acid, từ đó bảo vệ dầu khỏi tính ăn mòn. Tuy nhiên, việc phản ứng liên tục khiến chúng dần bị tiêu hao. Khi phần lớn các phụ gia trung hòa đã cạn kiệt mà dầu vẫn tiếp tục được sử dụng, tính acid sẽ gia tăng và dẫn đến nguy cơ ăn mòn nghiêm trọng đối với các bề mặt kim loại.

• Phân hủy cơ học

Bên cạnh các cơ chế hóa học, các tác động cơ học trong động cơ cũng ảnh hưởng đến sự suy giảm phụ gia trong dầu bôi trơn. Những phân tử có kích thước lớn, chẳng hạn như phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt, dễ bị gãy mạch dưới tác động của lực cắt. Hiện tượng cắt mạch làm mất khả năng duy trì độ nhớt ổn định trong nhiều điều kiện vận hành, khiến sự suy giảm phụ gia trong dầu bôi trơn xảy ra nhanh hơn.

2.2 Suy giảm do cơ chế vật lý

Sự suy giảm phụ gia trong dầu bôi trơn còn xảy ra trong các trường hợp dưới đây:

• Tình trạng lắng đọng: khi phụ gia mất khả năng hòa tan vì tạp nhiễm, biến đổi nhiệt độ hoặc điều kiện vận hành khắc nghiệt, chúng có xu hướng tách khỏi dầu và lắng xuống đáy cácte dưới tác dụng của trọng lực.
• Bị loại bỏ qua quá trình lọc: một số phụ gia ở dạng rắn hoặc đã ngưng tụ có thể bị loại bỏ trong quá trình lọc dầu. Ví dụ thường gặp là phụ gia khử bọt gốc silicon hoặc phụ gia chịu cực áp chứa borat. Ngoài ra, các phụ gia có tính hấp phụ tạp chất cũng dễ bị giữ lại trong lõi lọc khi những hạt cặn mà chúng bám vào bị loại bỏ.

  

   

• Lọc ly tâm: công nghệ lọc ly tâm giúp loại bỏ tạp chất hiệu quả, nhưng lực ly tâm lớn cũng có thể khiến các phụ gia hữu cơ–kim loại bị tách ra khỏi dầu. Điều này dẫn đến sự suy giảm phụ gia trong dầu bôi trơn.

  

   

• Tình trạng bay hơi: tuy hiếm gặp nhưng một số phụ gia có thể bay hơi trong điều kiện đặc biệt, chẳng hạn khi sử dụng thiết bị khử nước bằng chân không. Khi đó, phụ gia có thể bốc hơi cùng với hơi nước bị tách ra khỏi dầu.

2.3 Cơ chế hấp phụ

Phụ gia có tính chất phân cực, trong đó tính phân cực là xu hướng tự nhiên của các phân tử phụ gia bị hút về phía những vật liệu phân cực khác tiếp xúc với dầu. Nhờ đặc tính này, phụ gia có thể bám lên bề mặt kim loại, hạt rắn hoặc tạp chất, giúp bảo vệ bề mặt và nâng cao hiệu quả bôi trơn. 

Nhưng cũng vì sở hữu đặc tính vừa có lợi vừa có hại nên khi gặp các hạt rắn hoặc tạp chất trong dầu, phụ gia sẽ bám vào chúng và bị cuốn ra khỏi dòng dầu lưu thông. Quá trình này làm suy giảm nồng độ phụ gia, từ đó dẫn đến hiệu quả bôi trơn giảm.

1. Hấp phụ bề mặt

Các phụ gia có tính phân cực, như EP (Extreme Pressure) và AW (Anti-Wear) có thể bám chặt lên bề mặt kim loại trong quá trình vận hành. Sự bám dính này tạo thành lớp màng bảo vệ giống như xà phòng, giúp giảm ma sát và ngăn ngừa mài mòn. Tuy nhiên, quá trình này cũng làm giảm nồng độ phụ gia còn lại trong dầu bôi trơn do các phân tử đã được tiêu thụ để thực hiện chức năng bảo vệ.

2. Loại bỏ bởi ma sát hạt rắn

Do đặc tính phân cực, các phân tử phụ gia dễ bị hút về phía những hạt rắn (mạt kim loại, bụi bẩn,..) có trong dầu, khiến chúng bị giữ lại và kéo xuống đáy bể chứa hoặc mắc kẹt trong các bộ lọc. Hiện tượng này, gọi là particle scrubbing, làm giảm lượng phụ gia tuần hoàn trong dầu, từ đó suy giảm khả năng bảo vệ của hệ thống bôi trơn.

3. Tình trạng rửa trôi

Nước cũng là một chất phân cực nên khi xâm nhập vào hệ thống bôi trơn, nó có thể cuốn trôi các phân tử phụ gia xuống đáy bể chứa. Hiện tượng này đặc biệt nghiêm trọng trong môi trường dễ nhiễm nước, gây giảm hiệu quả bôi trơn và khả năng bảo vệ bề mặt kim loại.

Kết luận

Phụ gia đóng vai trò then chốt trong việc duy trì hiệu quả bảo vệ và kéo dài tuổi thọ dầu bôi trơn. Tuy nhiên, chúng không tồn tại vĩnh viễn mà sẽ bị suy giảm bởi nhiều cơ chế hóa học, cơ học và vật lý. Khi nồng độ phụ gia giảm xuống dưới mức cần thiết, khả năng bôi trơn, chống mài mòn và bảo vệ thiết bị sẽ suy yếu, dẫn đến tăng ma sát, hao mòn nhanh và rút ngắn tuổi thọ máy móc.

Để giảm thiểu rủi ro này, việc lựa chọn đúng loại dầu bôi trơn với công thức phụ gia phù hợp, được kiểm định và khuyến nghị bởi nhà sản xuất là yếu tố quyết định.

Thiết bị robot là kênh phân phối trực tuyến các bộ phận, thiết bị robot mới hoặc đã qua sử dụng, dầu mỡ robot và các linh kiện cơ khí. Tại đây, chúng tôi tự hào cung cấp khối lượng lớn vật tư từ các thương hiệu và nhà cung cấp lớn, bao gồm: FANUC, ABB, Kuka, Yaskawa, Mitsubishi, Staubli, Hyundai, CKD, v.v.

Đọc thêm: Các kỹ sư dựa vào đâu để chọn lựa mỡ bôi trơn công nghiệp phù hợp?

Liên hệ ngay với Thiết Bị Robot để được hỗ trợ tư vấn:

Hotline: 091 9225 197

Địa chỉ: 97/2 Kha Vạn Cân, phường Hiệp Bình Chánh, Thủ Đức, TP. HCM

=============

Facebook: Linh Kiện Robot