Memilih pelumas pada temperatur tinggi

"Jika sebuah aplikasi memiliki suhu lebih dari 400 derajat C (750 derajat F), Pelumas apa yang harus pakai, baik dari komposisi base oil atau pelumas?"

Banyak faktor yang mempengaruhi pemilihan komposisi pelumas ini. Sehubungan dengan suhu, kontributor utama adalah viskositas, degradasi termal dan oksidasi. Dalam dunia yang sempurna, jika Anda hanya berfokus pada suhu untuk mendorong pemilihan pelumas, Anda ingin pelumas yang dapat dipompa pada suhu rendah sementara masih menyediakan perlindungan pada suhu tinggi (indeks viskositas sangat tinggi), yang tidak akan turun kualitas akibat termal atau permukaan mesin yang panas dan meninggalkan kerak, dan yang tidak akan mengoksidasi pada suhu tinggi. Ini berarti bahwa pelumas berbasis hidrokarbon tidak akan menjadi pilihan.

Bahkan polyalphaolefin (PAO) sintetis, yang paling murni dan berkinerja terbaik dari minyak dasar hidrokarbon, tidak dapat menahan suhu yang disebutkan di sini. Batas suhu praktis untuk hidrokarbon sintetis kurang dari 200 derajat C. awal suhu termal degradasi mereka lebih tinggi dari ini, tetapi mereka mengoksidasi sangat cepat pada temperatur yang tinggi, dan membuat usai pakai efektif hanya beberapa jam saja.

Pelumasan efektif hanya ada pada suhu di bawah 170 derajat C. Untuk pelumasan di atas suhu ini akan hampir selalu membutuhkan konsekuensi yang rumit. Konsekuensi ini bisa dalam bentuk mengurangi usia pakai, membawa beban kapasitas yang lebih rendah, kecepatan yang lebih lambat, tingkat yang lebih tinggi dari gesekan, kesulitan dalam aplikasi, masalah kompatibilitas, dll

Suhu dekomposisi termal / terurainya komposisi untuk minyak dasar dapat diuji dengan menggunakan ASTM D2879. Hasil tes ini tidak dapat ditingkatkan dengan penggunaan aditif, tetapi mereka dapat dikurangi dengan adanya senyawa kurang stabil ditemukan di pelumas termasuk aditif. Berikut ini adalah suhu dekomposisi termal untuk beberapa bahan dasar populer:

Seperti yang Anda lihat, pilihan menjadi sangat terbatas di atas 400 derajat C. Ada pelumas yang dapat digunakan di atas kisaran suhu ini, tetapi masalah dengan mereka adalah bahwa mereka padat pada suhu normal, yang menimbulkan masalah besar untuk transfer.

Ketika membahas batas suhu atas grease, Anda juga harus mencakup keterbatasan pengental / thickener. Ketika suhu minyak dinaikkan, titik dicapai di mana struktur gel stabil dan grease menjadi cairan. Suhu ini disebut titik leleh / Dropping Point. Beberapa yang paling stabil, pengental minyak / thickener konvensional memiliki Dropping Point seperti tercantum di bawah ini:

Jelas, pengental minyak / thickene konvensional juga tidak bisa menahan yang mendekati suhu 400 derajat C. Sebuah solusi yang mungkin adalah dengan melihat ke arah pelumas padat / solid lubricant dan komposit. Meskipun ada banyak kerugian untuk menggunakan pelumas padat, kadang-kadang kompromi harus dibuat untuk mencapai kinerja yang lebih baik dari sifat-sifat tertentu.

Sejauh pilihan pelumas, ada banyak pilihan untuk suhu di bawah 100 derajat C, yang membuat keputusan lebih sulit. 

Namun, untuk suhu di atas 400 derajat C, hanya segelintir kecil dari pelumas yang tersedia, membuat proses keputusan lebih mudah. Satu-satunya pelumas dengan umur panjang pada suhu ini logam cair, oksida cair, gelas dan pelumas padat seperti beberapa molibdenum disulfida.

Satu-satunya solusi nyata untuk ini sangat tinggi suhu masalah pelumasan adalah untuk mengevaluasi ulang pada sistem dan lingkungan untuk merancang sebuah situasi di mana pelumas dapat memiliki kesempatan menyesuaikan diri.

Keunggulan pelumasan dengan menggunakan Grease

Teknis pelumasan yang kita kenal ada 2 macam, yaitu dengan menggunakan Oli dan Grease. Keduanya memiliki fungsi pelumasan yang unik. Grease memiliki fungsi yang tidak bisa digantikan oleh oli dan banyak kondisi khusus yang mengharuskan kita memakai grease dalam sistem lubrikasi.

Hampir sebagian besar pelumasan grease dipakai dalam Rolling element bearing, Plain bearing, Gearbox & Open Gear.

Berikut kelebihan grease pada sistem pelumasan :

• Mengurangi tingkat aus dan mencegah kerusakan dari komponen bearing
• Melindungi dari korosi
• Berfungsi sebagai seal untuk mencegah kotoran debu dan air masuk
• Menahan gesekan langsung antara permukaan pada sistem pelumasan
• Memiliki bentuk karakteristik fisik untuk metode pelumasan pada bagian yang sulit
• Tahan terhadap beberapa kondisi yang dapat merubah struktur bentuk dan konsistensi dalam waktu yang lama dalam proses pelumasan.
• Memiliki tingkat toleransi yang tinggi terhadap kontaminasi seperti debu & kelembaban, tanpa kehilangan karakteristik utamanya
• Memiliki jangkauan suhu yang sangat bagus, baik pada suhu yang sangat rendah sampai suhu sangat tinggi, (-90 C s.d 1200 C )

Cara memahami kecocokan / kompatibilitas Hydraulic oil

Ketika kita akan menentukan oli yang baru pada sebuah aplikasi system hydraulic, namun harus ada pencampuran oli hydraulic di dalamnya, Apakah yang perlu diperhatikan jika hal ini terjadi?

Ada banyak additive yang digunakan pada saat pembuatan oli hydraulic, Beberapa aditif anti-busa, misalnya, dapat mencegah penumpukan busa di permukaan minyak, tetapi pada saat yang sama sebenarnya dapat menghambat pelepasan udara yang terjebak dalam minyak curah. Akibatnya, pencampuran minyak hidrolik dengan agen anti busa yang berbeda dapat benar-benar meningkatkan kadar busa dalam minyak.

Beberapa oli hidrolik dibuat dengan tingkat tertentu tercampur dengan air atau emulsi dengan minyak. Di sisi lain, beberapa minyak diformulasikan untuk memastikan bahwa air memisahkan dari minyak. Oleh karena itu, pencampuran oli hidrolik dengan karakteristik yang berbeda pemisahan air dapat menyebabkan penurunan karakteristik emulsifikasi atau menghilangkan karakteristik ini sama sekali, sehingga menyebabkan kondisi pengoperasian yang tidak diinginkan.

Oli hidrolik harus dipilih berdasarkan spesifikasi peralatan sistemnya, mengingat rentang temperatur di mana peralatan tersebut akan dioperasikan. Kadang-kadang, spesifikasi pabrik dapat merekomendasikan minyak yang mungkin tidak memberikan perlindungan yang diperlukan karena kondisi operasi yang unik atau tidak biasa. Jika situasi ini terjadi, konsultasi rinci dengan produsen peralatan dan pemasok minyak, bekerja sama dengan laboratorium analisis minyak independen, hal ini sangat direkomendasikan.

Secara umum, disarankan agar pelumas pada hydraulic berkualitas harus memenuhi persyaratan sebagai berikut.

• Oksidasi dan stabilitas thermal atau perubahan pada suhu
• stabilitas hidrolitik (yang adalah kemampuan untuk menolak reaksi kimia dengan air yang hadir)
• kemampuan Anti-karat kemampuan
• demulsibility (kemampuan untuk memisahkan air sehingga kelebihan air dapat dikeringkan)
• Kemampuan Anti-Aus (yang sangat penting dalam sistem tekanan tinggi )
• Kontrol Korosi
• filterability (harus minimal 5 mikron untuk mengendalikan pencemaran, terutama untuk sistem tekanan tinggi)
• Anti-busa dan udara-release kemampuan
• Minyak harus memiliki tingkat geser stabil dan harus kompatibel dengan seal dan selang bahan

Selain itu, cairan hidrolik harus dijaga untuk memastikan umur panjang dan kehandalan. Beberapa rekomendasi antara lain:

• Jauhkan cairan hidrolik keren. Suhu minyak curah di luar reservoir tidak boleh melebihi 60 derajat C (140 derajat F).
• Jauhkan cairan hidrolik bersih. Ada kesepakatan umum di antara para ahli hidrolik bahwa 75 sampai 80 persen dari kegagalan sistem hidrolik disebabkan oleh cairan yang terkontaminasi dengan kotoran, memakai partikel dan bahan asing lainnya. Dalam sistem tekanan tinggi saat ini, jarak antara permukaan aus sangat kecil, membuat kontrol kontaminasi kritis.
• Jauhkan cairan hidrolik kering. Air dan konten kondensasi tidak boleh melebihi maksimal 1.000 ppm, tergantung pada desain sistem.
• Segera memperbaiki kebocoran cairan. Jika minyak dapat melarikan diri, kotoran dan debu dapat masuk kembali ke sistem. Juga, kebocoran cairan dari satu tetes per detik sama dengan 400 galon dalam waktu 12 bulan. 

Dry Lubrication dengan bahan PolyTetraFluoroEthylene (PTFE) atau Teflon

Ini masih berkaitan dengan Dry Lubrication, kali ini saya ingin posting tentang salah satu teknik Dry Lubrication dengan menggunakan PTFE / Teflon.

Molekul rantai panjang linier "polytetrafluoroethylene" tak sengaja ditemukan oleh Dr Roy Plunkett pada tanggal 6 April 1938, di DuPont Jackson Laboratory di New Jersey.
Plunkett bekerja dengan gas yang berhubungan dengan pendingin Freon® (juga dikenal sebagai chlorofluorocarbon), produk DuPont.
Setelah memeriksa bahan yang sudah beku, dikompresi sampel tetrafluoroethylene, ia menemukan bahwa sampel telah mengalami polimerisasi spontan menjadi putih, lilin padat untuk membentuk polytetrafluoroethylene (PTFE).

Rumus kimia adalah [C2F4] N. PTFE adalah fluorocarbon alifatik jenuh.

PTFE tidak memiliki karakteristik penyerapan mekanik yang mirip dengan grafit atau molibdenum. Bahkan, Teflon sendiri menolak pembasahan, dan permukaan dicat dengan bahan-bahan yang menolak pembasahan pula.
Untuk permukaan yang akan direkatkan dengan PTFE dan berbagai fluorocarbons rantai panjang lainnya, perlu disiapkan melalui aplas dulu permukaannya atau di pickling / gosok.

PTFE adalah inert untuk hampir semua bahan kimia dan dianggap sebagai bahan yang paling licin yang ada. Koefisien gesekan statis dan dinamis hampir sama dengan tingkat es di atas es basah. Teflon merupakan merek dagang terdaftar oleh DuPont, telah menjadi nama yang terkait dengan alat rumah tangga yang penggunaannya sebagai lapisan pada peralatan masak dan sebagai anti noda untuk kain dan produk tekstil. Bahan Teflon tidak menyerap air, dan tidak terpengaruh oleh asam, basa dan pelarut normal industri pada suhu kurang dari 500 ° F / 260 ° C

Bahan PTFE juga dapat dikombinasi dengan bahan lain agar bisa berfungsi sesuai yang diinginkan. Berbagai material ditambahkan ke bahan PTFE untuk meningkatkan karakteristik tertentu, seperti :

• serat kaca/ fiber glass untuk ketahanan aus yang tinggi, baik listrik, gesekan rendah. 
• grafit untuk gesekan rendah, ketahanan kimia yang sangat baik, ketahanan mulur yang tinggi.
• serat karbon untuk ketahanan aus yang tinggi, tinggi resistansi beban, ketahanan tikungan tinggi.
• serat kaca dan molibdenum disulfida untuk ketahanan aus yang tinggi, gesekan rendah, ketahanan mulur yang tinggi.
• perunggu untuk ketahanan aus yang tinggi, disipasi panas.

Dry Lubrication dengan bahan PTFE memberikan perlindungan sangat baik dan kompatible dengan pelumas lain yang berbahan minyak mineral dan minyak sintetis. Dry Lubrication dengan bahan PTFE menjamin penggunaannya dalam bentuk murni, atau sebagai aditif, yang tahan terhadap temperatur ekstrem, tekanan tinggi, bahan kimia dan pencemaran lingkungan.
Beberapa Dry Lubrication dengan bahan PTFE memiliki afinitas yang kuat untuk permukaan logam, dan akan membuat permukaannya menjadi kuat dengan ikatan kovalen longgar. Ini dapat diterapkan secara langsung sebagai pelapis topikal atau tidak langsung dalam bentuk aditif untuk pelumas cairan.

Dry Lubrication dengan bahan PTFE cenderung memiliki ketahanan suhu di atas kemampuan pelumas mineral dan sintetis. Hidrokarbon terfluorinasi stabil dalam bentuk cair atau padat untuk sekitar 600 ° F / 315 C, namun akan mulai menurunkan dan dapat menghasilkan asap beracun pada suhu tersebut. Grafit dan molibdenum dapat beroperasi dalam kisaran suhu yang sama, dan molibdenum disulfida juga dapat berfungsi dalam ruang hampa tanpa kehilangan material pelumas licin.

Dry Lubrication dengan bahan Molybdenum Disulfide (MoS2)

Di Posting sebelumnya sudah kita bahas tentang Dry Lubrication secara umum. Serta teknis Dry Lubrication dengan PTFE / Teflon  dan Dry Lubrication dengan Graphite

Bahan Molybdenum bukanlah bahan yang ditemukan pada akhir abad ke-18, dan tidak pula terjadi dalam bentuk logam di alam. Meskipun demikian, mineral dominan yang - molybdenit - digunakan pada zaman kuno (pedang Jepang abad ke-14 telah ditemukan mengandung molybdenum) tapi akan dibedakan dari bahan sejenis lainnya seperti timbal, galena dan graphite. Secara kolektif, zat ini dikenal dengan kata Yunani "molybdos", yang berarti seperti Timbal ( lead-like ).

Molybdenum pertama kali positif diidentifikasi pada tahun 1778 oleh seorang ilmuwan Swedia yaitu Carl Wilhelm Scheele. Tak lama kemudian, pada tahun 1782, Peter Jacob Hjelm menemukan molibdenit oksida yang mengurangi dengan ikatan karbon untuk memperoleh serbuk logam gelap yang diberi nama "molybdenum".

Molybdenum tetap memberikan rasa keingintahuan laboratorium di sebagian besar abad ke-19 sampai teknologi untuk ekstraksi jumlah komersial menjadi praktis. Pada tahun 1891, perusahaan Perancis Schneider & Co pertama kali digunakan molybdenum sebagai unsur paduan dalam produksi pelat baja.
Hal ini tercatat bahwa molybdenum adalah pengganti yang efektif untuk tungsten dalam berbagai aplikasi paduan baja karena kepadatannya hanya sedikit lebih dari setengah dari tungsten.

Molybdenum Disulfide / MoS2 terjadi secara alami dalam bentuk urat padat tipis dalam granit. Bahan ini ditambang dan dimurnikan sehingga cocok untuk pelumas. MoS2 memiliki struktur kristal heksagonal.

Crystal Structure of MoS2
(Reference: Dynamic Coating, Inc.)

Properti intrinsik geser mudah terjadi pada antarmuka antara molekul sulfur. Interaksi antara lapisan memberikan efek berkurangnya jumlah gesekan permukaan dan resistensi.

Karena pada molekul MoS2 tidak ada uap air antara pelat kisi molekul, maka MoS2 sangat efektif dalam kondisi tinggi-vakum / tarikan yang kuat, di mana bahan Grapite tidak memiliki karakter tersebut.
Pada teknis pelumasan , ukuran partikel dan ketebalan film merupakan parameter penting yang harus disesuaikan dengan kekasaran permukaan komponen yang akan diberikan pelumas.
Pilihan ukuran partikel yang jauh lebih besar untuk permukaan kasar, seperti open gear, hal ini yang membuat  MoS2 perlu dipertimbangkan. Namun  MoS2 sangat tidak dianjurkan pada aplikasi yang memiliki kecepatan tinggi, karena partikelnya yang besar dapat menggesek aplikasi lebih kuat

Batasan suhu maksimal MoS2 adalah pada suhu 400 ° C (752 ° F) yang bisa teroksidasi. MoS2 mengoksidasi perlahan di atmosfer hingga 600 ° F. Di tempat yang kering, suasana bebas oksigen dapat berfungsi sebagai pelumas sampai 1300 ° F. Produk oksidasi MoS2 adalah molibdenum trioksida (MoO3) dan sulfur dioksida. MoS3 adalah hydroscopic dan menyebabkan banyak masalah gesekan di atmosfer standar.
MoO3 adalah bahan logam yang digunakan sebagai aditif untuk berbagai logam lainnya, yang digunakan sebagai bahan utamanya.

Alasan Molybdenum disulfida harus digunakan, dibandingkan Graphite atau tungsten disulfida, adalah Koefisien gesekan rendah dari MoS2 sering melebihi grafit.

Dry lubrication dengan bahan Graphite

Di posting sebelumnya kita sudah membahas tentang dry lubrication yang lebih umum. Pada posting ini kita akan bahas dry lubrication dengan bahan graphite.
untuk type yang lain :

• Dry Lubrication dengan PTFE ( Teflon )
• Dry Lubrication dengan MoS2 ( Molybdenum Disulfide )

Graphite pertama kali dirujuk pada pertengahan 1500-an-yang digunakan sebagai pensil. Graphite adalah bentuk kristal lembut karbon yang berwarna abu-abu sampai hitam, buram, memiliki kilap logam, dan fleksibel, tetapi tidak elastis. Graphite terjadi secara alami dalam batuan metamorfose seperti marmer, sekis dan gneiss. 

Graphite memiliki sifat logam dan bukan logam yang membuatnya cocok untuk aplikasi industri. Sifat logam termasuk konduktivitas termal dan listrik. Sifat bukan logam termasuk inertness, tahan panas tinggi dan pelumasan. Beberapa penggunaan Graphite dalam industri antara lain digunakan dalam pelumas suhu tinggi, sikat untuk motor listrik, bahan gesekan, dan sel baterai dan bahan bakar.

Graphite merupakan bahan untuk pelumas yang sudah lama digunakan. Walaupun terkesan agak kuno, tapi masih ada saja aplikasi yang menggunakan pelumas dengan material Graphite.

Graphite memiliki lapisan kisi struktur lamella kristal di mana ikatan antara atom karbon dalam struktur kristal lapisan lebih kuat daripada ikatan karbon antara lapisan. Graphite terdiri dari karbon dan uap air. Setiap atom karbon terikat tiga atom karbon sekitar lainnya. 

Cincin datar atom karbon terikat dalam struktur heksagonal, Struktur karbon heksagonal disebut sebagai cincin benzena. Plate datar ini ada di lapisan yang tidak kovalen terhubung ke lapisan sekitarnya

Graphite Lamella Lattice Structure
(Reference: Dynamic Coating, Inc.)

Bahan Graphite memiliki sifat pelumas yang sangat baik, asalkan uap air tersedia, dan akan berfungsi sebagai pelumas sampai kira-kira 1450 ° F / 788 ° C. 

Selain itu bahan Graphite juga sebagai release agent (anti lengket) dan antiseize ( anti macet) sampai sekitar 2400 ° F / 1315 ° C.

Hasil oksidasi dari Graphite adalah CO2. Karena persyaratan dalam penggunaan harus ada uap air tertahan, maka Graphite tidak berfungsi dengan baik sebagai pelumas pada vakum keras dan karena itu jarang digunakan dalam aplikasi deep-space

Graphite campuran dan grafit murni pada sistem dry lubricant / pelumas film kering biasanya digunakan dalam aplikasi seperti :

• mesin cetakan sistem panas dan sistem dingin, 
• industri kabel
• industri pembuatan cat 
• aplikasi alat pemotong dengan kecepatan tinggi
• sebagai pelepas cetakan untuk cor, plastik dan karet cetakan aplikasi die; 
• kepala silinder (piston) dan knalpot baut; 
• industri amunisi dan persenjataan ; 
• mesin otomotif dan aplikasi industri umum.

Sedikit mengenal tentang Dry Lubrication

Dry lubrication atau teknis pelumasan dengan film kering memang sering digunakan untuk beberapa aplikasi pada industri dan manufaktur.
Dry Lubrication lebih umum dikenal dengan menggunakan Anti Friction Coating. Jadi cara aplikasi yang sedikit berbeda dengan teknis pelumasan yang biasanya dengan pelumas basah seperti grease dan oli.

Dry Lubrication dengan film kering adalah dengan  bahan padat yang memberikan perlawanan gesek rendah antara permukaan ketika diterapkan langsung ke permukaan yang saling berinteraksi. Setiap bahan memiliki sifat yang berbeda.

Kisi (lamella) bahan struktur kristal, seperti Molibdenum disulfida (MoS2), Tungsten disulfida (WS2) dan Grafit. Secara luas digunakan sebagai pelumas yang berdiri sendiri. Bahan-bahan ini digunakan secara terpisah atau dalam kombinasi lainnya dengan logam (timah, tembaga) untuk mencapai hasil yang diinginkan.

Lamella / kisipermukaan pelumas kering memiliki gaya geser rendah antara lapisan kisi kristal mereka yang meminimalkan perlawanan antara permukaan geser.

Gambar : Crystal Structure of MoS2

Bahan-bahan ini telah terstruktur lapisan yang membentuk dan berinteraksi terhadap lapisan struktur lainnya. Kebanyakan bahan film pelumasan kering bekerja dengan baik di lingkungan yang kering dan bahan lapisan baik tambahan atau batas dengan system pelumas cair.

Molekul-molekul fluorocarbon rantai panjang, seperti polytetrafluoroethylene, cenderung memiliki sudut pembasahan yang dikeluarkan dengan baik dan mencegah untuk menempel. Berbagai karakteristik menarik lainnya untuk aplikasi yang beroperasi pada suhu tinggi.

Masing-masing bahan pelumas kering / dry lubrication memiliki sifat yang berbeda, yaitu:
Molibdenum disulfida (MoS2), Grafit dan Tungsten disulfida(WS2) yang bersifat oilioscopic / licin.
Struktur pelumasan kering tidak bisa bersentuhan langsung dengan deterjen, karena bisa mengurangi / mengkikis permukaanya.

Di artikel lain saya juga bahas :
Dry Lubrication dengan MoS2
Dry Lubrication dengan Graphite
Dry Lubrication dengan PTFE / Teflon

Struktur lapisan kisi lamella ini sangat bagus dipakai pada bearing dengan mode sliding / geser dan  rolling / memutar. Grafit memiliki kemampuan suhu tinggi dan fungsi baik di outdoor yang terkena langsung radiasi matahari & atmosfer. MoS2 dan WS2 fungsi baik pada vakum yang keras dan aplikasidengan beban yang lebih tinggi, jadi lebih baik dari grafit.

sumber : http://www.machinerylubrication.com/Read/861/solid-film-lubricants