Por Steven Lumley, gerente técnico da WearCheck
Continuando a jornada pelo mundo dos aditivos antidesgaste com a WearCheck, empresa especialista em monitoramento de condição, esta última parte da série Cozinha de Lubrificantes analisa os aditivos que fazem sua mágica sob pressão – os aditivos de Extrema Pressão (EP) – os outros guardiões de metais no seu óleo.
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O que eles são? |
Gorduras e óleos sulfurados, compostos orgânicos de enxofre, sulfetos, fosfatos, ditiofosfatos metálicos e compostos de cloro. |
| O que eles fazem? | Reduz o atrito e o desgaste, e previne riscos e travamentos. |
| Como eles fazem isso? | Reação química com a superfície metálica para formar uma película com menor resistência ao cisalhamento do que o metal, impedindo assim o contato metal-metal. |
O desenvolvimento de aditivos EP ganhou impulso durante a Segunda Guerra Mundial, pois lubrificantes de alto desempenho eram necessários para lubrificar equipamentos militares. Os aditivos EP à base de enxofre surgiram como um avanço significativo na química de aditivos durante esse período.
Durante as décadas de 1950 e 60, o uso de compostos à base de cloro, como parafinas cloradas, tornou-se generalizado, mas com o passar dos anos, o uso de aditivos à base de cloro diminuiu devido a preocupações ambientais e de saúde.
Os aditivos EP atuam no início da Curva de Stribeck, onde as condições de lubrificação estão nos regimes de lubrificação mista ou de lubrificação limite. No entanto, os aditivos EP são geralmente mais críticos em condições de lubrificação limite do que em lubrificação mista.
Em condições de lubrificação limite, as superfícies em contato direto não possuem uma película de óleo suficiente para separá-las. Os aditivos EP desempenham um papel crucial, prevenindo o desgaste adesivo e protegendo os componentes quando o óleo lubrificante não consegue manter uma espessura de película adequada.
Eles são ativados sob altas cargas e pelas altas temperaturas de contato criadas em condições de lubrificação limite. Normalmente, são usados em óleos para engrenagens e conferem a esses óleos aquele odor forte e característico de enxofre.
Esses aditivos são mais agressivos quimicamente do que os aditivos antidesgaste. Eles reagem quimicamente com superfícies metálicas (ferro) para formar uma película superficial sacrificial que impede a soldagem e o travamento de asperezas opostas causados pelo contato metal-metal (desgaste adesivo).
Vamos analisar os tipos comuns de aditivos EP.
Os compostos à base de enxofre formam películas de sulfeto metálico e estão entre os aditivos EP mais utilizados e eficazes. Eles dependem de reações triboquímicas para criar essas películas protetoras de sulfeto metálico. Sob alta pressão entre superfícies metálicas, as ligações de enxofre nos aditivos se rompem, liberando enxofre reativo. Esse enxofre reage então com átomos de metal para formar sulfetos metálicos, que possuem uma estrutura cristalina em camadas. Essa estrutura cria uma película lubrificante com alta adesão, baixa resistência ao cisalhamento e capacidade de se regenerar rapidamente à medida que se desgasta.
Os aditivos EP à base de enxofre podem ser categorizados em dois tipos:
Aditivos EP de Enxofre Ativo: esses são altamente reativos e interagem facilmente com superfícies metálicas, especialmente em temperaturas elevadas. Eles formam uma película protetora de sulfeto metálico que impede o contato metal-metal sob pressão extrema. No entanto, o enxofre ativo também pode causar corrosão em metais mais macios, como cobre e latão.
Aditivos EP de enxofre inativos: estes são menos reativos em temperaturas operacionais típicas e não atacam agressivamente as superfícies metálicas. Eles fornecem proteção EP formando gradualmente camadas protetoras por meio de reações químicas mais lentas, sem se ligarem agressivamente à superfície metálica em condições padrão.
Compostos à base de fósforo formam filmes de fosfato metálico, criando uma camada lisa de polifosfato que oferece boa resistência ao desgaste e capacidade de suportar carga. Embora esses filmes sejam normalmente mais espessos, eles são menos duráveis do que os filmes à base de enxofre e podem ter eficácia reduzida em temperaturas mais altas.
Compostos à base de cloro formam filmes de cloreto de ferro, mas, como mencionado, o uso desses aditivos diminuiu significativamente devido a preocupações com toxicidade.
Os aditivos EP protegem as superfícies que suportam carga por meio de uma série de reações ao longo do ciclo de vida do óleo. O processo geralmente envolve as seguintes etapas principais:
Adsorção – as moléculas do aditivo são atraídas para as superfícies metálicas por meio de interações polares.
Reação triboquímica – sob pressão extrema, as moléculas do aditivo se decompõem e reagem quimicamente com a superfície metálica, formando um composto inorgânico protetor.
Formação de película – dependendo do tipo de aditivo EP, os produtos da reação formam uma camada protetora lisa, que pode ter estrutura cristalina ou amorfa. Essa película reduz o atrito e o contato metal-metal, proporcionando uma película lubrificante lisa para proteger as superfícies sob alta pressão.
Absorção de carga de choque – a película protetora, seja cristalina ou amorfa, absorve picos de pressão e ajuda a reduzir o estresse mecânico na película de óleo base, evitando o contato metal-metal.
Regeneração – à medida que as películas protetoras se desgastam, os aditivos no óleo regeneram a película, mantendo a proteção contínua.
As reações químicas exatas entre o aditivo e o metal dependem tanto do tipo de aditivo EP quanto da composição do metal base, mas, em essência, os aditivos EP se sacrificam para formar filmes sólidos inorgânicos na superfície do metal, proporcionando proteção contra desgaste em condições de lubrificação limite. Eles são os verdadeiros especialistas em condições limite — quimicamente reativos, mecanicamente eficazes e sempre prontos para brilhar quando a pressão aumenta.
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