مادة تشحيم

يُعد الزيت الأساسي المكون الرئيسي لجميع مواد التشحيم السائلة. وهناك نوعان رئيسيان من الزيوت الأساسية هما الزيوت المعدنية والزيوت الاصطناعية.

تُستخدم مجموعة كبيرة من الإضافات لتحسين خصائص الأداء في مواد التشحيم. تحتوي مواد التشحيم الحديثة للسيارات على ما يصل إلى عشر إضافات، تشكل ما يصل إلى 20% من مادة التشحيم، وأهم مجموعات الإضافات هي: ^{[ 4 ]}

• مثبطات نقطة الانسكاب هي مركبات تمنع تبلور الشموع. تلتصق مركبات الألكيل بنزين ذات السلسلة الطويلة بالبلورات الصغيرة للشمع، مما يمنع نمو البلورات.
• عادةً ما تكون عوامل منع الرغوة عبارة عن مركبات سيليكونية تزيد من التوتر السطحي من أجل منع تكوّن الرغوة.
• مُحسِّنات مؤشر اللزوجة هي مركبات تسمح للمواد التشحيمية بالحفاظ على لزوجتها عند درجات حرارة أعلى. ومن الأمثلة الشائعة على مُحسِّنات مؤشر اللزوجة البولي أكريلات والبيوتادين .
• تعمل مضادات الأكسدة على تثبيط معدل التحلل التأكسدي لجزيئات الهيدروكربون داخل مادة التشحيم. عند درجات الحرارة المنخفضة، تُستخدم مثبطات الجذور الحرة مثل الفينولات المعيقة، كهيدروكسي تولوين بوتيلي . أما عند درجات حرارة أعلى من  90 درجة مئوية، حيث تحفز  المعادن عملية الأكسدة، فإن ثنائي فوسفات الكبريت يكون أكثر فائدة. في هذه الحالة، تُسمى هذه الإضافات بمثبطات المعادن .
• تضمن المنظفات نظافة مكونات المحرك عن طريق منع تكون الرواسب على أسطح التلامس في درجات الحرارة العالية.
• مثبطات التآكل (مثبطات الصدأ) هي عادةً مواد قلوية، مثل أملاح الألكيل سلفونات، التي تمتص الأحماض التي من شأنها أن تؤدي إلى تآكل الأجزاء المعدنية.
• تُشكّل إضافات مقاومة التآكل طبقات واقية على الأجزاء المعدنية، مما يقلل من التآكل . وهي تُصنّف إلى فئتين حسب قوة ارتباطها بالسطح. ومن الأمثلة الشائعة عليها إسترات الفوسفات وثنائي فوسفات الزنك . ^{[ 9 ]}
• تُشكّل إضافات مقاومة الضغط الشديد (المضادة للتآكل) طبقات واقية على الأجزاء المعدنية المنزلقة. وغالبًا ما تكون هذه المواد مركبات كبريتية، مثل ثنائي فوسفات الكبريت.
• تعمل مُعدِّلات الاحتكاك على تقليل الاحتكاك والتآكل، لا سيما في نظام التشحيم الحدودي حيث تتلامس الأسطح بشكل مباشر. ^{[ 10 ]}

صُممت الطلاءات المانعة للالتصاق لتقليل خاصية الالتصاق (الالتصاق) لمادة معينة. تُعد صناعات المطاط والخراطيم والأسلاك والكابلات من أكبر مستهلكي المنتجات المانعة للالتصاق، ولكن جميع الصناعات تقريبًا تستخدم نوعًا من المواد المانعة للالتصاق. تختلف المواد المانعة للالتصاق عن مواد التشحيم في أنها مصممة لتقليل خصائص الالتصاق المتأصلة في مركب معين، بينما صُممت مواد التشحيم لتقليل الاحتكاك بين أي سطحين.

تُستخدم مواد التشحيم عادةً لفصل الأجزاء المتحركة في النظام. ويُسهم هذا الفصل في تقليل الاحتكاك والتآكل وإجهاد السطح، بالإضافة إلى تقليل توليد الحرارة والضوضاء والاهتزازات أثناء التشغيل. وتُحقق مواد التشحيم ذلك بعدة طرق، وأكثرها شيوعًا هو تكوين حاجز مادي، أي طبقة رقيقة من مادة التشحيم تفصل الأجزاء المتحركة. وهذا يُشابه ظاهرة الانزلاق المائي، وهي فقدان الاحتكاك الذي يُلاحظ عند انفصال إطار السيارة عن سطح الطريق أثناء مروره في مياه راكدة. ويُطلق على هذه الظاهرة اسم التشحيم الهيدروديناميكي. في حالات ارتفاع ضغط السطح أو درجة حرارته، تكون طبقة السائل أرق بكثير، وتنتقل بعض القوى بين الأسطح عبر مادة التشحيم.

عادةً ما يكون الاحتكاك بين المُزَلِّق والسطح أقل بكثير من الاحتكاك بين الأسطح في نظام خالٍ من التزييت. لذا، يُقلل استخدام المُزَلِّق من الاحتكاك الكلي للنظام. ويُسهم انخفاض الاحتكاك في تقليل توليد الحرارة وتكوّن جزيئات التآكل، فضلاً عن تحسين الكفاءة. قد تحتوي المُزَلِّقات على إضافات قطبية تُعرف بمُعدِّلات الاحتكاك، والتي ترتبط كيميائيًا بالأسطح المعدنية لتقليل الاحتكاك السطحي حتى في حال عدم وجود كمية كافية من المُزَلِّق للتزييت الهيدروديناميكي، كما هو الحال عند حماية صمامات محرك السيارة عند بدء التشغيل. وقد يكون الزيت الأساسي نفسه قطبيًا بطبيعته، وبالتالي قادرًا بطبيعته على الارتباط بالأسطح المعدنية، كما هو الحال مع زيوت البوليولستر .

يمكن لكل من مواد التشحيم الغازية والسائلة نقل الحرارة. إلا أن مواد التشحيم السائلة أكثر فعالية بكثير نظرًا لسعتها الحرارية النوعية العالية . عادةً ما يتم تدوير مادة التشحيم السائلة باستمرار من وإلى الجزء الأكثر برودة من النظام، مع إمكانية استخدامها للتدفئة والتبريد عند الحاجة إلى درجة حرارة محددة. كما يحدد هذا التدفق الدوراني كمية الحرارة المنقولة في أي وحدة زمنية. تتميز أنظمة التدفق العالي بقدرتها على نقل كميات كبيرة من الحرارة، بالإضافة إلى ميزة تقليل الإجهاد الحراري على مادة التشحيم. وبالتالي، يمكن استخدام مواد تشحيم سائلة أقل تكلفة. أما العيب الرئيسي فهو أن أنظمة التدفق العالي تتطلب عادةً أحواضًا أكبر ووحدات تبريد أكبر. ومن عيوبها الثانوية أن نظام التدفق العالي الذي يعتمد على معدل التدفق لحماية مادة التشحيم من الإجهاد الحراري يكون عرضة للعطل الكارثي أثناء عمليات الإغلاق المفاجئة للنظام. ويُعد الشاحن التوربيني المبرد بالزيت في السيارات مثالًا نموذجيًا على ذلك. ترتفع درجة حرارة الشواحن التوربينية إلى درجة الاحمرار أثناء التشغيل، ولا يصمد الزيت المستخدم لتبريدها إلا لفترة قصيرة جدًا في النظام (أي بمعدل تدفق عالٍ). إذا توقف النظام فجأة (كالتوقف في منطقة صيانة بعد قيادة بسرعة عالية)، يتأكسد الزيت الموجود في الشاحن التوربيني فورًا، مما يؤدي إلى انسداد قنوات الزيت بالرواسب. مع مرور الوقت، قد تسد هذه الرواسب قنوات الزيت تمامًا، مما يقلل من التبريد ويؤدي في النهاية إلى تعطل الشاحن التوربيني كليًا، وعادةً ما يكون ذلك بسبب تعطل المحامل . لا تُعد مواد التشحيم غير السائلة، كالشحوم والمعاجين، فعالة في نقل الحرارة، على الرغم من أنها تُسهم في تقليل توليد الحرارة في المقام الأول.

تتميز أنظمة تدوير مواد التشحيم بقدرتها على نقل الشوائب المتولدة داخليًا والملوثات الخارجية التي تدخل النظام إلى مرشح حيث يمكن إزالتها. تحتوي مواد التشحيم المستخدمة في الآلات التي تُنتج الشوائب أو الملوثات بشكل منتظم، مثل محركات السيارات، عادةً على مواد منظفة ومشتتة للمساعدة في نقل الشوائب والملوثات إلى المرشح وإزالتها. مع مرور الوقت، قد ينسد المرشح ويحتاج إلى التنظيف أو الاستبدال، ولذلك يُنصح بتغيير مرشح زيت السيارة في نفس وقت تغيير الزيت. في الأنظمة المغلقة، مثل علب التروس، قد يُضاف مغناطيس إلى المرشح لجذب أي جزيئات حديد دقيقة تتكون.

من الواضح أن نظافة الزيت في نظام الدورة الدموية تعتمد بشكل أساسي على كفاءة الفلتر، ولذا فمن المؤسف عدم وجود معايير صناعية تُمكّن المستهلكين من تقييم قدرة فلاتر السيارات المختلفة على الترشيح بسهولة. تُقلل فلاتر السيارات الرديئة بشكل ملحوظ من عمر المحرك، كما تُقلل من كفاءة النظام.

تُستخدم مواد التشحيم المعروفة باسم السوائل الهيدروليكية كسائل تشغيل في نقل الطاقة الهيدروستاتيكي. وتشكل السوائل الهيدروليكية نسبة كبيرة من إجمالي مواد التشحيم المنتجة عالميًا. ويُعد محول عزم الدوران في ناقل الحركة الأوتوماتيكي تطبيقًا مهمًا آخر لنقل الطاقة باستخدام مواد التشحيم.

تمنع مواد التشحيم التآكل عن طريق تقليل الاحتكاك بين جزأين. وقد تحتوي هذه المواد أيضاً على إضافات مضادة للتآكل أو مقاومة للضغط الشديد لتعزيز أدائها في مقاومة التآكل والإجهاد.

تُصنع العديد من مواد التشحيم بمواد مضافة تُشكل روابط كيميائية مع الأسطح أو تمنع الرطوبة، وذلك للوقاية من التآكل والصدأ. كما أنها تُقلل من التآكل بين سطحين معدنيين وتمنع التلامس بينهما لتجنب التآكل الناتج عن الغمر.

تملأ مواد التشحيم الفراغ بين الأجزاء المتحركة بفعل الخاصية الشعرية، مما يؤدي إلى إحكام إغلاق هذا الفراغ. ويمكن استخدام هذه الخاصية لإحكام إغلاق المكابس والأعمدة.

• API 1509، نظام ترخيص واعتماد زيوت المحركات، الطبعة الخامسة عشرة، 2002. الملحق هـ، إرشادات API لتبادل الزيوت الأساسية لزيوت محركات سيارات الركاب وزيوت محركات الديزل (معدلة)
• باوتون وهورفاث، 2003، التقييم البيئي لأساليب إدارة الزيوت المستعملة، العلوم والتكنولوجيا البيئية، المجلد 38
• آي. إيه. إنمان. تكوين طبقة أكسيد مضغوطة في ظل ظروف احتفاظ محدود بالحطام عند سطح التآكل أثناء التآكل الانزلاقي عالي الحرارة للسبائك الفائقة ، أطروحة دكتوراه (2003)، جامعة نورثمبريا، رقم ISBN 1-58112-321-3
• توصيات مرسيدس-بنز بشأن الزيوت، مستقاة من كتيبات المصنع والبحث الشخصي
• قياس قلوية الاحتياطي وتقييم اعتمادها على التآكل
• اختبار جودة الزيت المستعمل، قائمة بالقياسات الممكنة
• ليزلي ر. رودنيك (2003). إضافات التشحيم: الكيمياء والتطبيقات . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-0-8247-4740-4.