Trong ngành bôi trơn, hơn 95% tất cả các thành phần đều được bôi trơn bằng dầu, không phải vì nó bôi trơn tốt hơn mà vì nó có nhiều đặc tính hơn. Dầu bôi trơn có tính dẫn nhiệt và tốt hơn cho các bộ phận máy hoạt động ở nhiệt độ cao.

Mỡ thường chỉ được sử dụng nếu không thể sử dụng dầu vì việc bịt kín điểm bôi trơn có vấn đề hoặc gây tốn kém. Thông thường, mỡ được bôi lên ổ trục, vòng bi, với gần 80% bộ phận dạng này được bôi trơn bằng mỡ.

Trong quá trình phân tích chất bôi trơn đang và đã sử dụng, dầu và mỡ có hành vi tương tự nhau. Mặc dù cả hai đều chứa thông tin quan trọng, nhưng việc giải thích kết quả đối với mỡ khó hơn. Các phương pháp sau đây đại diện cho những cách quan trọng nhất để phân tích mỡ bôi trơn.

QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ (Atomic Emission Spectroscopy)

Quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) theo phương pháp Rotrode có thể được sử dụng để cung cấp thông tin về độ mòn, tạp chất, chất làm đặc và mức phụ gia trong mẫu mỡ. Giá trị sắt và crom tăng có thể chỉ ra rằng ổ trục lăn đã bị mòn, trong khi đồng, chì và thiếc cho thấy sự ăn mòn hoặc mài mòn từ lồng ổ trục.

Các tạp chất có thể có như silic (bụi), canxi (vôi) hoặc cặn nước cứng giúp xác định nguyên nhân gây mài mòn. Sự khác biệt giữa mỡ mới và mỡ đã qua sử dụng về hàm lượng và thành phần của gói phụ gia hoặc chất làm đặc cho thấy có sử dụng loại mỡ khác. 

CHỈ SỐ ĐỊNH LƯỢNG HẠT (Particle Quantifier Index)

Chỉ số định lượng hạt (PQ) chuyên xác định các hạt sắt có thể từ hóa. Không giống như AES, không thể dễ dàng phát hiện các hạt sắt lớn hơn 5 micron, chỉ số PQ ghi lại tất cả các hạt mài mòn có thể từ hóa bất kể kích thước của chúng. Chiều cao của chỉ số PQ sau đó được đo kết hợp với hàm lượng sắt AES. 

Chỉ số PQ cực đại (trên 500) cho biết rằng sự mài mòn cấp tính đã diễn ra bất kể giá trị sắt AES. Thường có hiện tượng rỗ hoặc mỏi vật liệu. Mức PQ cao (trên 200) với giá trị sắt AES thấp (dưới 100) cho biết rằng sự mài mòn cấp tính đang diễn ra và gây ra các hạt mài mòn tương đối lớn.

Chỉ số PQ tăng (trên 100) kết hợp với giá trị sắt AES cao tương ứng là dấu hiệu của sự mỏi vật liệu điển hình trong đó xảy ra sự mài mòn “bình thường”. Chỉ số PQ thấp (dưới 50) đi kèm với giá trị sắt AES cao (trên 100) luôn là dấu hiệu của sự ăn mòn và hình thành rỉ sét. Rỉ sét hầu như không từ hóa được, do đó nó tạo ra chỉ số PQ thấp.

QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Nguyên lý của quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier ( FTIR ) dựa trên sự hiện diện của các phân tử trong chất bôi trơn hấp thụ ánh sáng hồng ngoại ở các mức độ khác nhau do cấu trúc hóa học của chúng. Những thay đổi đối với chất bôi trơn đã sử dụng có thể được so sánh với quang phổ tham chiếu mỡ mới và sau đó được mô tả, tính toán và diễn giải như các "đỉnh" điển hình cho một số số sóng nhất định. 

Ngoài các biện pháp kiểm soát danh tính, quá trình oxy hóa cũng có thể được chứng minh bằng quang phổ FTIR, ví dụ. Khi mỡ cũ đi, các hợp chất phân tử thay đổi và hấp thụ nhiều ánh sáng hồng ngoại hơn mỡ mới.Thông qua quá trình biến đổi Fourier, các giá trị này có thể được đọc và các rung động phân tử được thể hiện trong sơ đồ FTIR.

Tùy thuộc vào các hợp chất phân tử, các đỉnh phát triển thành các số sóng tương ứng. Chất bôi trơn tổng hợp thường chứa các thành phần gốc este. Do các phân tử oxy có trong chúng, chúng hấp thụ ánh sáng hồng ngoại ở cùng phạm vi bước sóng như các liên kết oxy đôi phát sinh thông qua quá trình oxy hóa. Đây là lý do tại sao các thay đổi oxy hóa đối với dầu tổng hợp không thể được tính toán chính xác chỉ bằng FTIR. Thử nghiệm RULER là cần thiết cho việc này.

Thông qua việc so sánh với phổ mỡ tươi lắng đọng, quy trình này cung cấp thông tin nhanh chóng và đáng tin cậy về việc mỡ đã được trộn lẫn với nhau hay đã sử dụng một loại mỡ hoàn toàn khác. Quy trình này cũng có thể xác định xem mỡ có chứa dầu gốc là dầu tổng hợp hay dầu khoáng.

Đối với dầu gốc khoáng, FTIR xác định xem quá trình oxy hóa có xảy ra do thiếu bôi trơn lại hay do hư hỏng do nhiệt độ cao. Nếu mỡ chứa phụ gia áp suất cao, có thể phát hiện ra sự suy giảm phụ gia. So sánh mỡ mới cũng có thể chứng minh xem có quá nhiều nước hay không.

CHUẨN ĐỘ KARL FISCHER (Karl Fischer Titration)

Quá nhiều nước trong mỡ có thể gây ra sự ăn mòn và hư hỏng ổ trục. Ở những nơi có chuyển động tương đối cao, hiện tượng rỗ có thể xảy ra. Nếu có quá nhiều nước hoặc nước thấm liên tục, phải bôi trơn lại thường xuyên hơn. Nếu mỡ không chịu được nước, mỡ có thể trở nên mềm hoặc loãng và chất lượng sẽ giảm.

Cũng giống như dầu, lượng nước trong mẫu mỡ được tính bằng phương pháp Karl Fischer (KF). Phương pháp này yêu cầu nước phải được “đẩy ra” khỏi mẫu. Với dầu, nước từ mẫu đã được niêm phong sẽ được bốc hơi bằng cách đun nóng đến nhiệt độ lên đến 140 độ C. Tuy nhiên, việc đun sôi nước ra khỏi mỡ khó hơn nhiều.

Trong trường hợp này, nước phải được chiết xuất chậm ở nhiệt độ 120 độ C. Nước được dẫn vào bình chuẩn độ bằng kim rỗng và nitơ. Sau đó, phản ứng điện hóa diễn ra với dung dịch KF đặc biệt. Khi đạt đến điểm chuyển tiếp của đường cong chuẩn độ, hàm lượng nước chính xác có thể được nêu theo phần triệu.

Nếu mỡ chứa quá nhiều nước, điều quan trọng là phải tìm ra nguồn gốc và loại bỏ nó. Phương pháp Karl Fischer cung cấp thông tin định lượng về hàm lượng nước. Các nguyên tố được nghiên cứu bằng phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử giúp phân biệt giữa nước ngưng tụ và nước máy.

Nếu mẫu mỡ đã qua sử dụng không giống với mẫu mỡ mới và bị ô nhiễm bởi natri, canxi, kali hoặc magiê, điều này chỉ ra nước "cứng", có thể đã thấm vào mỡ trong quá trình vệ sinh bằng áp suất cao.

Nếu không có các khoáng chất này, thì đó có thể là mưa "mềm" hoặc nước ngưng tụ. Nếu nước không được loại bỏ hiệu quả trong quá trình sản xuất mỡ, nước có thể được tìm thấy trong mẫu mỡ tươi. Phân tích mỡ mới và mỡ đã qua sử dụng sẽ làm rõ vấn đề này. 

KIỂM TRA ĐỘ CHẢY GIỌT (Bleeding Test)

Cấu trúc giống như bọt biển của chất làm đặc hoặc xà phòng được sử dụng trong mỡ giữ cho dầu gốc chắc và cho phép nó chuyển chậm đến điểm bôi trơn. Tuy nhiên, nếu dầu chảy quá nhanh và không kiểm soát được từ chất làm đặc, mỡ sẽ “chảy” ra. Nếu chất làm đặc còn lại chứa quá ít dầu cho các nhiệm vụ bôi trơn, mỡ còn lại sẽ khô. Nếu hàm lượng dầu còn lại của mỡ giảm quá nhanh, thì mỡ không phù hợp hoặc phải được bôi lại thường xuyên hơn hoặc với số lượng lớn hơn. 

Xác định hàm lượng dầu còn lại cung cấp thông tin cần thiết để quyết định trường hợp nào là đúng. Thử nghiệm này cho thấy tỷ lệ phần trăm dầu gốc mà cấu trúc xà phòng đã mất trong sáu giờ ở nhiệt độ 60 độ C. Sau đó, hàm lượng dầu còn lại của mỡ đã qua sử dụng phải được so sánh với mẫu mỡ mới. 

Nếu các giá trị nằm trong khoảng từ 5 đến 25 phần trăm và sự chênh lệch giữa mỡ đã qua sử dụng và mỡ mới là cộng hoặc trừ 15 phần trăm trở xuống thì vẫn có thể sử dụng mỡ mà không cần thay đổi chu kỳ bôi trơn lại.

Nếu mỡ đã qua sử dụng mất nhiều dầu hơn đáng kể so với dầu mới, chất làm đặc không còn có thể duy trì dầu gốc trong cấu trúc giống như bọt biển của nó.Nếu lượng dầu ít hơn đáng kể được giải phóng khỏi mỡ đã qua sử dụng, mỡ đã bắt đầu khô. Bề mặt ổ trục "đói" dầu bôi trơn và phải được bôi trơn lại.

Hàm lượng dầu còn lại quá thấp có thể là do sử dụng quá lâu và không bôi trơn lại đủ; rung động mạnh, tải trọng hoặc tốc độ quay; trộn mỡ đã được xà phòng hóa khác nhau; tạp chất do nước, axit hoặc kiềm gây ra; khả năng chịu nhiệt không đủ; hoặc quá trình oxy hóa và lão hóa (axet hóa) của dầu gốc. 

KIỂM TRA ĐỘ XUYÊN KIM

Trong khi độ nhớt mô tả khả năng chảy của dầu bôi trơn hoặc chất lỏng thủy lực , độ đặc đề cập đến mức độ dầu bôi trơn cứng. Tuy nhiên, độ đặc của mỡ không liên quan trực tiếp đến độ nhớt của dầu gốc hoặc loại chất làm đặc được sử dụng.

Viện Mỡ bôi trơn Quốc gia (NLGI) chia mỡ bôi trơn thành các nhóm phân loại dựa trên độ đặc của chúng. Cùng với loại dầu gốc và độ nhớt, loại độ đặc mà nó thuộc về cung cấp một giá trị quan trọng khác để phân loại độ cứng của mỡ. Độ đặc cho biết mỡ có thể ăn được hay đã trở nên quá cứng do chảy máu.

Độ đặc được đo bằng một hình nón chuẩn. Mỡ được rải vào một lọ nhỏ. Đầu hình nón chạm vào mỡ. Độ sâu thâm nhập đạt được trong 5 giây và được đo bằng 0,1 mm. Điều này tạo ra số thâm nhập mỡ được sử dụng để xác định cấp NLGI. Mỡ càng mềm, hình nón thâm nhập càng sâu. Điều này cho thấy số thâm nhập cao và cấp NLGI thấp. 

So sánh độ thấm mỡ mới và mỡ đã qua sử dụng cho phép rút ra một số kết luận nhất định. Ví dụ, nếu mỡ đã qua sử dụng trở nên mềm hơn và do đó có số độ thấm cao hơn mỡ mới, thì mỡ có thể đã trộn lẫn với mỡ khác hoặc bị nhiễm nước hoặc chất lỏng khác. Mỡ cũng có thể đã bị cắt và tải cơ học.

Sự sụt giảm đáng kể về số lượng thâm nhập cho thấy mỡ có thể đã bị chảy ra do rung động quá mạnh hoặc nhiệt độ cao có thể dẫn đến tách dầu. Mức áp suất cao trong hệ thống bôi trơn trung tâm cũng có thể làm mất cân bằng giữa dầu gốc và chất làm đặc. 

Nhóm phân loại dựa trên độ đặc của mỡ

TRO SUNFAT

Kiểm tra tro sunfat là một quá trình được sử dụng để xác định mức độ vô cơ trong các mẫu hữu cơ. Điều này đạt được bằng cách nung mẫu đến nhiệt độ 775 độ C. Ở nhiệt độ này, các thành phần hữu cơ trong mẫu “cháy”.

Tất cả những gì còn lại là tro bao gồm các oxit kim loại (xà phòng, phụ gia, v.v.) và tạp chất. Bằng cách hun khói với axit sunfuric đậm đặc, các oxit trong tro được chuyển thành sunfat. Sau đó, trọng lượng của phần còn lại được ghi lại.

Nếu tỷ lệ tro sunfat trong mỡ đã qua sử dụng tăng so với mỡ mới, thì đây là dấu hiệu rõ ràng của tạp chất và/hoặc hao mòn. Nếu tham khảo các giá trị kim loại do AES thiết lập ở giai đoạn này, thì có thể làm rõ nguyên nhân gây tăng trọng lượng. Hàm lượng sắt và crom cao chỉ ra hao mòn, trong khi tỷ lệ silic và canxi tăng chỉ ra tạp chất.

Trọng lượng của tro sunfat bị ảnh hưởng bởi sự mài mòn kim loại từ quá trình hao mòn ổ trục, tạp chất cứng như silicon (bụi), mức độ chất bôi trơn rắn như molypden disulfide, phụ gia chịu cực áp hữu cơ kim loại và các loại xà phòng kim loại khác cùng chất làm đặc vô cơ từ các loại mỡ khác mà chúng trộn lẫn. 

ỨNG SUẤT CẮT, ĐỘ NHỚT BIỂU KIẾN

Máy đo độ nhớt được sử dụng để đo độ nhớt có thể nhìn thấy của mỡ ở các nhiệt độ khác nhau. Với mục đích này, một lượng nhỏ mỡ được đặt trên một tấm có kiểm soát nhiệt độ. Hình nón thử nghiệm dựa trên tấm, tạo ra khoảng cách giữa các tấm trên và dưới, di chuyển lên lớp mỡ. Lực giữa các tấm và hình nón được đo là độ nhớt động, đối với mỡ còn được gọi là "độ nhớt cắt".

Độ ổn định sau khi cắt, đánh giá các đặc điểm như khả năng biến dạng của mỡ, có thể được mô tả theo độ nhớt biểu kiến. Máy đo độ nhớt cung cấp độ nhớt cắt khi bắt đầu và kết thúc quy trình thử nghiệm và hiển thị độ nhớt cắt giảm theo phần trăm.

Bằng cách sử dụng chỉ số và so sánh với các loại mỡ mới khác nhau hoặc thông qua phân tích xu hướng, bạn có thể xác định giới hạn nhiệt độ thấp nhất mà mỡ có thể sử dụng, liệu mỡ có phù hợp với tốc độ quay cao hay không và liệu mỡ có thể chấp nhận được đối với các loại vòng bi cụ thể hay không. 

ĐIỂM NHỎ GỌT (Dropping Point)

Khi nhiệt độ tăng, mỡ hoạt động khác với chất béo ăn được. Chúng không tan chảy như bơ hoặc dầu dừa khi được làm ấm nhưng hầu như không thay đổi khi nhiệt độ tăng vì chất làm đặc giữ chặt dầu gốc. Chỉ khi đạt đến nhiệt độ tới hạn của chất làm đặc thì cấu trúc xà phòng mới hòa tan.

Để thiết lập điểm nhỏ giọt, mẫu mỡ được làm ấm trong thiết bị thử nghiệm cho đến khi các giọt chất lỏng rơi xuống đáy ống nghiệm qua một lỗ trên núm vú. Mỡ dạng gel hoặc dạng bột, được đo ở nhiệt độ trên 300 độ C, được coi là không có điểm nhỏ giọt. 

Sẽ không phải lúc nào cũng có mối tương quan giữa điểm nhỏ giọt của mỡ và nhiệt độ hoạt động tối đa của mỡ. Tất nhiên, nhiệt độ cho phép luôn thấp hơn giá trị điểm nhỏ giọt. Cùng với chất làm đặc, loại dầu sẽ quyết định nhiệt độ hoạt động tối đa của mỡ.

Điểm nhỏ giọt của mỡ đã qua sử dụng thấp hơn so với mỡ mới có thể là do mỡ có chất làm đặc khác nhau trộn lẫn với nhau, mỡ có chứa nước hoặc chất lỏng lạ khác hoặc mỡ bị cắt thành các hạt nhỏ dưới tải trọng cực lớn.

PHƯƠNG PHÁP QUÉT THẾ TUYẾN TÍNH (Linear Sweep Voltammetry) 

Phép đo quét thế tuyến tính (LSV), còn được gọi là phép thử RULER, xác định lượng chất ức chế oxy hóa amino và phenol trong mẫu mỡ. Vì mỡ bôi trơn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thời gian và nhiệt độ, nên chúng thường chứa chất chống oxy hóa cùng với các chất phụ gia chịu áp suất cực cao và chống mài mòn. Các chất phụ gia này có thể bị phân hủy. Do đó, khoảng thời gian và lượng chất bôi trơn lại phải được điều chỉnh theo mức độ phụ gia giảm dần.

Phổ hồng ngoại có thể xác định sự phát triển của quá trình oxy hóa trong mỡ gốc dầu khoáng nhưng không xác định được đối với dầu gốc tổng hợp. Thử nghiệm RULER được sử dụng cho các loại mỡ này. Bằng cách so sánh các đường cong của mỡ mới và mỡ đã qua sử dụng, tuổi thọ còn lại của mỡ có thể được xác định cũng như thời điểm tốt nhất để bôi trơn lại lần nữa.

CHIẾT XUẤT SOXHLET

Vì độ nhớt của dầu gốc là yếu tố chính trong việc tính toán tuổi thọ ổ trục, hầu hết các nhà sản xuất mỡ bôi trơn đều cung cấp thông tin thiết yếu này về dầu gốc. Tuy nhiên, hiện tại không có quy định nào liên quan đến vấn đề này. Nhìn chung, độ nhớt cao được coi là tốt hơn.

Để chứng minh độ nhớt cao, tất cả các thành phần của chất lỏng bao gồm dầu, phụ gia và chất cải thiện chỉ số độ nhớt (VI) phải được trộn lẫn. Độ nhớt được nêu dựa trên hỗn hợp này. Giá trị độ nhớt này có ít điểm chung với cách tính độ nhớt cho dầu được sử dụng trong ổ trục lăn vì mỡ không còn giải phóng một số bộ phận của chất làm đặc vào rãnh ổ trục.

Máy chiết Soxhlet có thể tách thành phần mỡ lỏng khỏi chất làm đặc. Dầu được chiết xuất trong quá trình này chỉ chứa các thành phần lỏng. Các chất bổ sung polyme hoặc chất kết dính, chất cải thiện VI và thậm chí cả chất bôi trơn rắn vẫn còn trong chất làm đặc.

Sau khi các thành phần gốc dầu được chiết xuất từ ​​xà phòng, có thể cung cấp thông tin về mức dầu và chất làm đặc của mỡ. Việc tách các thành phần thành chất rắn và dầu giúp có thể tiến hành phân tích chi tiết dầu gốc về độ nhớt, thành phần và tỷ lệ phụ gia. 

CHỈ SỐ AXIT

Ngay cả mỡ cũng có thể trở nên “chua”. Quá trình oxy hóa dầu gốc, sự phân hủy của các chất phụ gia chống mài mòn hoặc sự xâm nhập của chất lỏng có muối sẽ dẫn đến sự phát triển của axit trong mỡ. Các axit này có thể phá hủy chất làm đặc kiềm, khiến mỡ có độ sệt giống như súp và dầu gốc và cặn xà phòng tách ra. Sau đó, mỡ sẽ chảy ra khỏi bề mặt ổ trục và ổ trục có thể bị hỏng.

Nhiều phản ứng khác nhau có thể khiến chất béo trở nên có tính axit. Khi điều này xảy ra, việc bôi trơn lại nên diễn ra theo các khoảng thời gian đều đặn hơn.

Chỉ số axit có thể giúp xác định thời điểm mỡ không phù hợp để sử dụng và liệu có cần cải thiện dầu gốc hoặc chất làm đặc hay không. 

KHÁNG NƯỚC

Mặc dù dễ bịt kín các điểm bôi trơn bằng mỡ hơn là bằng dầu, mỡ phải có khả năng chống nước. Mỡ kỵ nước sẽ tạo ra lớp bịt kín chống nước bắn vào. Nếu mỡ có thể nhũ hóa nước, sẽ có nguy cơ bị ăn mòn và giòn do hydro.

Một thử nghiệm đơn giản về khả năng chống nước bao gồm việc đặt một lớp mỡ mỏng lên một dải thủy tinh. Nếu lớp mỡ chuyển sang màu đục, màu trắng sữa hoặc tan hoàn toàn khỏi dải thủy tinh, mỡ sẽ hấp thụ độ ẩm khi được lưu trữ trong nước. Nếu nước chảy ra khỏi lớp mỡ, mỡ có thể được coi là có khả năng chống nước.

ĂN MÒN DẢI ĐỒNG

Đối với thử nghiệm này, một dải đồng được phủ mỡ ở tất cả các mặt và được đặt trong một hộp đựng mẫu có cùng loại mỡ. Hộp đựng mẫu đã niêm phong được lưu trữ trong một khoảng thời gian nhất định trong bồn nước ấm. Sau thời gian thử nghiệm, dải đồng được lấy ra, làm sạch bằng dung môi và sấy khô cẩn thận. Mức độ ăn mòn được thiết lập bằng cách sử dụng thang màu để so sánh sự đổi màu của dải đồng.

Kỹ thuật này được sử dụng để nghiên cứu đặc tính ăn mòn của mỡ khi có đồng, vì chỉ riêng mức lưu huỳnh không cung cấp đủ thông tin về sự ăn mòn dự kiến ​​của các bộ phận máy móc bằng kim loại. Thử nghiệm có thể tiết lộ liệu các chất phụ gia được cho là làm giảm tác động của hợp chất lưu huỳnh vẫn có tác dụng hay không và mỡ sẽ hoạt động như thế nào về mặt ăn mòn kim loại màu khi sử dụng trong lồng ổ trục.

Tất nhiên, tất cả các phương pháp này sẽ phụ thuộc vào khả năng lấy được mẫu mỡ đại diện. Nếu không có yếu tố thiết yếu này, việc phân tích mỡ đủ tiêu chuẩn và chẩn đoán đáng tin cậy sẽ là không thể.