روان کننده ها با فرآیندی به نام اکسیداسیون پیر می شوند و از نظر شیمیایی تغییر می کنند. اینکه چرا یک روان کننده اکسید می شود برای جلوگیری و نظارت بر فرآیند مهم می باشد. همچنین می‌تواند به شما کمک کند به طور بالقوه عمر مفید روانکارها را به طور نامحدود افزایش پیدا کند.

فرایند اکسیداسیون زمانی رخ می دهد که روغن در ماشین به مرور زمان استفاده می شود و معمولاً با تخریب افزودنی های آنتی اکسیدانی شروع می شود. اگر شرایط رانندگی که روغن را تحت فشار قرار می دهد بدون تغییر باقی بماند، این مواد افزودنی با سرعتی تقریبا خطی تخلیه می شوند.

گاهی به آن دوره القاء می گویند. هنگامی که بازدارنده های اکسیداسیون تا حد زیادی تخلیه می شوند، نقطه شکست روان کننده می رسد، در این زمان روغن پایه اولین خط دفاعی خود را در برابر اکسیداسیون از دست می دهد.

برخی از روغن های پایه ، به طور طبیعی در برابر اکسیداسیون مقاومت می کنند. با این حال، اگر قرار گرفتن در معرض پرو اکسیدان ها مانند دمای بالا، رطوبت، ذرات فلز، هم زدن و اکسیژن به اندازه کافی شدید باشد، حتی قوی ترین مواد مصنوعی جای خود را به اکسید شدن خواهند داد.

فرآیند اکسیداسیون این پتانسیل را دارد که تقریباً به طور خود به خودی حتی برای روغنی که در یک ظرف ذخیره سازی خوابیده است، شروع شود. با این حال، سرعت کاهش مواد افزودنی و اکسیداسیون روغن پایه به طور کلی با شدت پرو اکسیدان های موجود در روغن مرتبط است.

نهایتا، پیامدهای این فرآیند شیمیایی شامل افزایش ویسکوزیته روغن و اسیدهای آلی خواهد بود. تشکیل لجن، رسوبات و لاک ؛ کاهش مواد افزودنی ؛ و از دست دادن دیگر خواص حیاتی عملکرد روغن پایه.

زمانیکه این شرایط نامطلوب روان کننده وجود داشته باشد، دستگاه دیگر به طور موثر در برابر اصطکاک، سایش و خوردگی محافظت نخواهد شد.

بررسی اجمالی اکسیداسیون

اکسیداسیون مجموعه ای پیچیده از واکنش های زنجیره ای است.

فرآیند اکسیداسیون شامل سه مرحله کلیدی است: شروع، انتشار و خاتمه.

شروع :مکانیسم هایی را توصیف می کند که توسط آن اجزای یک روان کننده می توانند به طور شیمیایی با یک یا چند کاتالیزور ترکیب شوند و یک رادیکال آزاد تولید کنند. (رادیکال‌های آزاد مولکول‌های بسیار واکنش‌پذیری هستند که تلاش می‌کنند مولکول‌های دیگری را پیدا کنند تا با آن‌ها ترکیب شوند و محصولات جدیدی ایجاد کنند)

انتشار: به پیچیدگی واکنش های اضافی انواع مختلف رادیکال های آزاد و کاتالیزورها اشاره دارد که منجر به تولید بیشتر رادیکال های آزاد و ترکیبات اکسیژن شده می شود.

خاتمه: شامل پایان نهایی فرآیند اکسیداسیون، چه منفی یا مثبت است. اگر منفی باشد، آنتی اکسیدان ها به طور معمول تخلیه شده اند و فرآیند اکسیداسیون ادامه خواهد داشت. اگر مثبت باشد، احتمالاً یک آنتی اکسیدان پیشرفت اکسیداسیون را متوقف کرده است.

به خاطر داشته باشید که آنتی اکسیدان ها قربانی می شوند، به این معنی که در حین انجام کارشان تحلیل می روند. بنابراین، اثرات مثبت آنتی اکسیدان ها منقضی می شود، در حالی که فرآیند کلی اکسیداسیون منقضی نمی شود.

شناسایی مراحل اکسیداسیون روغن

روان کننده (a)، که فرمولاسیونی از روغن پایه هیدروکربنی و مواد افزودنی است، در بعضی مواقع در معرض کاتالیزورها و شرایط مختلفی قرار می گیرد که اجازه می دهد تا اکسیداسیون شروع شود. روغن پایه و مواد افزودنی هر دو با فرآیند اکسیداسیون مبارزه می کنند و نهایتا در معرض تخریب قرار می گیرند.

در مرحله شروع (ب)، مولکول های هیدروکربن با کاتالیزورهای مختلف واکنش داده و منجر به تشکیل رادیکال های آزاد می شود. زمانیکه این اتفاق افتاد، شروع بیشتر توالی اکسیداسیون ممکن است با پیشرفت رادیکال های آزاد موجود به مرحله انتشار ادامه یابد.

فلزات سایش (ج) پتانسیل ایجاد یا تسریع واکنش های اکسیداسیون را با استفاده از یون های فلزی در مس، کبالت، کروم، آهن و سایر فلزات واسطه دارند. بنابراین، نه تنها اکسیداسیون این توانایی را دارد که بقایای سایش ایجاد کند ، بلکه زباله‌های سایش می‌توانند چرخه‌ای برگردند تا اکسیداسیون بیشتر را تقویت کنند.

نیترو اکسیدها (d) مانند دی اکسید نیتروژن، اکسید نیتریک و اکسید نیتروژن شکل دیگری از پرو اکسیدان ها هستند که واکنش اکسیداسیون را کاتالیز می کنند.

اشعه ماوراء بنفش (e) به شکل نور خورشید نیز می تواند واکنش های اکسیداسیون را آغاز کند.  اغلب می تواند تغییر رنگ روغن استفاده نشده را توضیح دهد.

دماهای بالا (f) باعث می شود و گاهی اوقات برای انجام مراحل خاصی از اکسیداسیون لازم است. هنگامی که با فلزات سایش یا اکسیژن ترکیب شود، اگر دما پایین باشد، واکنش‌های زنجیره‌ای معمولا آهسته است، اما با نرخ‌های متوسط ​​بالای 100 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد.

اکسیژن (g) کاتالیزور اصلی اکسیداسیون است. خواه در هوا یا در مولکول های دیگر مانند آب وجود داشته باشد، اکسیژن تقریباً در هر مرحله در فرآیند اکسیداسیون یکپارچه است.

رادیکال های آزاد (h) از جمله نتایج ناخواسته واکنش های میانی در اکسیداسیون هستند. این قطعات مولکولی بسیار واکنش پذیر حاوی یک یا چند الکترون جفت نشده هستند که مستعد واکنش با هیدروکربن ها و سایر مولکول ها هستند. برخی از رادیکال های آزاد ممکن است به صورت قطعات مولکولی آلکیل، هیدروپراکسید، آلکیلوکسی، هیدروکسی، آلکیل پراکسی و غیره وجود داشته باشند.

هنگامی که رادیکال‌های آزاد وجود داشته باشند، آنها به سرعت دوباره واکنش نشان می‌دهند – با انتشار (i) فرآیند – با هیدروکربن‌ها و اکسیژن محلول یا آزاد برای تشکیل رادیکال‌های آزاد و ترکیبات اکسیژن‌دار بیشتر.

دمای بالا نیز در ادامه این واکنش در سطوح افزایش یافته نقش دارد. نمونه دیگری از انتشار اکسیداسیون رادیکال های پراکسی است که با هیدروکربن های اضافی واکنش می دهند تا هیدروپراکسیدها و رادیکال های آلکیل بیشتری تولید کنند.

به عنوان محصول چندین واکنش زنجیره ای در مرحله انتشار، ترکیبات اکسیژن دار (j) مانند آلدئیدها، کتون ها، الکل ها و آب تشکیل می شوند. این محصولات نتیجه واکنش بین رادیکال های آلکیلوکسی و هیدروکربن هستند.

رادیکال های آلکیل هیدروپراکسید و آلکیل پروکسی را می توان در تماس با آنتی اکسیدان ها خنثی کرد و از انتشار اکسیداسیون حذف کرد. رایج ترین آنتی اکسیدان ها به عنوان شکستن زنجیره و تجزیه کننده عمل می کنند.

هنگامی که ترکیبات اکسیژن دار به واکنش با هیدروکربن ها و اکسیژن ادامه می دهند، اکسیداسیون می تواند به طور نامطلوب از مراحل انتشار عبور کند. از سوی دیگر، اکسیداسیون ممکن است زمانی که تثبیت رادیکال‌های آزاد رخ می‌دهد، به طور مطلوب (m) پایان یابد.

آنتی اکسیدان های زنجیر شکن، مانند آمین های فنولیک یا آروماتیک، با رادیکال های آزاد واکنش داده و رادیکال های پایدار و محصولات جانبی بی اثر را تشکیل می دهند. انواع آنتی اکسیدان های تجزیه کننده پراکسید مانند فسفات ها و سولفیدها با پراکسیدها واکنش داده و الکل و آب تولید می کنند.

ترکیبات اکسیژن دار (n) بیشتر با اکسیژن واکنش می دهند و در نتیجه کربوکسیلیک اسید، استرها و آب ایجاد می شود. این فرآیند در صورت قرار گرفتن در معرض دماهای بالا دوباره افزایش می یابد. اسیدهای کربوکسیلیک عمدتاً از اکسیداسیون آلدئیدها و کتون ها تشکیل می شوند که از طریق انتزاع یک هیدروژن آلفا یا هیدروژن آلدهیدی از مولکول های هیدروکربن ادامه می یابد.

پلی تراکم و پلیمریزاسیون (o) ترکیبات اکسیژن دار اثرات مراحل نهایی اکسیداسیون را توصیف می کند. افزایش وزن ترکیبات مولکولی به تشکیل لجن، لاک و رسوبات منجر می شود.

نه تنها این محصولات نامحلول تشکیل می شوند، بلکه اسیدهای آلی به همراه آب به سطوح خورنده حمله می کنند. بیشتر مواد افزودنی نیز تحت تأثیر منفی قرار می گیرند و به نوبه خود بخشی از تجمع سپرده می شوند. با افزایش آلدئیدها و کتون ها در روان کننده به دلیل واکنش های تراکم، ویسکوزیته ظاهری شروع به افزایش می کند.

فراورده های نفتی نامحلول و اکسید شده (p) مانند لجن و رسوبات به طور قابل توجهی با مولکول های روغن که اکثریت روان کننده را تشکیل می دهند متفاوت است. لجن تجمع مواد نامحلول است، در حالی که رسوبات نامحلول هستند که محکم به سطوح فلزی متصل می شوند.

در صورتی که مواد افزودنی بازدارنده خوردگی که ممکن است محصول جانبی اکسیداسیون نیز باشد، کاهش یابد، به دلیل وجود آب و اسیدها بر روی سطوح فلزی، خوردگی افزایش می یابد.

در نتیجه، آلاینده هایی مانند اکسیژن، آب و فلزات سایش می توانند عواقب جدی بر روان کننده ها و ماشین آلات داشته باشند. افزودنی هایی مانند آنتی اکسیدان ها می توانند کمک قابل توجهی داشته باشند، اما در نهایت در طول دوره القایی کاهش می یابند.  پیشرفت‌های جدید در فن‌آوری روان‌کاری مانند احیای روغن منجر به تغییراتی می شود که اکسیداسیون بر عمر مفید روغن و هزینه‌های چرخه عمر تأثیر می‌گذارد .