Boundary Lubrication (Pelumasan Batas)

Pelumasan batas/boundary lubrication penting di mana ada kontak benda padat ke benda padat yang signifikan antara permukaan geser. Untuk memahami pelumasan batas, terlebih dahulu mempertimbangkan apa yang terjadi ketika dua permukaan logam saling bergesekan tanpa pemberian pelumas.

Dalam kasus ekstrim, di mana permukaan logam tidak terkontaminasi oleh oksida film atau zat asing lainnya, akan ada kecenderungan permukaan untuk menempel satu sama lain. Kecenderungan ini akan sangat kuat untuk beberapa pasangan logam dan lebih lemah untuk orang lain. Beberapa panduan untuk logam biasa adalah sebagai berikut:

  1. Logam identik yang bersentuhan memiliki kecenderungan kuat untuk melekat.
  2. Logam yang lebih lunak memiliki kecenderungan yang lebih kuat untuk melekat daripada logam yang lebih keras.
  3. Elemen paduan bukan logam cenderung mengurangi adhesi (misalnya, karbon dalam besi tuang).
  4. Besi dan paduannya memiliki kecenderungan yang rendah untuk melekat pada timbal, perak, timah, kadmium, dan tembaga dan kecenderungan tinggi untuk melekat pada aluminium, seng, titanium, dan nikel.

Permukaan logam asli biasanya terkontaminasi, terutama oleh film oksidanya sendiri. Film seperti itu biasanya mengurangi daya rekat dan dengan demikian mengurangi gesekan dan pakai. Film oksida adalah pelumas yang sangat baik, kecuali titanium. Jadi gesekan dan keausan biasanya dapat dikurangi dengan sengaja menghasilkan film kontaminan yang sesuai pada permukaan logam. Bila tidak ada pelumas cair, proses pelumasan ini disebut jenis pelumasan kering atau padat. Ketika proses pembentukan film berlangsung di pelumas cair, pelumasan ini disebut pelumasan batas.

Film pelumas batas dapat diproduksi dalam beberapa cara, yang berbeda dalam keparahan proses pembentukan film dan efektivitas film yang dihasilkan. Proses pembentukan film paling ringan adalah adsorpsi, di mana lapisan satu atau lebih molekul tebal terbentuk pada permukaan padat oleh gaya tarik fisik murni. Film yang diserap efektif dalam mengurangi gesekan dan keausan, asalkan film yang dihasilkan cukup tebal. Gambar di bawah menunjukkan secara diagram cara adsorpsi rantai panjang alkohol menghasilkan film tebal pada permukaan logam bahkan ketika film hanya satu molekul tebalnya.

Representasi adsorpsi dari rantai alkohol

Minyak mineral sering mengandung sejumlah kecil senyawa alami yang menghasilkan film teradsorpsi yang berguna. Senyawa ini terdiri dari hidrokarbon tak jenuh (olefin) dan nonhidrokarbon yang mengandung oksigen, nitrogen, atau atom belerang (dikenal sebagai aspalten). Minyak nabati dan lemak hewani juga menghasilkan film yang teradsorpsi kuat dan dapat ditambahkan dalam konsentrasi kecil ke minyak mineral. Aditif yang ringan lainnya adalah alkohol rantai panjang seperti lauril alkohol dan ester seperti etil stearat atau etil oleat.

Film batas yang teradsorpsi dihilangkan dengan cukup mudah, baik secara mekanis atau dengan suhu meningkat. Sebuah film yang lebih tahan dihasilkan oleh chemisorption, di dimana reaksi ringan terjadi antara permukaan logam dan senyawa yang sesuai. Senyawa chemisorbed yang khas adalah asam alifatik (“lemak”), seperti asam oleat dan stearat.

Representasi chemisorption dari rantai panjang asam alifatik

Pelumasan batas adalah proses yang sangat kompleks. Ada beberapa efek lain yang dapat memberikan kontribusi penting untuk pelumasan batas:

  1. Efek Rehbinder. Adanya molekul aktif permukaan yang berdekatan dengan permukaan logam menurunkan tegangan luluh. Karena banyak pelumas batas kurang atau lebih aktif di permukaan, mereka dapat diharapkan untuk mengurangi tekanan yang dikembangkan ketika asperities berinteraksi.
  2. Viskositas meningkat berdekatan dengan permukaan logam. Efek ini kontroversial, tapi interaksi antara molekul yang teradsorpsi dan minyak berlingkungan bebas dapat mengakibatkan penebalan seperti minyak atau terperangkapnya molekul minyak yang berdekatan ke permukaan.
  3. Efek mikroelastohidrodinamik. Interaksi antara dua asperitas yang meluncur melewati satu sama lain dalam cairan mirip dengan interaksi antara gigi gigi, dan dengan cara yang sama diharapkan dapat menghasilkan pelumasan elastohidrodinamik dalam skala mikroskopis. Peningkatan viskositas pelumas dan elastisitas deformasi asperities akan cenderung mengurangi gesekan dan keausan. Namun, jika efek Rehbinder juga ada, maka aliran plastis dari asperitas adalah juga didorong. Istilah pelumasan mikrorheodinamik telah digunakan untuk menggambarkan proses yang kompleks ini.
  4. Pemanasan. Bahkan dalam bidang luncuran yang dilumasi dengan baik akan ada efek pemanasan sementara pada interaksi asperity, dan ini akan mengurangi modulus dan tegangan luluh pada interaksi asperitas.

Pelumasan batas secara keseluruhan tidak dipahami dengan baik, tetapi besarnya efek menguntungkannya dapat dengan mudah dilihat dari pengurangan signifikan dalam gesekan, keausan, dan penyitaan diperoleh dengan pelumas cair yang sesuai dalam geseran logam lambat.

>>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL TENTANG ELEMEN MESIN LAINNYA!

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Shigley, Joseph E, dkk. 2004. Standard Handbook of Machine Design Third Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments