Motor yağları katkı maddelerinin segman-silindir yüzeylerinin aşınmalarına etkilerinin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

İçten yanmalı motorlarda silindir segman tribolojik sisteminin performansı mekanik kayıplara ve yakıt tüketimine doğrudan etki ettiğinden dolayı çok önemlidir. Ayrıca motorlarda efektif ömrün silindir gömlekleri ile piston segmanlarının sürtünmesinden kaynaklanan aşınma ile belirlenmesi bu sistemin önemini daha da arttırmaktadır. Bu sistemin performansını belirleyen başlıca faktörler yağlama, yük, sıcaklık, hız ve sistemi oluşturan elemanların malzeme yapısı olarak sayılabilir. Segman silindir tribolojik sisteminde segmanlar motor yakıt ve yağ tüketim parametrelerine etki eden önemli parametrelerin içerisinde yer aldığından araştırma geliştirme faaliyetlerinin yoğun olarak yapıldığı önemli bir endüstri kolunu oluşturmaktadır. Bunun yanı sıra içten yanmalı motorlarda; enerji kayıplarını azaltmada, motor parçalarındaki aşınmanın önlenmesinde veya aşınma değerlerinin minimum seviyede tutulmasında ve sürtünme karakteristiklerinin iyileştirilmesinde yağlama yağları çok önemli bir role sahiptir. Günümüzde çoğunlukla, yağlama yağlarında aşınma önleyici katkı maddesi olarak çinkodialkilditiofosfat (ZDDP) kullanılmaktadır ve bu katkı maddesi içerisinde çevreye zararlı fosfor elementi yer almaktadır. Fosfor, yağ katkı maddelerinde aşınmayı önlemede çok büyük bir paya sahip olmasına rağmen egzoz emisyonlarının azaltıldığı katalitik konverterlerde çinko ile kimyasal bir bağ yaparak kısırlaşmaya ve konvertörün gözeneklerini tıkamak sureti ile zehirlemeye neden olarak, konvertörü zamanla işlevsiz hale getirmektedir. Günümüzde özellikle İçten Yanmalı Motorların neden olduğu çevre kirliliği gelişmiş ülkelerde çok önem kazanmış özellikle otomotiv endüstrisinde doğa dostu düşük emisyon değerlerine sahip taşıtların üretimi son derece önemli bir üretim ve satış parametresi olmuştur. Bu nedenle bu gelişmeye paralel olarak yağ üreticileri doğa dostu fosforsuz yağlama yağı üretimine önem vererek bu konuda çeşitli araştırma ve geliştirme faaliyetlerine başlamışlardır. Bu doktora çalışmasının temel amacı fosfor içeremeyen sülfür bazlı ve bor süksiminid içeren yağ içeren yağlama yağını (NP-3) segman silindir tribolojik sistemindeki performansını araştırarak ZDDPs içeren yağlama yağına (R-1) alternatif yağlama yağı olup olamayacağını ortaya çıkarmaktır. Tezin diğer bir amacı da segman kaplamalarının tribolojik performansını inceleyerek günümüz popüler konularından grafenin alternatif segman kaplaması olup olamayacağını ortaya çıkarmaktadır. Bu kapsamda yağlama yağları ile segmanlar segman-silindir tribometresinde ve içten yanmalı motor testleri ile test edilmiştir. Testler sonrasında segman ve silindir yüzeyleri optik mikroskop, elektron mikroskobu, atomik kuvvet mikroskobu (AKM), Raman mikroskobu ve X ışını foto elektron spektroskopisi (XPS)’te analiz edilmiştir. Motor deneyleri sonrasında yağlama yağlarının kimyasal ve fiziksel değişimleri Fourier Dönüşüm Kızılötesi (FTIR) spektroskopisi ve İndüktif Eşleşmiş Plazma (ICP) kütle spektroskopisi analizleri ile takip edilmiştir. Yapılan test ve analizler sonucunda, fosfor içermeyen sülfür bazlı ve bor süksiminid içeren yağlama yağı katkı maddesinin oksidasyon direncinin arttırılması şartı ile ZDDP’ye alternatif aşınma önleyici katkı maddesi olabileceği ve grafenin korozyon direncini arttırma, sürtünme katsayısını azaltma bakımlarından küresel grafitli dökme demir ve krom segmanlar için alternatif kaplama yöntemi olabileceği ortaya çıkarılmıştır.