潤滑剤

Lubricant

この項目では、工業用潤滑剤について説明しています。その他の用法については「 潤滑剤 」をご覧
潤滑剤は、相互に接触する表面間の摩擦を減らすのに役立つ物質であり、最終的に表面が動くときに発生する熱を減らします。また、力を伝達したり、異物を輸送したり、表面を加熱または冷却したりする機能を持っている場合も摩擦を減らす特性は、潤滑性として知られています。
工業用途に加えて、潤滑剤は他の多くの目的に使用されます。その他の用途としては、調理（フライパンに使用される油脂、食品のくっつきを防ぐためのベーキング）、人体への生体応用（人工関節の潤滑剤など）、超音波検査、健康診断、性交などが主に摩擦を減らし、メカニズムのより良い効率的な機能に貢献するために使用されます。
コンテンツ
1 歴史
2 プロパティ
2.1 処方 2.2 添加物
3 潤滑剤の種類
3.1 鉱油 3.2 合成油 3.3 固体潤滑剤 3.4 水性潤滑 3.5 生体潤滑剤
4 潤滑剤の機能
4.1 潤滑剤 vs. 粘着防止コーティング 4.2 可動部分を離しておく 4.3 摩擦を減らす 4.4 伝熱 4.5 汚染物質や破片を運び去る 4.6 送信電力 4.7 摩耗から保護 4.8 腐食防止 4.9 ガス用シール
5 流体の種類
6 「釉」の形成（高温摩耗）
7 廃棄と環境への影響
8 社会および業界団体
9 主な出版物
10 こちらもご覧ください
11 参考文献
11.1 ノート 11.2 ソース
12 外部リンク

歴史
潤滑剤は、何千年もの間使用されてきました。カルシウム石鹸は、紀元前 1400 年の戦車の車軸で確認されています。建築石は、ピラミッドの時代に油を染み込ませた木材に滑り込ませていました。ローマ時代の潤滑油は、オリーブ油や菜種油、動物性油脂をベースにしていました。潤滑の成長は、金属ベースの機械の使用に伴う産業革命で加速しました。当初は天然油に依存していましたが、1900 年代初頭に、そのような機械のニーズは石油ベースの材料に移行しました。ブレークスルーは、石油の減圧蒸留の開発によってもたらされました。この技術により、多くの潤滑剤に共通する非常に不揮発性の物質の精製が可能になりました。

プロパティ
優れた潤滑剤は、一般に次の特性を備えています。
沸点が高く、凝固点が低い（広い温度範囲で液体を保つため）
高粘度指数
熱安定性
油圧安定性
解乳化性
腐食防止
耐酸化性が高い

処方
通常、潤滑油には 90% の基油 (ほとんどの場合、鉱油と呼ばれる石油留分) と 10% 未満の添加剤が含まれています。植物油または水素化ポリオレフィン、エステル、シリコーン、フルオロカーボンなどの合成液体が基油として使用されることが添加剤は、摩擦と摩耗の低減、粘度の増加、粘度指数の改善、腐食や酸化への耐性、劣化や汚染などをもたらします。
非液体潤滑剤には、粉末 (乾燥黒鉛、PTFE、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなど)、配管に使用される PTFE テープ、エア クッションなどがグラファイト、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの乾燥潤滑剤も、液体や油性潤滑剤よりも高い温度 (最高 350 °C) で潤滑を提供します。金属スライドシステムで数百℃で形成された圧縮された酸化物グレーズ層の低摩擦特性に限定的な関心が示されていますが、物理的に不安定な性質のため、実用化にはまだ何年もかかります。

添加物
主な記事:
オイル添加剤
潤滑剤に性能特性を付与するために、多数の添加剤が使用されます。現代の自動車用潤滑剤には、潤滑剤の最大 20% を構成する 10 もの添加剤が含まれています。添加剤の主なファミリーは次のとおりです。
流動点降下剤は、ワックスの結晶化を防ぐ化合物です。長鎖アルキルベンゼンはワックスの小さな微結晶に付着し、結晶の成長を防ぎます。
消泡剤は、典型的には、泡の形成を阻止するために表面張力を増加させるシリコーン化合物である。
粘度指数向上剤(VII) は、高温でも潤滑剤の粘性を維持できるようにする化合物です。典型的な VII は、ポリアクリレートとブタジエンです。
酸化防止剤は、潤滑剤内の炭化水素分子の酸化分解速度を抑制します。低温では、ブチル化ヒドロキシトルエンなどのヒンダードフェノールなどのフリーラジカル阻害剤が使用されます。金属が酸化プロセスを触媒する90 °C を超える温度では、ジチオリン酸塩がより有用です。後者の用途では、添加剤は金属不活性化剤と呼ばれます。
洗剤は、高温で接触面に堆積物が形成されるのを防ぎ、エンジン コンポーネントの清浄度を確保します。
腐食防止剤(防錆剤) は通常、金属部品を腐食させる酸を吸収するアルキルスルホン酸塩などのアルカリ性物質です。
耐摩耗添加剤は、金属部品に保護用の「トライボフィルム」を形成し、摩耗を抑制します。それらは、表面に結合する強さに応じて 2 つのクラスに分類されます。一般的な例としては、リン酸エステルおよびジチオリン酸亜鉛が挙げられます。
極圧（アンチスカッフィング）添加剤は、摺動金属部品に保護フィルムを形成します。これらの薬剤は、多くの場合、ジチオホスフェートなどの硫黄化合物です。
摩擦調整剤は、特に表面が直接接触する境界潤滑領域において、摩擦と摩耗を低減します。

潤滑剤の種類
1999 年には、推定 37，300，000 トンの潤滑油が世界中で消費されました。電気自動車を含む自動車用途が支配的ですが、他の産業、船舶、および金属加工用途も潤滑剤の大きな消費者です。空気およびその他の気体ベースの潤滑剤が知られていますが (たとえば、流体軸受で)、液体潤滑剤が市場を支配し、固体潤滑剤がそれに続きます。
潤滑剤は一般に、大部分の基油と、望ましい特性を付与するためのさまざまな添加剤で構成されています。一般に、潤滑油は 1 種類の基油に基づいていますが、性能要件を満たすために基油の混合物も使用されます。

鉱油
「鉱物油」という用語は、原油に由来する潤滑基油を指すために使用されます。米国石油協会(API) は、いくつかのタイプの潤滑基油を指定しています:
グループ I – 飽和 0.03%、および自動車技術者協会(SAE)の粘度指数(VI) が 80 ～ 120
溶剤抽出、溶剤または接触脱ろう、およびハイドロ仕上げプロセスによって製造されています。一般的なグループ I ベース オイルは、150SN (ソルベント ニュートラル)、500SN、および 150BS (ブライトストック) です。
グループ II – 飽和度 > 90%、硫黄 水素化分解および溶媒または接触脱ろうプロセスによって製造されています。グループ II 基油は、事実上すべての炭化水素分子が飽和しているため、優れた抗酸化特性を備えています。水色をしています。
グループ III – 飽和 > 90%、硫黄 イソヒドロメリゼーションなどの特殊な製法で製造されています。脱ロウ工程のベースオイルまたはスラックスワックスから製造可能です。
グループ IV –ポリアルファオレフィン(PAO)
グループ V – ナフテン酸、ポリアルキレン グリコール (PAG)、ポリエステルなど、上記以外のすべて。
潤滑油業界では、一般的にこのグループの用語を次のように拡張しています。
粘度指数103 ～ 108のグループ I+
粘度指数 113 ～ 119 のグループ II+
粘度指数が少なくとも 140 のグループ III+
一般的な組成に応じて、次の 3 つのカテゴリに分類することもできます。
パラフィン系
ナフテン系
芳香族

合成油
石油由来の潤滑剤は、合成炭化水素（最終的には石油由来）、「合成油」を使用して製造することもできます。
これらには以下が含まれます：
ポリアルファオレフィン(PAO)
合成エステル
ポリアルキレングリコール(PAG)
リン酸エステル
パーフルオロポリエーテル(PFP​​E)
アルキル化ナフタレン(AN)
ケイ酸エステル
イオン流体
多重アルキル化シクロペンタン(MAC)

固体潤滑剤
主な記事:
乾燥潤滑剤
ＰＴＦＥ： ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は通常、例えば調理器具のコーティング層として使用され、非粘着性表面を提供する。その使用可能な温度範囲は最大 350 °C で、化学的に不活性であるため、増粘剤と潤滑剤の両方として機能する特殊なグリースの有用な添加剤になります。極端な圧力下では、PTFE 粉末または固体は柔らかく、接触領域から流れてしまうため、ほとんど価値がありません。その場合、セラミックまたは金属または合金の潤滑剤を使用する必要が
無機固体: グラファイト、六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステンが固体潤滑剤の例です。非常に高い温度まで潤滑性を保持するものもこのような材料の一部は、酸化に対する耐性が低いために使用が制限されることがあります (たとえば、二硫化モリブデンは、空気中では 350 °C 以上で分解しますが、還元環境では 1100 °C 以上で分解します。
金属/合金:金属合金、複合材料、および純金属は、グリース添加剤として、または滑り面とベアリングの唯一の構成要素として使用できます。カドミウムと金は、耐食性と摺動特性に優れたメッキ表面に使用されます.鉛、スズ、亜鉛合金、およびさまざまな青銅合金は、滑り軸受として使用されます。また、それらの粉末は、滑り面を単独で潤滑するために使用できます。

水性潤滑
水性潤滑は、多くの技術的応用において興味深いものです。PEG などの強く水和したブラシ ポリマーは、液体と固体の界面で潤滑剤として機能します。結合水を他の自由水分子と連続的に迅速に交換することにより、これらのポリマー フィルムは表面を分離した状態に保ちながら、高圧縮時にブラシとブラシの界面で高い流動性を維持するため、摩擦係数が非常に低くなります。

生体潤滑剤
生体潤滑剤は、植物油やその他の再生可能な資源に由来します。それらは通常、トリグリセリドエステル（植物や動物から得られる脂肪）です。潤滑基油の用途には、植物由来の材料が好ましい。一般的なものには、植物由来の高オレインキャノーラ油、ヒマシ油、パーム油、ヒマワリ種子油、菜種油、および樹木由来のトール油が含まれます. 多くの植物油はしばしば加水分解されて酸を生成し、その後選択的に組み合わされて特殊な合成エステルを形成します. 他の天然由来の潤滑剤には、ラノリン（ウールグリース、天然の撥水剤）が含まれます。
クジラ油は歴史的に重要な潤滑油であり、20 世紀後半までオートマチック トランスミッション液の摩擦調整添加剤として使用されていました。
2008 年のバイオ潤滑剤市場は、年間 840，000 トンの潤滑剤市場全体で、英国の潤滑剤売上高の約 1% でした。
2020 年現在、オーストラリアのCSIROの研究者は、ベニバナ油をエンジン潤滑剤として研究しており、エンジン駆動の芝刈り機、チェーンソー、その他の農業機器などの用途で、石油ベースの潤滑剤よりも優れた性能と低排出量を発見しています。この製品を試している穀物生産者は革新を歓迎しており、精製がほとんど必要なく、生分解性があり、バイオエネルギーとバイオ燃料であると説明する人もいます。科学者たちは、遺伝子サイレンシングを使用して植物を再設計し、最大 93% の油を生産する品種を作成しました。米国のモンタナ州立大学の先進燃料センターの研究者は、大型ディーゼルエンジンでのオイルの性能を研究し、従来のオイルと比較して、結果を「ゲームチェンジャー」と表現しています.

潤滑剤の機能
モーター オイルの形態の潤滑剤の最大の用途の 1 つは、自動車や動力装置の内燃機関を保護することです。

潤滑剤 vs. 粘着防止コーティング
粘着防止または粘着防止コーティングは、特定の材料の粘着状態 (べたつき) を軽減するように設計されています。ゴム、ホース、ワイヤーおよびケーブル産業は粘着防止製品の最大の消費者ですが、事実上すべての産業が何らかの形の粘着防止剤を使用しています。粘着防止剤は、特定の化合物の本質的な接着性を低下させるように設計されているのに対し、潤滑剤は任意の 2 つの表面間の摩擦を低減するように設計されているという点で潤滑剤とは異なります。

可動部分を離しておく
潤滑剤は通常、システム内の可動部品を分離するために使用されます。この分離には、摩擦、摩耗、および表面疲労を低減する利点があり、発熱、動作ノイズ、および振動が低減されます。潤滑剤は、いくつかの方法でこれを達成します。最も一般的なのは、物理的なバリアを形成することです。つまり、潤滑剤の薄い層が可動部品を分離します。これはハイドロプレーニング現象に似ています。これは、車のタイヤが水たまりを移動することによって路面から離れたときに観察される摩擦の損失です。これは流体潤滑と呼ばれます。表面圧力または温度が高い場合、流体膜は非常に薄くなり、一部の力は潤滑剤を介して表面間で伝達されます。

摩擦を減らす
通常、潤滑油と表面の摩擦は、潤滑剤を使用しないシステムの表面と表面の摩擦よりもはるかに小さくなります。したがって、潤滑剤を使用すると、システム全体の摩擦が減少します。摩擦が減ると、発熱が減り、摩耗粒子の形成が減り、効率が向上するという利点が潤滑剤には、始動時に自動車エンジンのバルブトレインを保護するなど、流体力学的潤滑に十分なバルク潤滑剤が存在しない場合でも、金属表面に化学的に結合して表面摩擦を低減する摩擦調整剤として知られる極性 添加剤が含まれている場合が基油自体も本質的に極性であり、その結果、ポリオールエステル油と同様に、本質的に金属表面に結合することができます.

伝熱
気体潤滑剤と液体潤滑剤の両方が熱を伝達できます。ただし、液体潤滑剤は比熱容量が大きいため、はるかに効果的です。通常、液体潤滑剤は、システムのより低温の部分との間で常に循環していますが、温度調節が必要な場合は、潤滑剤を使用して温めたり冷却したりすることもできます。この循環流は、任意の単位時間に持ち去られる熱の量も決定します。高流量システムは大量の熱を逃がすことができ、潤滑剤の熱応力を軽減するという追加の利点がしたがって、低コストの液体潤滑剤を使用することができる。主な欠点は、通常、流量が多いと、より大きなサンプとより大きな冷却ユニットが必要になることです。二次的な欠点は、流量に依存して潤滑剤を熱応力から保護する高流量システムは、突然のシステム停止時に壊滅的な障害を起こしやすいことです。自動車の油冷ターボチャージャーがその代表例です。ターボチャージャーは運転中に赤熱し、システム内の滞留時間が非常に短い (つまり、流量が多い) ため、ターボチャージャーを冷却しているオイルだけが残ります。システムが突然シャットダウンした場合 (高速走行後にサービス エリアに引き込み、エンジンを停止した場合)、ターボ チャージャー内のオイルはすぐに酸化し、堆積物でオイル経路を詰まらせます。時間の経過とともに、これらの堆積物が油路を完全に塞いで冷却が低下し、その結果、ターボチャージャーが完全に故障し、通常はベアリングが焼き付きます。グリースやペーストなどの非流動性潤滑剤は、そもそも熱の発生を減らすことによって貢献しますが、熱伝達には効果的ではありません。

汚染物質や破片を運び去る
潤滑剤循環システムには、システム内に導入された内部で生成された破片や外部汚染物質をフィルターに運び、そこで除去できるという利点が自動車エンジンなどの破片や汚染物質を定期的に生成する機械の潤滑剤には、通常、フィルターへの破片や汚染物質の輸送と除去を助けるために、洗剤と分散剤の添加剤が含まれています。時間の経過とともにフィルターが目詰まりし、クリーニングまたは交換が必要になるため、オイル交換と同時に車のオイル フィルターを交換することをお勧めします。ギアボックスなどの閉鎖システムでは、発生した鉄の微粉を引き寄せるために磁石でフィルターを補うことができます。
循環システムでは、オイルがフィルターで可能な限りきれいにならないことは明らかです。そのため、消費者がさまざまな自動車用フィルターのフィルター能力を容易に評価できる業界標準がないことは残念です. 質の悪い自動車用フィルターは、機械 (エンジン) の寿命を大幅に短縮するだけでなく、システムの効率を低下させます。

送信電力
主な記事:
油圧
作動油として知られる潤滑剤は、油圧動力伝達の作動流体として使用されます。油圧作動油は、世界中で生産されるすべての潤滑剤の大部分を占めています。オートマチック トランスミッションのトルク コンバーターは、潤滑剤を使用した動力伝達のもう 1 つの重要なアプリケーションです。

摩耗から保護
潤滑剤は可動部品を離して摩耗を防ぎます。潤滑剤には、摩耗や疲労に対する性能を高めるために、耐摩耗添加剤や極圧添加剤が含まれている場合も

腐食防止
多くの潤滑剤は、腐食や錆を防ぐために、表面と化学結合を形成したり、水分を排除したりする添加剤を配合しています。2 つの金属表面間の腐食を低減し、これらの表面間の接触を回避して浸漬腐食を回避します。

ガス用シール
潤滑剤は、毛細管力によって可動部品間のクリアランスを占有し、クリアランスを密閉します。この効果は、ピストンとシャフトをシールするために使用できます。

流体の種類
自動車
エンジンオイル
ガソリン（ガソリン）エンジンオイル
ディーゼルエンジンオイル
オートマチック トランスミッション液
ギアボックス液
ブレーキフルード
作動油
エアコンコンプレッサーオイル
トラクター (すべてのシステムに 1 つの潤滑剤)
ユニバーサル トラクター トランスミッション オイル – UTTO
スーパー トラクター オイル ユニバーサル – STOU – エンジンを含む
その他のモーター
2ストロークエンジンオイル 工業用 作動油
エアコンプレッサーオイル
食品グレードの潤滑剤
ガスコンプレッサーオイル
ギアオイル
ベアリングおよび循環システム オイル
冷蔵庫コンプレッサー油
蒸気・ガスタービン油
航空
ガスタービンエンジン油
ピストンエンジンオイル
マリン
クロスヘッドシリンダー油
クロスヘッドクランクケースオイル
トランクピストンエンジンオイル
船尾管潤滑剤

「釉」の形成（高温摩耗）
高温での摩耗防止と潤滑に関連して調査された別の現象は、圧縮された酸化物層の釉薬の形成です。このようなグレーズは、圧縮された酸化物層を焼結することによって生成されます。このような釉薬は、陶器に見られる無定形の釉薬とは対照的に、結晶性です。必要な高温は、互いに滑り合う金属表面 (またはセラミック表面に対する金属表面) から生じます。酸化物の生成により金属の接触や凝着がなくなるため、摩擦や摩耗が軽減されます。事実上、そのような表面は自己潤滑性です。
「釉薬」はすでに酸化物であるため、空気中または酸化環境で非常に高い温度まで耐えることができます。しかしながら、十分な酸化物破片を生成するために、母材金属（またはセラミック）が最初にいくらかの摩耗を受けなければならないという欠点がある。

廃棄と環境への影響
すべての潤滑油の約 50% が環境に放出されていると推定されています。一般的な廃棄方法には、リサイクル、燃焼、埋め立て、水中への排出が含まれますが、通常、ほとんどの国では、少量の潤滑剤でも大量の水を汚染する可能性があるため、埋め立て地への廃棄と水中への排出は厳しく規制されています。ほとんどの規制では、廃水の流れに存在する可能性のある潤滑剤のしきい値レベルを許可しており、企業は廃水を処理して許容レベルに到達させるために年間数億ドルを費やしています。
潤滑剤を燃料として燃やして発電することも、主に比較的高レベルの添加剤が存在するため、規制によって管理されています。燃焼は、空気中の汚染物質と、主に重金属化合物などの有毒物質が豊富な灰の両方を生成します。したがって、潤滑剤の燃焼は、空気中の汚染物質を除去するために特別なスクラバーを組み込んだ特殊な施設で行われ、有毒な灰を処理する許可を得て埋め立て地にアクセスできます。
残念なことに、最終的に環境に直接流出する潤滑油のほとんどは、一般の人々が潤滑油を地面に排出したり、排水溝に流したり、ゴミとして埋め立て地に直接投入したりすることによるものです。その他の直接的な汚染源には、道路からの流出、偶発的な流出、自然災害または人災、パイプラインの漏出などが
ろ過技術とプロセスの改善により、現在ではリサイクルが実行可能なオプションになっています (ベースストックと原油の価格が上昇しています)。通常、さまざまなろ過システムによって、微粒子、添加剤、および酸化生成物が除去され、基油が回収されます。オイルはプロセス中に精製される場合がその後、この基油は未使用の基油とほぼ同じように処理されますが、リサイクル油は一般に劣ると考えられているため、使用にはかなりの抵抗が使用済み潤滑剤から部分的に真空蒸留されたベースストックは、すべて天然のオイルよりも優れた特性を持っていますが、費用対効果は多くの要因に依存します。使用済みの潤滑油は、原油の一部になる製油所の原料としても使用される場合が繰り返しになりますが、添加剤、煤、摩耗金属がプロセスの重要な触媒を深刻に毒したり失活させたりするため、この使用にはかなりの抵抗がろ過（煤、添加剤の除去）と再精製（蒸留、異性化、水素化分解など）の両方を実施することは、コストの面で妨げられていますが、製油所はタンク、レールで測定された量の継続的な供給を必要とするため、リサイクルの主な障害は依然として流体の収集です。タンク。
場合によっては、未使用の潤滑剤を廃棄する必要がこのような状況での最善の行動は、それを製造元に返却し、そこで新しいバッチの一部として処理できるようにすることです。
環境:新しい潤滑油と使用済みの潤滑油は、主に深刻な水質汚染の可能性が高いため、環境にかなりの損害を与える可能性がさらに、潤滑剤に典型的に含まれる添加剤は、動植物にとって有毒である可能性がある。使用済み流体では、酸化生成物も有毒になる可能性が環境における潤滑剤の持続性はベース液に大きく依存しますが、非常に有毒な添加剤を使用すると持続性に悪影響を及ぼす可能性がラノリン潤滑剤は毒性がなく、ユーザーと環境の両方にとって安全な環境代替品です。

社会および業界団体
アメリカ石油協会(API)
トライボロジストおよび潤滑技術者協会(STLE)
米国潤滑グリース協会(NLGI)
自動車技術者協会(SAE)
独立潤滑剤製造業者協会(ILMA)
欧州自動車製造業者協会(ACEA)
日本自動車規格協会(JASO)
石油包装協議会(PPC)

主な出版物
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燃料と潤滑油インターナショナル
オイルトレンド
潤滑剤とグリース
調合
ケミカルマーケットレビュー
機械の潤滑

こちらもご覧ください

・コモンズには、
潤滑油に関連するメディアが
潤滑 – 2 つの表面間の摩擦を減らすための材料の存在。
モーターオイル – 内燃機関の潤滑に使用される潤滑油
オイル分析 – オイルベースの潤滑剤の特性と汚染物質の実験室分析
浸透油 – 非常に低粘度の油。
トライボロジー – 相対運動で相互作用する表面の科学と工学

参考文献

ノート
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ソース
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外部リンク

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してください SAE-ISO-AGMA 粘度換算表
原薬の比重と比重のグラフ”