Pelumas Padat (Solid Lubricants)

Bahan padat apa pun dapat bertindak sebagai pelumas padat asalkan mudah tergeser dan mulus ketika ada sela di antara permukaan geser. Beberapa dari berbagai padatan yang dapat digunakan tercantum pada Tabel di bawah.

Ada banyak sifat lain yang diinginkan, yaitu:

1. Kemampuan untuk menempel pada satu atau kedua permukaan bantalan untuk memastikan retensi di bidang kontak
2. Stabilitas kimia pada kisaran suhu yang diperlukan di lingkungan tertentu
3. Ketahanan yang cukup untuk dipakai
4. Tidak beracun
5. Pemakaian mudah
6. Ekonomis

Sebagian besar bahan yang tersedia dieliminasi oleh persyaratan ini, dan pada praktik umum hampir semua pelumasan padat dalam ilmu teknik terdiri dari tiga bahan yaitu grafit, molibdenum disulfida, dan polytetrafluoroethylene (PTFE). Pelumas padat dapat digunakan dalam beberapa bentuk yang berbeda, seperti bubuk padat, bubuk perekat, film berikat, atau blok padat. Dalam bentuk balok padat, bahannya sering disebut kering bahan bantalan daripada pelumas padat.

Grafit

Grafit dapat dianggap sebagai bahan tertua pada pelumas padat dan tidak lagi menjadi yang dominan sejak sekitar tahun 1950. Grafit adalah karbon berbentuk kristal hitam keabu-abuan yang atom-atomnya tersusun secara heksagonal dalam lapisan-lapisan monoatomik. Ikatan kimia grafit yang kuat antara atom karbon memberikan kekuatan pada lapisan, sehingga ikatan menahan lentur atau patah dan dapat menahan beban. Ikatan antara lapisan relatif lemah, sehingga lapisan mudah bergeser satu sama lain dan dapat dengan mudah dipisahkan.

Ketika grafit digunakan sebagai pelumas, kristal mengorientasikan diri sehingga lapisan sejajar dengan permukaan bantalan. Lapisan kemudian menempel dengan cukup baik ke permukaan bantalan, tetapi gerak geser dengan mudah satu sama lain untuk memberikan gesekan rendah. Gaya geser yang rendah, dan oleh karena itu gesekan yang rendah, bukanlah sifat grafit tetapi sangat dipengaruhi oleh adanya kelembaban atau adsorben lainnya. Jika grafit digunakan dalam lingkungan yang sangat kering, lapisan kristal memiliki kekuatan ikatan antar lapisan yang cukup tinggi, dan gesekan serta keausan yang tinggi.

Keuntungan terbesar grafit dibandingkan molibdenum disulfida dan PTFE adalah konduktivitas listrik dan hampir secara universal digunakan sebagai komponen dalam brush listrik. Koefisien gesekannya bervariasi dari 0,05 pada beban tinggi hingga 0,15 pada beban rendah, dan nilai-nilai rendah ini dipertahankan hingga lebih dari 500 ° C di udara.

Dalam bentuk blok, grafit memiliki integritas struktural yang cukup tinggi. Hal ini biasa digunakan dalam bentuk tidak murni sebagai karbon grafit, di mana tingkat kristalisasi dapat bervariasi dari 30 hingga lebih dari 80 persen dari grafit kristal. Gesekan dan sifat struktural dan abrasivitas bervariasi dengan kemurnian dan tingkat grafitisasi, dan teknologi grafit sangat kompleks.

Grafit dapat digunakan dalam bentuk blok, sebagai bubuk atau sebagai pelapis yang diendapkan dari dispersi dalam cairan. Grafit melekat dengan mudah ke banyak permukaan padat, tapi kekuatan adhesinya umumnya lebih rendah daripada molibdenum disulfida.

Molibdenum Disulfida

Molibdenum disulfida juga telah dikenal sebagai pelumas padat selama berabad-abad. Bentuknya mirip dengan grafit sehingga pengguna sering kebingungan. Penggunaannya telah meningkat pesat sejak sekitar tahun 1950, dan untuk aplikasi teknologi tinggi sekarang lebih disukai daripada grafit. Dalam bentuk kasar, molibdenum disulfida ditemukan secara alami, kadang-kadang dalam jumlah yang sangat besar, seperti molibdenit, yang paling umum bijih molibdenum.

Seperti grafit, molibdenum disulfida adalah bahan kristal abu-abu gelap dengan struktur kisi-lapisan heksagonal. Kekuatan ikatan di dalam lapisan sangat tinggi, sedangkan antar lapisan sangat rendah. Daya dukung beban normal terhadap bidang kristal itu tinggi dan kekuatan geser sejajar dengan lapisan kristal sangat rendah. Tidak seperti grafit, molibdenum disulfida tidak ada uap air teradsorpsi atau uap lainnya untuk memberikan kekuatan interplanar yang rendah. Gesekan yang rendah merupakan sifat yang melekat yang dipertahankan dalam vakum tinggi dan lingkungan kering.

Molibdenum disulfida sering ditambahkan ke minyak atau grease untuk memberikan kapasitas beban yang tinggi, terutama pada kecepatan kerja rendah. Ada juga bukti kuat bahwa penambahan hingga 2 persen ke oli mesin kendaraan menghasilkan emisi bahan bakar yang kecil tanpa kerugian yang besar. Pada suatu waktu molibdenum disulfida mengalami kritik yang cukup besar, terutama pada korosi baja dan aluminium. Beberapa di antaranya karena digunakan bersama dengan grafit. Beberapa pasti disebabkan oleh kegagalan untuk memahami bahwa pelumas padat, tidak seperti minyak dan grease, biasanya tidak melindungi dari korosi.

Polytetrafluoroethylene (PTFE)

Polytetrafluoroethylene (PTFE) adalah polimer yang dihasilkan dari ethylene di mana semua atom hidrogen telah digantikan oleh atom fluor. Fluorinasi ini menghasilkan bahan dengan stabilitas kimia yang sangat tinggi dan intermolekuler yang rendah menjalin kedekatan kekuatan, sedangkan polimerisasi molekul tipe etilen memberikan rantai molekul lurus dan panjang.

Hasilnya adalah padatan putih yang terdiri dari massa rantai molekul paralel yang meluncur dengan mudah melewati satu sama lain. Hal ini mengarah ke jenis geser rendah yang sama kekuatan sejajar dengan rantai yang ditemukan di molibdenum disulfida dan kapasitas angkut beban tinggi normal untuk rantai, tetapi secara signifikan lebih rendah daripada molibdenum disulfida.

PTFE dapat digunakan di udara hingga sekitar 250 ° C, tetapi dalam vakum tinggi gas keluar perlahan, dan karena itu digunakan di pesawat ruang angkasa hanya di lokasi yang terlindungi dengan baik. Karena stabilitas kimianya yang tinggi, PTFE dapat digunakan dengan aman dalam sistem oksigen dan di banyak jenis pabrik kimia. PTFE tidak beracun di hampir semua situasi dan oleh karena itu digunakan dalam industri farmasi dan makanan, bahkan dalam situasi di mana gesekan tidak diperlukan, dan sebagai pelumas antilengket pada peralatan masak rumah tangga.

Pelumas Padat Lainnya

Pelumas padat lainnya digunakan untuk tingkat yang relatif kecil, dalam situasi di mana mereka: memiliki keunggulan tertentu. Mereka dapat diklasifikasikan dalam tiga kategori besar: anorganik, polimer, dan logam.

Anorganik mencakup sejumlah bahan yang mirip dengan molibdenum disulfida, umumnya dikenal sebagai pelumas dichalcogenides. Tak satu pun dari ini terjadi secara alami, dan bahan sintetis relatif mahal. Tungsten disulfide memiliki tingkat yang lebih tinggi suhu oksidasi, dan tungsten disulfida dan tungsten diselenide mengoksidasi lebih lambat dari molibdenum disulfida. Niobium diselenide memiliki kelistrikan yang lebih baik konduktivitas dan telah digunakan dalam brush kontak listrik, tetapi sebenarnya molibdenum komposit disulfida telah terbukti sama-sama memuaskan.

Anorganik lain telah digunakan untuk batas suhu yang jauh lebih tinggi seperti oksida molibdat, boron nitrida, grafit fluorida, dan kalsium fluorida. Gesekan rendah dan kelembaman kimia PTFE sulit untuk terikat pada bahan lain, dan dua polimer terfluorinasi lainnya telah direkomendasikan untuk perilaku ikatan mereka yang lebih baik polyvinylfluoride (PVF2) dan polytrifluorochloroethylene (PTFCE). Tetapi dalam kedua kasus keuntungan dari ikatan yang lebih baik dan kekuatan struktural yang sedikit lebih tinggi diimbangi oleh gesekan yang lebih tinggi.

Untuk suhu yang lebih tinggi, polimida, polisulfon, dan polifenilen sulfida dapat digunakan tanpa pelumas. Polimer lain, seperti nilon, asetal, dan fenolat, kadang-kadang digunakan tanpa pelumas di mana kecepatan geser rendah, tetapi membutuhkan pelumasan oleh minyak, minyak, atau air untuk kinerja yang sangat berguna.

Perak, emas, dan timah memiliki sifat antigalling yang berguna dalam luncuran lambat, tetapi logam pelapis terutama digunakan sebagai pelumas hanya dalam vakum tinggi, di mana perak, emas, barium, galium, dan timah semuanya telah berhasil digunakan.

>>> 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.

Author: admin