Influence of surface coarseness on tribochemistry of AW/EP layers produced by gear oils

The influence of coarseness of lubricated surface on the durability of lubricating layer is one of important problems of tribochemistry. This paper contains the results of FZG test results of two gear oils: GL 3 and GL 4. Each of these oils was tested on FZG machine using wheels of different coarseness. The GL 3 and GL 4 oils were also tested on four ball machine. After each test the changes of chemical structure of the investigative oils were carried out using FTIR method. The results of FZG testes point out the influence of surf ace coarseness on boundary layer durability. This influence of surface coarseness on durability of boundary layer was similar for both tested oils, excluding results obtained for polished wheels. It was impossible to explain this finding using standard analytical apparatus. Results obtained on FZG tests and four ball tests were analysed using mathematical model alfa i developed in Central Laboratory of Petroleum. The results of four ball tests were used in the assumptions of alfa i model verification. The alfa i method allows to estimate chemical effects proceeding during the tribological process. This method was used in the analysis of FZG test results. It was concluded that when the coarseness of wheels surface increases the EP layer participation in boundary layer increases as well. The only one exception was in the case of polished wheels lubricated with GL 3 oil. In the case of GL 4 there was a great participation of EP layer and the coarseness of wheel was small. The GL 3 oil contained ZDTP type of additive that creates non-stable EP layer. It was confirmed by the analysis of elements like S, Zn, P and C on wheels' surface after test.

---

Jednym z istotnych zagadnień tribochemii jest wpływ chropowatości smarowanych powierzchni na trwałość warstwy granicznej. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań nad trwałością warstwy granicznej, wytworzonej przez oleje do przekładni samochodowych klas GL 3 i GL 4, w warunkach testu na modelowej przekładni zębatej FZG, stosując koła zębate o różnej chropowatości. Badane oleje oceniono także w testach na aparacie czterokulowym. W testach tych dodatkowo analizowano metodą IR zmiany w składzie chemicznym olejów. Uzyskane w teście FZG rezultaty wskazały na istotny wpływ chropowatości początkowej powierzchni na trwałość warstwy granicznej. Zaobserwowano podobny wpływ chropowatości na trwałość warstwy granicznej wytworzonej przez oleje GL 3 i GL 4, z wyjątkiem smarowania kół zębatych wypolerowanych (o bardzo małej chropowatości). Wyjaśnienie tej obserwacji przy zastosowaniu dostępnego aparatu analitycznego nie było możliwe. Analizę uzyskanych wyników zarówno na aparacie czterokulowym, jak i na maszynie FZG, przeprowadzono stosując matematyczny model alfa i opracowany w Centralnym Laboratorium Naftowym i opisany we wcześniejszych publikacjach. Rezultaty tak przeprowadzonej analizy wyników testów zużyciowych na aparacie czterokołowym pozwoliły na zweryfikowanie modelu alfa i, jako narzędzia do obliczania efektów chemicznych, zachodzących w trakcie procesu tribologicznego. Wobec powyższego model ten zastosowano do analizy wyników testu FZG. Analiza ta doprowadziła do wniosku, że wzrost chropowatości powierzchni powoduje wzrost udziału warstwy granicznej o strukturze EP. Prawidłowość ta była stwierdzona dla obu badanych olejów: dla oleju GL4 w całym zakresie chropowatości, natomiast w odniesieniu do oleju GL 3 dla kół wypolerowanych prawidłowość ta została zaburzona. W tym przypadku dominowała warstwa EP, przy czym wytworzona przez olej zawierający dodatek ZDTP charakteryzowała się niewielką trwałością. Wniosek ten został empirycznie potwierdzony analizą ilości pierwiastków pochodzących z dodatku ZDTP na powierzchni kół FZG.