Pengiritan yang bisa dicapai dengan memakai oli mesin dengan SAE grade 0W-20 ternyata kecil dan justru lebih besar pengaruh aditif friction modifier


Seperti yang sudah dibahas di artikel sebelumnya, tujuan utama pabrik kendaraan dan pabrik oli menawarkan oli lebih encer untuk kendaraan adalah untuk fuel economy. Biar kendaraannya makin irit. Namun seberapa banyak sih pengiritan yang bisa dicapai kalau kita pakai oli lebih encer?

Berikut referensi yang penulis dapatkan:
Dari pabrik oli ExxonMobil, dikatakan oli 0W-20 bisa membantu membuat lebih irit dari 0.2 hingga 2.3 persen.
Mobil 1™ Advanced Fuel Economy

Helps increase engine efficiency and improve fuel economy, based on 0.2-2.3 percent potential fuel economy improvement obtained by switching from higher viscosity oils to a 0W-20 or 0W-30 grade. Actual savings are dependent upon vehicle/engine type, outside temperature, driving conditions and your current motor oil viscosity.

Mobil 1 Advanced Fuel Economy 0W-20 Synthetic Motor Oil

Advanced Fuel Economy 0W-20 Synthetic Motor Oil helps increase engine efficiency and improve fuel economy up to 2 percent compared to grades most commonly used. Actual savings are dependent upon vehicle/engine type, outside temperature, driving conditions and your current motor oil viscosity

 

Sementara dari referensi lain dikatakan pengiritan antara 1 hingga 2%.
The Truth About Fuel-economy Oils
Fuel-economy oils have become popular over the last several years, especially the 0W20 and 5W20 oils. Most of these oils will provide at least a 1- to 2-percent increase in fuel economy over using the next viscosity grade.

Fuel Savings or Durability? Choose Both!

To be clear, all lower-viscosity oils deliver fuel savings, primarily due to the difference in HTHS (high-temperature/high-shear) viscosity. Switching to a heavy-duty 10W-30 oil from traditional 15W-40 diesel engine oil will generally improve fuel economy by up to 1% (when both oils are of the same type and general chemistry).
Fuel savings has nothing to do with durability, however. This is where Guardol ECT’s unique chemistry comes into play, giving fleets the fuel economy advantages of lighter viscosity oil without sacrificing durability. The outstanding wear protection you get from Guardol ECT 15W-40 is the very same level of protection you can expect from Guardol ECT 10W-30.

Cost, Effectiveness and Deployment of Fuel Economy Technologies for Light-Duty Vehicles

 

Bila memang pengiritan yang bisa dicapai dengan oli encer cuma sekecil itu, mengapa kok sampai ada pabrik yang bilang oli encernya bisa meningkatkan irit lebih tinggi dari itu? Seperti contohnya dari Castrol, yang bilang pengiritan bisa mencapai 4%:
Castrol Heavy Duty Lubricants – A GUIDE TO PRODUCTS AND SERVICES
fuel-economy-castrol

 

Penambahan terlihat berbeda dari klaim lain yang cuma sampai 2%. Mengapa bisa setinggi itu? Menurut penulis ini karena faktor aditif. Di katalog Castrol itu disebutkan perbandingan dilakukan antara oli sintetik dengan oli mineral. Jadi dimungkinkan kualitas olinya beda.

Artikel berikut memberikan contoh yang lebih jelas tentang perbedaan hasil pengiritan dari bila kekentalan dikurangi dan bila pakai aditif friction modifier.
Making cars more fuel efficient

Papers from the early-1980s have compared the performance of 5W-30 oils against 10W-30 and 10W-40 oil, and have found benefits in fuel economy in the 1.2 to 2.0% range.

Korcek and Nakada also provide preliminary data on the benefits of 5W-20 and 0W-20 oils over
5W-30 oils. Data in the paper suggest that a fuel economy benefit of 1 to 2% is possible, although the range shown is large due to differences in friction modifiers between the different oil formulations. A more direct comparison of two commercially available oils with popular vehicles is found in the paper by Tseregounis and McMillan22. The paper indicates that 5W-20 engine oils demonstrate 1.0-2.2% (average 1.5%) fuel economy gains over the 5W-30 oils on several GM vehicles.

Most concerns with lower viscosity oils are associated with their effect on engine wear. Tanaka et al.23 from Honda address these concerns. They study the impact of using a 0W-20 oil enhanced with a relatively common molybdenum based friction modifier. In their study, they compare the 0W-20 oil to a standard 5W-30 oil, with the same additive blends, both for fuel economy benefit and engine durability. They conducted tests on a Honda engine and a Honda vehicle, and found an impact of 1.5% on fuel economy with no significant difference on engine durability.

Hoshino24 et al., researchers from Toyota, found that the fuel economy of in-use engines can be improved by 1.5% on average using SAE 5W-20 oils containing friction modifying additives, when compared with the fuel economy achieved with conventional SAE 5W-30 oil without these additives. They also found that, in new engines, fuel economy can be improved with the same SAE 5W-20 oil by 3.5%. An improvement of more than 1.5% was retained to 10 000 kilometres (relative to a conventional SAE 5W-30 oil). These tests were done on a Toyota vehicle with a 2.2L, 4 cylinder, DOHC engine.

Dikatakan bahwa data tahun 1980 menunjukkan bahwa peningkatan irit dari oli 5W-30 dibanding oli 10W-30 dan 10W-40 adalah 1.2 hingga 2.0 persen. Sementara itu di data lebih baru untuk peningkatan irit dari oli 5W-20 dan 0W-20 dibanding oli 5W-30 adalah 1 hingga 2 persen. Namun dikatakan perbedaan lebih karena beda dari aditif friction modifier. Pada perbandingan dari li yang ada dipasaran beda peningkatan irit dari oli mesin 5W-20 dibanding 5W-30 adalah 1.0 hingga 2.2 persen.

Dengan menambahkan aditif molybdenum pada oli 0W-20, peneliti Honda menemukan bahwa peningkatan irit bisa mencapai 1.5 persen bila dibanding dengan oli 5W-30 tanpa ada pengurangan signifikan di keawetan mesin.

Dengan aditif friction modifier peneliti Toyota menemukan bahwa peningkatan irit bisa mencapai rata rata 1.5% untuk oli 5W-20 dibanding dengan oli 5W-30 yang tanpa aditif friction modifier. Dan pada mesin baru peningkatan bisa mencapai 3.5 persen. Peningkatan bisa dijaga 1.5 persen hingga pemakaian sampai 10 ribu km. Pengujian dilakukan di kendaraan Toyota 2.2 liter DOHC.

 

Penjelasan dari mengapa friction modifier bisa menambah performa bisa disimak di kutipan berikut:
NEW GASOLINE PASSENGER CAR ENGINE OIL PERFORMANCE CATEGORY
pengaruh-friction-modifier-pada-fuel-economy

Dikatakan bahwa aditif Molybdenum memberikan pengurangan friksi yang sangat baik di tahap pelumasan boundary, namun bukan yang terbaik. Aditif friction modifier organic bisa memberikan hasil yang baik di tahap pelumasan mixed. Gambar menunjukkan pengujian di jepang mensimulasikan kondisi jalanan kota.

 
Contoh hasil koordinasi antara aditif molybdenum dan aditif organic:
R&D on New Friction Modifier for Lubricant for Fuel economy improvement
kombinasi-aditif-friction-modifier-molybdenum-dan-organic

kombinasi-aditif-friction-modifier-molybdenum-dan-organic2

kombinasi-aditif-friction-modifier-molybdenum-dan-organic3

 

Contoh hasil peningkatan irit karena pengurangan friksi karena aditif friction modifier bisa dilihat di grafik berikut:
Fuel Economy – The role of friction modifiers and VI improvers

Perbedaan antara peningkatan irit karena perubahan kekentalan dan penambahan aditif friction modifier bisa dilihat di grafik berikut:

Bisa dilihat bahwa peningkatan irit karena friction modifier bisa lebih besar dari peningkatan irit karena oli lebih encer. Dan ini ditunjukkan juga di contoh produk berikut ini:
Royal Purple Consumer Product Catalog 2014
royal-purple-friction-modifier

Dikatakan bahwa produk 5W-30 peningkatan iritnya bisa setara dengan yang dituntut dari peningkatan irit oli 5W-20.

 

Penjelasan tentang efek friction modifier, apa itu tahap pelumasan boundary/mixed/hydrodinamic bisa dibaca secara lengkap di artikel berikut:
Mengenal dasar pelumasan, ada saat dimana perlindungan tidak ditentukan oleh anti wear

 

Kutipan kutipan diatas menunjukkan bahwa yang menentukan peningkatan irit dari oli encer itu bukan cuma karena olinya lebih encer tapi juga dari keberadaan aditif friction modifier. Dan friction modifier nggak cuma satu jenis saja, namun lebih baik bila dua jenis, yaitu aditif friction modifier molybdenum untuk tahap pelumasan boundary dan aditif friction modifier organic untuk tahap pelumasan mixed. Dengan begitu oli bisa lebih licin dan bisa tetap melindungi walau lebih encer. Kalau tanpa aditif friction modifier maka bisa jadi oli encer justru bikin boros bila tahap pelumasan boundary lebih sering terjadi. Selain boros juga lebih mudah aus.

Dengan kombinasi lebih encer dan friction modifier, maka peningkatan irit bisa mencapai 4%. Termasuk lumayan. Sayangnya yang punya motor dengan kopling basah tidak bisa menikmati ini. Seperti disebut di kutipan tersebut dan artikel sebelumnya, untuk motor nggak boleh terlalu licin sehingga perlu menghindari oli dengan aditif pelicin. Oli yang butuh pelicin biasanya adalah oli encer, sehingga untuk motor dengan kopling basah sebaiknya hindari oli encer.

 

Namun tidak perlu terlalu kecewa, karena peningkatan irit seperti itu mudah dicapai. Di motor dengan kopling basah punya keunggulan yang tidak dipunyai motor matik, yaitu memanfaatkan rpm rendah / gigi tinggi dikala cruising. peningkatan irit yang bisa dicapai dengan cara ini bisa lebih dari 25%.

Kalau menurut penulis irit sebaiknya tidak dicapai dari olinya, tapi dari yang lain. Untuk oli pilih yang paling melindungi tanpa membebani. Penulis pilih yang nggak encer tapi juga tidak terlalu kental.

Pakai bensin yang lebih pas oktannya juga akan meningkatkan irit. Seperti pernah dibahas sebelumnya peningkatan tenaga dari pertalite ke pertamax bisa mencapai 6 persen.

Merawat kendaraan dengan benar juga akan bisa membuat kendaraan tidak jadi boros. Mau tidak mau memang kalau kendaraannya injeksi dengan sensor oksigen akan jadi lebih boros, namun dengan perawatan dan kebersihan maka sensor bisa lebih awet.

Atau bisa juga pakai modif. Yang pakai cemenite dan pro capacitor biasanya bisa lebih irit antara 8 sampai 16 persen bila untuk mobil bensin. Bisa lebih irit lebih banyak lagi bila untuk mobil diesel atau motor apalagi bila setelannya irit.

 

Kesimpulannya: Yang punya matik bolehlah coba oli encer, namun pastikan olinya berkualitas tinggi sehingga perlindungan mesin tetap dapat. Kalau pakainya oli encer jelek ya sama saja bohong, selain tidak dapat iritnya, malah bisa jadi jadi aus mesinnya. Kalau olinya jelek atau sudah jadi jelek (karena pemakaian), maka bukan lebih irit namun jadi lebih boros. Oli kental yang jelek tidak melindungi, oli encer yang jelek tidak bikin irit.

Peningkatan irit itu bukan encernya yang penting, tapi aditif friction modifiernya. Nggak cuma molybdenum saja tapi aditif organic juga penting. Dan jangan berharap terlalu banyak di soal peningkatan irit kecuali bila sekarang masih pakai oli “yang penting SAEnya cocok” atau “oli disarankan bengkel resmi”.

Beda merek oli beda kualitas. Beda oli bagus dan oli jelek itu sangat besar.

Iklan

Komponen mesin makin rapat oli harus encer itu logika tidak mempertimbangkan situasi


Sebelumnya penulis sudah membuat artikel yang menjelaskan bagaimana oli standar baru yang jauh lebih encer tidak cocok dipakai untuk kendaraan yang tidak didesain khusus untuk pakai oli tersebut. Memaksakan oli encer pada kendaraan yang tidak didesain untuk itu bisa membuat komponen mesin aus.
Mengenal standar GF-6, bukan olinya yang harus encer tapi mesin modern harus didesain agar nggak rusak kalau pakai oli encer dan aditif olinya harus jauh lebih baik lagi

Kali ini penulis akan membahas tentang tidak logisnya anjuran harus oli encer untuk mesin modern ini dari sisi perubahan suhu.

Banyak yang percaya bahwa karena mesin modern itu komponennya makin rapat, maka oli harus encer dan tidak boleh pakai oli kental. Alasannya kalau terlalu kental nggak bisa masuk sela sela mesin.
Alasan Teknologi Mesin Terkini Butuh Oli Encer

Dijelaskan Mardiani Indriastuti, Product Deputy Department Head PT Federal Karyatama, yang merupakan produsen Federal Oil, teknologi mesin terbaru membutuhkan oli encer lantaran celah antar komponen dibentuk lebih rapat. Selain itu, putaran mesinnya juga lebih cepat.

Kelihatannya masuk akal, tapi sebenarnya tidak.

Logika tersebut tidak memperhitungkan fakta bahwa oli itu kekentalannya bisa berubah sangat drastis. Walau suatu oli punya viscosity index sangat sangat tinggi, perubahan kekentalan tetap saja sangat besar.

Kutipannya:
Motor Oils – Fuel Economy vs. Wear

Temperature has a big effect on viscosity and film thickness. As a point of reference, one SAE grade increase in viscosity is necessary to overcome the influence of a 20°F increase in engine temperature. At a given reference point, there is approximately a 20°F. difference between viscosity grades SAE 30, 40 and 50. SAE 20 is somewhat closer to 30 than the other jumps, because SAE 30 must be 30°F higher than SAE 20 to be roughly the equivalent viscosity.

In other words, an SAE 20 at 190°F is about the same kinematic viscosity as an SAE 30 at 220°F, which is about the same viscosity as an SAE 40 at 240°F. This approximation works well in the 190°F to 260°F temperature range. One might be surprised at the slight amount of difference between straight viscosity vs. multiviscosity oils with the same back number (for example, SAE 30, SAE 5W-30, and SAE 10W-30).

If an SAE 50 oil at 260°F is as thin as an SAE 20 oil at 190°F, imagine how thin the oil film becomes when you are using an SAE 5W-20 and your engine overheats. When an engine overheats, the oil film becomes dangerously thin and can rupture.

Dikatakan bahwa temperatur punya efek besar pada kekentalan dan ketebalan lapisan film. Peningkatan satu grade kekentalan SAE itu dibutuhkan untuk mengatasi peningkatan 20°F (11°C) dari suhu mesin. Pada tiap titik referensi, ada perbedaan sekitar 20°F diantara grade kekentalan SAE 30, 40 dan 50.

Dari SAE 20 ke SAE 30 ada peningkatan 30°F. Dengan kata lain SAE 20 di suhu 190°F (87°C) punya kinematic viscosity sama dengan SAE 30 di suhu 220°F (104°C). Bayangkan seberapa tipis lapisan oli bila anda menggunakan oli SAE 5W-20 dan mesin overheat. Ketika mesin overheat maka lapisan film oli akan menjadi sangat tipis dan mudah pecah.

 

Intinya adalah, waktu dingin, oli encer sekalipun juga jadi kental. Perubahan ekstrem dari oli lebih mudah dijelaskan bila kita menggunakan contoh situasi.

Situasi menyalakan mesin dingin

Mesin modern yang dikatakan komponennya lebih rapat itu dirancang untuk tetap bisa dijalankan pada suhu dingin. Mobil yang dipakai di suhu dingin sering disarankan untuk pakai oli yang paling encer. Tapi seberapa kental oli encer pada situasi tersebut jarang ada yang membahas.

Di suhu dingin, kekentalan dari oli encer sebenarnya bagaimana? coba lihat grafik berikut ini:
suhu-dan-kekentalan-sae1

Bisa dilihat bahwa oli 5W20 di suhu 0 derajat celcius kekentalannya setara dengan oli 10W40 di suhu 15 derajat celcius. Itu artinya suatu mobil dengan oli 10W40 di tempat yang suhunya 15°C maka oli di mesin akan punya kekentalan yang sama dengan mobil dengan oli 5W20 di tempat yang suhunya 0°C.

Untuk mengingatkan kembali, sebelumnya sudah dibahas bahwa perlindungan dari oli ditunjukkan dengan grafik stribeck curve yang menunjukkan hubungan antara friksi/wear dengan dynamic viscosity, sliding speed dan applied load. Temperatur tidak termasuk namun sudah implisit karena kekentalan akan berubah karena temperatur.
Mengenal dasar pelumasan, ada saat dimana perlindungan tidak ditentukan oleh anti wear

Jadi bila sliding speed dan applied load sama (karena mesin / mobilnya sama) maka yang bisa membedakan adalah dynamic viscosity. Bila dynamic viscosity sama, maka untuk suatu oli yang sama (oli cuma beda kekentalannya saja, base oil dan aditif sama), maka perlindungannya juga akan sama.

Jadi kalau suatu mobil aman aman saja dinyalakan di suhu 0°C menggunakan oli 5W-20, maka berdasarkan data tersebut maka mobil juga akan aman aman saja dinyalakan di suhu 15°C menggunakan oli 10W40. 15°C itu kira kira sama dengan rekor suhu terdingin di kota Bandung.

 

Situasi berjalan dalam kondisi mesin panas

Situasi di suhu panas agak lain karena yang perlu dilihat adalah suhu kerja mesinnya. Kebetulan penulis menemukan data hubungan antara suhu diluar (suhu udara masuk intake) dengan suhu temperature mesin (suhu coolant). Pengujian dilakukan pada kendaraan Toyota Prius dan Honda Civic Hybrid II.
A Hybrid Owner’s winter survival guide
grilleblockingtable
grilleblockingtablelegend

Bisa dilihat bahwa bila kendaraan tersebut dikendarai di suhu luar dibawah 0 derajat celcius maka suhu mesin berada di bawah 60 derajat celcius. Sementara itu mengendarai di suhu luar diatas 15 derajat celcius bisa membuat mesin berada di suhu diantara 70 hingga 90 derajat celcius.

Coba lihat perbedaan kekentalan dari beberapa SAE grade oli berikut ini.
suhu-dan-kekentalan-sae2

Bisa dilihat bahwa oli 5W20 di suhu 60°C kekentalannya hampir sama dengan oli 20W50 di suhu 95 derajat celcius. Sebelumnya sudah dijelaskan bagaimana bila faktor lain sama maka perlindungan oli tergantung pada kekentalannya. Jadi bila suatu mobil dirancang untuk bisa berjalan normal dengan menggunakan oli SAE grade 5W-20 disuhu mesin 60°C , maka mobil tersebut akan juga bisa berjalan normal dengan menggunakan oli SAE Grade 20W50 disuhu mesin 95°C .

Sebagai perbandingan berikut saran pemilihan grade oli berdasarkan suhu sekitar, dari petro canada tahun 2016
PETRO-CANADA LUBRICANTS HANDBOOK 2016
petunjuk-penggunaan-sae-grade-sesuai-suhu

 

Kesimpulan

Nggak benar komponen mesin rapat itu harus pakai oli encer. Karena mesin juga harus didesain untuk bisa berfungsi di saat sangat dingin. Dan disaat suhu sangat dingin oli yang paling encer sekalipun akan tetap kental.

Misalkan saja Astra mendesain Toyota Agya untuk siap diekspor ke Filipina dimana suhu bisa mencapai 6 derajat, maka bila oli yang disarankan untuk suhu tersebut adalah 0W20, maka untuk daerah di Indonesia yang suhu nya berkisar antara 20 hingga 40 derajat ya mestinya tidak usah dipaksakan pakai oli 0W20. Oli yang kental di daerah tropis kekentalannya akan bisa sebanding oli encer di daerah beku.
cuaca-surabaya

Apakah oli encer akan bisa melindungi mesin di suhu sangat panas? Itu tergantung dari pabrik olinya. Kalau pabriknya baik hati maka oli akan diberi aditif friction modifier atau menggunakan base oil yang film strengthnya bagus agar perlindungan akan tetap baik walau olinya encer.

Karena aditif oli encer harus bagus agar tetap bisa melindungi mesin dengan sempurna maka ya jangan cari oli encer murahan. Masih mending oli kental saja daripada oli encer yang aditifnya dikurangi. Selama ini kerusakan gara gara oli kental itu yang penulis pernah dengar terjadinya karena saat cold start dan olinya jadi lilin / tidak cair. Namun memang ada juga mobil yang protes kalau diberi oli yang terlalu kental.

Kalau di buku petunjuk belum mewajibkan pakai oli encer ya bersyukurlah karena masih bisa pakai oli tidak encer yang harganya relatif lebih murah. Kalau di buku petunjuk sudah mewajibkan pakai oli paling encer ya terpaksa siapkan dana berkali lipat lebih banyak untuk beli oli encer terbaik. Karena oli encer perlindungannya makin jelek sehingga harus pakai aditif mahal untuk bisa tetap melindungi.

Semoga tidak ketipu pabrik oli jahat, harga mahal tapi perlindungan payah dan mengurangi tenaga. Katanya encer bikin irit tapi justru saat pakai yang lebih kental justru malah lebih enak tarikannya dan lebih irit.

Banyak yang bilang oli mesin bahan PAO paling baik proteksi perlindungannya padahal nyatanya tidak


Banyak yang bilang bahwa kalau mau oli yang paling bagus, harus cari yang bahannya dari PAO. Ini bisa banyak dibaca di postingan kaskus. Kalau bro mau oli yang paling bagus, maka bro pasti disarankan pakai oli dari bahan PAO kalau di forum atau grup:

– VHVI itu sering disebut Group III klo PAO itu Group IV. klo perlindungan mesin ya paling bagus ya PAO.

-Seperti kata agan di atas, PAO is better for engine protection.

-Kalau VHVI memang biasanya lebih murah gan, tetapi untuk Proteksi ambil PAO saja gan, karena dari karakter solubilitas dan homogenitas molekulnya lebih baik gan.

-3. PAO itu oli paling bagus buat Long Drain, baru Group III+, baru II, baru Group V. Jadi jangan harap lo bisa tahan lama pake Ester, jadi kalo lo pake oli yg katanya Ester tapi umur ganti panjang, lo harus ragukan adanya Ester di dalamnya. Umur Ester di mesin gak lebih dari 50 jam. Bahkan yg heavy ester malah di bawah 25 jam.

Tapi apa benar begitu? Penulis jadi nggak yakin PAO paling bagus perlindungan mesinnya setelah penulis membuat artikel tentang dasar pelumas.

Klaim dari pabrikan oli PAO

Memang ada pabrikan oli yang bilang bahwa oli PAO paling baik perlindungannya. Sperti contohnya berikut ini:

Gulf Western Premium Quality Lubricating Oils (Australia) Pty Ltd. – WHAT IS THE DIFFERENCE BETWEEN SYNTHETICS (PAO & GRP III) AND MINERAL OILS?

POLY ALPHA OLEFINS (PAO’S) – PAO’s are synthesised from ethylene. They have many benefits over mineral oils and Group III’s including low pour points, high viscosity index, low volatility, excellent thermal stability and excellent natural lubricity.

When formulated in industrial oils and driveline fluids, PAO’s increase service intervals, through increased lubricity they contribute to lower wear & operating temperatures.

Dikatakan bahwa PAO disintesis dari ethylene. PAO punya banyak kelebihan dibanding oli mineral dan grup III di antara lain pour point rendah, viscosity index tinggi, volatilty rendah, thermal stability sangat bagus, dan lubricity sangat bagus.

 
Ultimate Synthetic Oil – AMSOIL Products – Petroleum Oil Cross-Dresses as Synthetic

Since 1972 AMSOIL is the ONLY synthetic oil manufacturer in the world to guarantee 25,000 miles or 35,000 mile oil change intervals and utilizing full PAO synthetic technology exclusively. Except for the XL series, designed for the quick-change lube shops, AMSOIL uses only 100% full synthetic Group IV/V technology in each and every one of its motor oils, and is the undisputed leader in synthetic engine oil technology as well as the leader in synthetic

Ultimate Synthetic Oil – AMSOIL Products – Synthetic Oil is Superior to Mineral-Based Oil in Every Way:

Added lubricity is another attribute of synthetics. The uniform diameter of synthetic oil polymers allows them to more easily slide over one another. The resultant reduction in friction shows up as a cooler engine, more horsepower and torque, higher fuel economy, and reduced internal engine wear.

Higher film strength is a major benefits of synthetics. Film strength is what keeps oil molecules from being pushed away from each other under pressure. In an area where two metal surfaces meet, the film of oil between them prevents them from rubbing and wearing away at each other. Synthetics do a far better job of this than conventional mineral oils. Mineral based oil has a film strength of about 400 psi, while synthetics usually exceed 3000 psi. This means that it takes more than seven times as much pressure to squeeze synthetic oil from between two surfaces than mineral-based oil. Consequently, synthetics work far better to keep your engine like new.

How to Pick the Best Engine Oil

it’s widely accepted in the Society of Automotive Engineering (SAE) that a Group IV (4) synthetic base-stock has 7 to 10 times the film strength of a petroleum oil, providing much stronger and more durable lubrication protection. Group III (3) oils normally can and do narrow that margin of synthetic superiority, but their performance varies widely, and the truth is that they cannot completely close that inherent performance gap – especially once the oil has been running in the engine for a while.

Dikatakan bahwa selain model XL, AMSOIL diklaim menggunakan 100% bahan oli grup IV/V (PAO/Ester).

Penambahan lubricity dikatakan adalah sifat lain dari sintetik. Diameter yang tidak bervariasi dari polimer oli sintetik memungkinkannya untuk bisa lebih mudah bergeser satu sama lain.

Film strength yang lebih tinggi adalah keunggulan utama dari sintetik. Film strength adalah yang memisahkan permukaan logam satu dengan yang lain sehingga mencegah singgungan dan aus. Sintetik berfungsi jauh lebih baik dalam hal ini daripada oli mineral konvensional.

Sudah diketahui secara meluas di SAE bahwa oli dari basestock sintetik grup IV punya 7 hingga 10 kali film strength daripada oli petroleum (Grup I, II, III), sehingga lebih kuat dan punya perlindungan pelumasan lebih awet. Oli grup III bisa mendekati keunggulan oli sintetik namun tidak benar benar bisa mencapainya, terutama bila oli sudah dipergunakan beberapa waktu.

Walau begitu dikatakan juga bahwa Amsoil tidak terpaku pada bahan dasar tertentu saja. Diinformasikan oleh bro nunu:
Story Synthetics, a Montana Authorized AMSOIL Dealer, AMSOIL FAQS

AMSOIL maintains formulation details as proprietary and does not divulge specifics regarding the type of synthetic base stocks used in its synthetic lubricants. As the company moves forward with new technologies it is increasingly more important that this information remains proprietary. AMSOIL views synthetic base oils the same as it views additives, with each having its own set of unique properties. AMSOIL does not insist on a particular type of base stock, but insists on particular performance parameters. AMSOIL chooses whichever synthetic base stock or combination of base stocks delivers the desired result and tailors its lubricants to be application-specific (gasoline, diesel, racing, transmission, gear, extended drain, extreme temperatures, etc.). At the end of the day, the type of base stock used to formulate the oil is inconsequential; the product’s performance is what matters.

Beredar juga kabar bahwa di 2016 amsoil sudah tidak lagi pakai PAO, sepertinya karena Mobil 1 juga mulai beralih ke VHVI.

 

SynMax Synthetic Racing Oils & Performance Lubricants – Automotive Base oils presentation
lubricity-kok-bagus-untuk-pao

pao-di-klaim-punya-daya-tahan-oli-yang-bagus

Di gambar diatas diperlihatkan bahwa PAO punya excellent lubricity. Dikatakan bahwa pada kondisi EHL (penjelasan bisa dilihat di artikel dasar pelumasan) PAO bisa memberikan lapisan film yang lebih tebal.

 

Dari klaim – klaim diatas dikatakan bahwa oli dari bahan PAO itu yang paling bagus lubricity atau film strengthnya. Namun masalahnya, informasi dari pihak akademisi dan pabrikan oli lain membantah hal itu.

 

Klaim dari akademisi & pabrik oli lain

Noria Corps – Which Synthetic Lubricant is Superior?

For example, at a temperature of less than 80 degrees C, mineral oil provides thicker films than a PAO lubricant, and at a temperature of less than 57 degrees C, mineral oil offers thicker films than a PAG lubricant. In the temperature range of 70 to 90 degrees C, there is only a 5-percent difference between the EHL film thickness of mineral and PAO lubricants. In this same temperature range, a PAG lubricant gives thicker films ranging from 16 percent to 37 percent thicker than mineral oil.

Obviously, thicker EHL film formation contributes to reduced risk of wear and better long-term reliability.

Dikatakan bahwa pada suhu dibawah 80ºC oli mineral punya film lebih tebal dari pelumas PAO, dan pada suhu dibawah 57ºC, oli mineral punya film lebih tebal dari pelumas PAG. Pada kisaran temperatur 70 hingga 90ºC, hanya ada perbedaan 5 persen antara ketebalan film EHL oli mineral dengan pelumas PAO. Pada kisaran temperatur yang sama pelumas PAG punya film EHL lebih tebal daripada oli mineral. Jelas EHL film yang lebih tebal mencegah aus dan lebih awet jangka panjang.

Intinya oli mineral punya lapisan film yang lebih tebal daripada oli PAO pada kondisi EHL. Ini membantah klaim pabrikan amsoil, gulf western dan synmax.

Di artikel sebelumnya juga sudah disebutkan bahwa oli PAO justru punya lubricity paling payah:
Mengenal dasar pelumasan, ada saat dimana perlindungan tidak ditentukan oleh anti wear

PAO tidak terkalahkan dari sisi pour point dan volatility, dan pada waktu yang sama, mempunyai lubricity dan solubility yang paling payah. Ini biasa diakali dengan menggunakan solubility improver.

Juga kutipan kutipan lain mengindikasikan bagaimana oli grup III bisa lebih baik perlindungannya daripada oli PAO:
Progressive Trends In Lubrication

Until recently, Group IV base stocks outperformed other base oils in key properties such as viscosity index, oxidative stability, volatility and pour point. Technology has altered that trend: Modern manufacturing techniques and newer advanced additives have improved those properties for modern Group III base oils so they now can rival — and, in some cases, outperform — Group IV base stocks. Today’s Group III base oils also can surpass Group IV base oils in terms of lubricity, solubility and anti-wear properties.

Dikatakan bahwa sampai akhir akhir ini, base stock grup IV (PAO) mengungguli kemampuan dari base oil lain dari sisi viscosity index, oxidative stability, volatility dan pour point (catatan: film strength / lubricity nggak disebut). Teknologi merubah tren tersebut. Pengembangan teknologi pabrik dan aditif telah meningkatkan kualitas dari oli grup III sehingga bisa menyaingi atau kadang melebihi oli grup IV. Base oil grup III sekarang ini bisa mengungguli base oil grup IV disisi lubricity (perlindungan mesin!), solubility dan sifat anti wear (anti aus!).

Kutipan berikut menyebutkan hal yang sama:
Performance of Base Oils and Future Trends – The Evolution of Base Oil Technology – Part 3

A modern Group III oil can actually outperform a PAO in several areas important to lubricants, such as additive solubility, lubricity and antiwear performance. Group III base oils can now rival PAO stocks in pour point, viscosity index and oxidation stability performance.

Lubricant, From Wikipedia, the free encyclopedia

some poorly selected formulation of PAO lubricant may not last as long as more expensive formulation of Group III+ lubricant.

Jadi dari kutipan diatas dikatakan bahwa oli mineral justru daya perlindungannya lebih baik dari oli PAO.

 

Penjelasan mengapa daya perlindungan oli PAO payah

Penyebab dari tidak bagusnya perlidungan oli sintetik adalah karena oli sintetik tidak bersifat polar dan susah melarutkan aditif.
Fuels and Lubricants Handbook

The polarity of the lubricant can also be very important. Recent work suggest that when a small amount of high viscosity polar lubricant (ester) is added to a low viscosity non polar base fluid (PA), the polar componen will prefentially stick to the surface.

Polar molecules are very effective boundary lubricants as they tend to form physical bonds with metal surface.

When polar base fluids are used they can cover metal surface in preference to the antiwear additives. This can result in higher wear characteristics because, although ester have superior lubricity properties to mineral oil, under high load condition they are certainly less efficient than antiwear additives. It is therefore very important to choose the correct additive and to optimize its concentration to get the full lubricity benefit of using polar basestocks. Often, more polar antiwear agents or the same antiwear agent at a higher dose rate is used to offset this facotr. Alternatively, the lubricant can be modified to decrease its polarity.

Dikatakan pada buku referensi pelumas tersebut bahwa polaritas dari pelumas sangat penting. Bila sejumlah kecil pelumas polar yang kental (ester) ditambahkan pada cairan non polar yang encer (PA), maka komponen polar akan cenderung menempel pada permukaan.

Molekul polar adalah pelumas boundary (lihat artikel dasar pelumasan) yang sangat efektif karena mereka cenderung membentuk ikatan fisik dengan permukaan.

Namun ada efek samping. Karena cairan polar akan bersaing dengan aditif anti wear, padahal pada saat tekanan sangat tinggi daya perlindungan dari cairan polar kalah bagus dengan aditif anti wear.

Jadi molekul polar punya daya perlindungan fisik sangat bagus pada situasi masih adanya lapisan oli diantara permukaan logam, namun pada situasi sudah tidak ada lagi lapisan oli maka perlindungan kalau kuat dengan aditif anti wear (yang juga polar).

Beda sifat polar dari berbagai macam base oil ditunjukkan sebagai berikut:
Lube-Tech – New base oils pose a challenge for solubility and lubricity
sifat-polar-pelumas

Group I base oils have sufficiently high content of polar species (heterocycles, aromatics) and demonstrate superior lubricity as compared to Group II-IV base oils. Many amphiphilic molecules, such as fatty amides, esters and ionised vegetable oils, can be used as lubricity additives, but performance varies broadly. lubricity additives function by postponing the beginning of the boundary lubrication regime

Di gambar tersebut ditunjukkan bahwa oli grup II, III (sintetik non PAO) dan IV (PAO) bersifat non polar. Lalu grup I makin polar, dan ester yang paling polar. Dikatakan bahwa karena oli grup I mengandung banyak zat bersifat polar maka lubricity jauh lebih baik daripada oli grup II, III dan IV. Banyak molekul amphibilic seperti fatty amides, esters dan ionised vegetable oils, dapat dipergunakan sebagai aditif lubricity, tapi efeknya bisa sangat bervariasi. Aditif lubricity bekerja dengan mencegah mulainya tahapan pelumasan boundary (lihat artikel dasar pelumasan)

Artikel berikut juga menyebutkan bahwa karena ester bersifat polar maka membuatnya cocok untuk meningkatkan film strength atau lubricity.
Tribochemistry of Lubricating Oils By Zenon Pawlak

Lubricity – wear protection and fatigue. The coefficient of friction is a measure of lubricity of a lubricant. Esters, being more polar, are attracted to the metal surface and form monolayers. These thin layers reduce the coefficient of friction at the surface.

Since ester groups are polar, the form physical bonds with metal surfaces. At high load, esters will tend to form chemisorbed films. Under extreme boundary conditions, esters will tend to break down to form acids which leads to wear protection and friction reduction. These acids readily react with freshly exposed metal surfaces to form metal carbocylates tribofilm.

Since ester groups are polar, they can compete with antiwear or EP agents or corrosion inhibitor for the metal surface. They can cover the metal surface instead of the antiwear aditive, resulting in higher wear characteristics.

 

Kutipan berikut adalah dari bahan kuliah untuk fakultas teknik kimia Universitas Indonesia:
LECTURE NOTE – PELUMASAN DAN TEKNOLOGI PELUMAS (Dosen Sukirno) DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FT-UI, INTRODUCTION – TRIBOLOGY, FRICTION, WEAR, LUBRICATION

esters are nearly always used in combination with PAOs in full synthetic
motor oils in order to balance the effect on seals, solubilize additives, reduce volatility, and improve energy efficiency through higher lubricity.

Dikatakan bahwa ester hampir selalu dikombinasikan dengan PAO pada oli kendaraan full sintetik untuk mengatur keseimbangan efek pada seals, daya larut aditif , mengurangi volatility dan meningkatkan efisiensi energy melalui peningkatan lubricity.

 

Data masa pakai oli

Dari kutipan kutipan diatas sudah dijelaskan bagaimana PAO itu tidak bagus perlindungan mesinnya. Dari klaim postingan di kaskus sering juga ada yang menyarankan pakai oli PAO kalau mau long drain interval, pakai oli jangka panjang. Untuk itu penulis mencoba membandingkan sebenarnya seberapa bagus oli PAO (grup IV) bila dibandingkan dengan oli VHVI (grup III) dari sisi masa pakai olinya.

Berikut ini data yang dikutip dari sharingan suhu Dee Santi, disusun oleh Cauthelia Nandya.

MTBF (Mean Time Between Failure) menunjukkan seberapa handalnya peralatan / mesin operasi dalam menghasilkan produk, yang dilihat dari waktu rata-rata peralatan/mesin itu akan berfungsi mulai dari satu repair/kerusakan sampai ke repair/kerusakan berikutnya.

Company Name Viscosity Grade MTBF (Km) Base Stock Wet Clutch
British Petroleum Castrol Edge Titanium FST 10W-60 5000 PAO + Ester No
British Petroleum Castrol Edge Titanium FST 5W-40 20000 VHVI Full Synthetic Yes
ExonnMobil Mobil 1 5W-30 20000 PAO + Ester No
ExonnMobil Mobil 1 Advance Fuel Economy 0W-30 20000 VHVI Full Synthetic No
Kuwait Petroleum International Excel 5W-40 20000 VHVI Full Synthetic No
Kuwait Petroleum International F1 10W-50 5000 PAO + VHVI No
Liqui Moly Synthoil Longtime Plus 0W-30 35000 VHVI + PAO No
Liqui Moly Top Tec 4200 5W-30 35000 VHVI Full Synthetic No
Pertamina Fastron Fully Synthetic 0W-50 15000 PAO + Ester Yes
Pertamina Fastron Gold 5W-30 30000 VHVI Full Synthetic No
Quaker State Advance Durability 10W-30 20000 VHVI Full Synthetic No
Quaker State Ultimate Durability 10W-30 20000 VHVI + PAO No
Redline Motor Oil 5W-30 10000 Ester + PAO No
Redline Motor Oil Euro Series 5W-30 25000 PAO + Ester + VHVI No
Royal Dutch Shell Helix Ultra 10W-60 5000 PAO + Ester No
Royal Dutch Shell Helix Ultra 5W-40 20000 VHVI Full Synthetic No
Motul 300V 5W-40 1000 Ester + PAO MA2
Motul 3100 4T 10W-40 2000 Mineral MA
Motul 5100 4T 10W-40 3000 Mineral + Ester MA2
Motul 7100 4T 5W-40 5000 Ester + VHVI MA2
Total Moto 4 Maxi Tech 10W-30 5000 VHVI Fully Synthetic MA
Total Moto 4 Race 10W-60 4000 PAO + Ester MA2
Total Moto 4 Tech 10W-50 4000 PAO + Ester MA2
Total Moto 4 Twin Tech 20W-60 5000 VHVI Fully Synthetic MA2
Total Scooter 4 Maxi City 5W-40 5000 VHVI Fully Synthetic MB

Bisa dilihat bahwa sama sama Castrol Edge Titanium FST, yang PAO cuma untuk 5000km, sementara yang VHVI bisa untuk 20,000km. Kasus yang sama terjadi juga pada oli KPI, Pertamina, Redline, Shell Ultra, dan Motul.

Apa nggak heran mengapa kok yang versi PAO nggak dibikin sama pemakaiannya dengan versi VHVI? Sekalipun seandainya yang “race only” tidak diikutkan, mengapa kok oli PAO tidak lebih panjang masa pakainya? Pertamina FSS 15 ribu km dan yang Gold bisa untuk 30 ribu km?

Di daftar pengujian olinya 540 Rat pun oli semacam red line (PAO+Ester di daftar Dee Santi) juga perlindungannya tidak termasuk yang bagus. 540 Rat menguji film strength dan bukan anti wear. Di daftarnya di urutan 72 untuk 5W30, padahal Castrol GTX (VHVI+MIneral di daftar Dee Santi) ada di urutan 54 :

54. 5W30 Castrol GTX, API SN conventional = 95,392 psi
72. 5W30 Red Line, API SN synthetic = 91,028 psi

Ada juga Mobil 1 FS yang justru perlindungan jadi lebih baik setelah base oil dirubah dari PAO menjadi VHVI, dibahas di artikel sebelumnya:
Oli mesin hasil proses Gas to Liquid masuk kategori grup 3 tapi kemampuan mendekati PAO, apa ini alasan mengapa oli sintentik sekarang banyak yang beralih dari pakai PAO menjadi pakai VHVI?

Sekarang ini trennya pabrik yang asalnya produksi oli PAO jadi beralih ke oli VHVI. Ini disebut di banyak referensi:
The Application and Use of Soltex Products in Hydrocarbon Lubricants and Lubrication Systems – Lubrication Trends

VHVI base-stocks will continue to displace PAO products in many applications

Biolubricants: Science and Technology, By Jan C.J. Bart, Emanuele Gucciardi, Stefano Cavallaro

Modern grou II oils can nearly match the performance of PAO at a much lower cost. Because of this, PAO-based oils will gradually dissapear unless new low cost process are developed.

 

Pabrik PAO sendiri tidak mencantumkan film strength atau lubricity di keunggulan PAO.
pabrik-pao

Chevron Phillips:
Chevron Phillips Chemical – Polyalphaolefins
chevron

Exxon Mobil:
Synthetic base stocks for automotive engine oils
exxon-mobil

Group IV base stocks – PAO, UTS Seminar, St Petersburg Sept 13-15, 2011, Sandy Reid-Peters
exxon-mobil-2

Ineos:
Durasyn® Polyalphaolefins
ineos

Naco:
Extreme Performance PAO with Own Technology
naco-sintetik-pao-keunggulan

 

AMSOIL setahu penulis bukan pabriknya PAO.

 

Kesimpulan

Dari kutipan kutipan diatas, maka penulis menyimpulkan bahwa sekarang ini dari industri dan akademis menganggap bahwa oli VHVI daya perlindungannya lebih baik dari oli PAO. Kalau ada yang bilang oli PAO lebih baik perlindungannya maka itu adalah informasi yang sudah tidak berlaku lagi. Bila oli PAO perlindungannya bagus, maka itu karena sudah ditambahkan ester. Di daftar oli sharingan suhu Dee Santi pun bisa dilihat bahwa oli PAO pasti pakai ester atau VHVI. nggak ada yang PAO tanpa ester atau tanpa VHVI.

Jadi, bila bro ingin perlindungan maksimal, maka penulis sarankan untuk tidak memaksakan mencari oli PAO, karena oli non PAO pun umurnya bisa panjang. Full sintetik yang masa pakai olinya panjang sekarang kebanyakan juga bukan PAO.

Bila menemukan oli yang bro anggap bagus, dan bikin puas saat mencoba, maka jangan anggap olinya jelek bila belakangan tahu bahannya bukan dari PAO. Malah bisa jadi setelah bro pakai oli dengan bahan PAO justru jadi kecewa, karena bahan PAO lebih tidak kompatibel dengan seal.

Kecuali bila bro tidak mementingkan perlindungan dan ingin cari oli yang unggul dari sisi viscosity index, oxidative stability, volatility dan pour point. Kalau soal itu, PAO masih unggul walau tidak banyak dan bisa disaingi oleh oli grup III bagus.

Hindari oli PAO kalau tujuannya mau untuk longdrain dan perlindungan mesin.

Mengenal dasar pelumasan, ada saat dimana perlindungan tidak ditentukan oleh anti wear


Berikut ini ulasan dasar dari pelumasan yang bisa membantu mengerti sifat atau manfaat dari oli mesin. Selama ini penulis berpikir bahwa perlindungan mesin untuk mengurangi aus yang paling penting adalah anti wear, namun setelah membaca tentang dasar dasar dari pelumasan penulis baru sadar bahwa ternyata penulis salah.

car-energy-losses

Ternyata perlindungan terhadap aus yang bisa diberikan oleh oli mesin itu tidak cuma bergantung pada aditif anti wear saja. Ada perlindungan lain seperti perlindungan karena lapisan film (lapisan oli) dan aditif friction modifier. Aditif tersebut bekerja pada kesempatan yang berbeda. Kondisi pada saat mesin akan jalan, sudah jalan, jalan kencang atau dengan beban berat membutuhkan aditif yang berbeda. Namun karena kadang satu aditif bisa berfungsi banyak, jadi sering rancu pengertiannya.

Banyak yang dalam memilih oli mengacu pada hasil uji anti wear dari oli. Memang benar aditif anti wear akan membuat oli lebih baik perlindungannya, namun ada saat dimana aditif lain akan lebih menentukan. Dengan membaca artikel ini penulis harapkan pembaca bisa lebih yakin bahwa perlindungan anti aus pun tidak melulu bergantung pada anti wear, sehingga dalam memilih oli akan juga mempertimbangkan faktor perlindungan lain juga.

Informasi penjelasan dasar pelumasan penulis ambil dari berbagai sumber. Sumber berbeda ternyata punya pemahaman berbeda pula sehingga ada beberapa perbedaan di penjelasan satu dengan yang lain. Perbedaan terutama terjadi pada cara klasifikasi. Namun secara umum penjelasan saling mendukung satu sama lain.

Boundary, mixed dan hydrodinamic lubrication

Noria Corporation – What Is Lubrication?

There are three different types of lubrication: boundary, mixed and full film. Each type is different, but they all rely on a lubricant and the additives within the oils to protect against wear.

Dikatakan bahwa tahap pelumasan dibagi menjadi tiga: boundary, mixed dan full film.

Pelumasan tahap full film terjadi ketika ada lapisan oli utuh diantara dua permukaan yang dilumasi, terjadi viscous separation. Tidak ada bagian yang bersentuhan secara langsung, lapisan oli menutupi atau membatasi kedua permukaan yang dilumasi dengan sempurna. Pelumasan full film dibagi menjadi dua yaitu hydrodinamic dan elastohydrodinamic. Pelumasan hydrodinamic terjadi ketika dua permukaan sliding satu sama lain. Pelumasan elastohydrodinamic terjadi pada dua permukaan yang saling rolling. Lapisan film yang terjadi pada kondisi pelumasan elastohydrodinamic lebih tipis daripada kondisi pelumasan hydrodinamic, dengan tekanan pada lapisan film yang juga lebih besar. Dinamakan elastohydrodinamic karena lapisan film berubah secara elastis karena tekanan.

pembagian-perlindungan-pelumasan-mesin

Pada permukaan yang paling halus dan mulus sekalipun akan ada bagian yang tidak rata. Mereka membentuk tonjolan dan cekungan pada level mikroskopis. Tonjolan ini disebut asperities. Agar kondisi full film bisa tercapai, maka lapisan film pelumas harus lebih tebal dari asperities yang paling menonjol. Kondisi pelumasan full film melindungi permukaan paling efektif dan paling diinginkan.

Pelumasan mixed terjadi ketika lapisan oli sudah mulai tidak bekerja dengan sempurna, mulai memecah sehingga asperities jadi bisa saling bersentuhan namun masih ada lapisan film yang tersisa. Pelumasan mixed merupakan transisi antara boundary dan hydrodinamic, jadi ada perlindungan dari lapisan oli karena masih ada lapisan film dan juga ada perlindungan dari anti wear karena sudah ada bagian yang sudah bersentuhan.

Pelumasan Boundary terjadi ketika lapisan oli sebagian besar sudah tidak menutupi permukaan sehingga permukaan yang dilumasi lebih banyak bersentuhan. Lapisan oli ada tapi sangat tipis. Pada tahap ini akan timbul hambatan, panas dan faktor lain yang tidak diinginkan. Untuk mengurangi itu maka pada pelumas ditambahkan aditif anti wear dan extreme protection yang gunanya untuk membuat lapisan kimia pada logam. Lapisan kimia ini yang akan menjadi aus dan mencegah ausnya lapisan permukaan yang dilindungi.

pembagian-lubrikasi

 

Artikel berikut menjelaskan kapan suatu tahap pelumasan terjadi:
Experimental Aircraft Info – Engine Lubrication, Part V

Pelumasan tahap boundary terjadi pada saat mesin mulai dijalankan, pada saat bergerak di kecepatan rendah atau pada beban yang tinggi. Dikatakan bahwa aus terjadi 70% pada tahap ini. Friksi atau hambatan terjadi karena kedua permukaan bersentuhan. Aditif anti wear dan extreme protection berguna untuk mengurangi aus dan hambatan pada tahap ini.

Pelumasan Hydrodinamic terjadi pada saat komponen bergerak lebih cepat dimana akan terbentuk lapisan oli diantara komponen. Friksi akan terjadi berdasarkan kekentalan dari oli. Oli makin encer maka friksi makin kecil. Oli juga mengalami shear pada tahap ini. Untuk mengurangi shear dan friksi dipergunakan aditif friction modifier.

Pelumasan elastohydrodinamic terjadi saat oli terperangkap pada permukaan dan mengalami tekanan tinggi sehingga kekentalan meningkat hingga membentuk lapisan yang hampir solid memisahkan kedua permukaan.

 

Stribeck Curve

Untuk menggambarkan sifat dari oli pada tahap tahap pelumasan tersebut, seringkali dipergunakan grafik Stribeck Curve. Grafik tersebut contohnya seperti berikut ini:
study-on-correlation-between-lubrication-characteristics-of-engine-and-fuel-economy-graph

Sumbu X mewakili kekentalan dynamic atau absolute (seperti HTHS viscosity), kecepatan gerakan komponen (kadang diwakili dengan rpm) dan berbanding terbalik dengan beban. Makin kekanan maka kekentalan makin besar atau kecepatan makin tinggi atau beban makin ringan. Sumbu Y mewakili friksi, makin keatas friksi makin besar, makin terhambat.

Di bagian mixed, oli makin encer maka friksi makin besar, mesin makin pelan friksi makin besar, beban makin berat friksi makin besar. Sementara di bagian hydrodinamic oli makin encer friksi makin sedikit, mesin makin pelan friksi makin sedikit, beban makin besar friksi makin sedikit. Keduanya terkesan berlawanan.

Mungkin itu membingungkan, namun itu karena kurva tersebut sebenarnya merupakan kurva gabungan. Ini bisa jadi lebih jelas bila kita melihat grafik berikut dimana friksi yang diakibatkan gesekan permukaan dibedakan dari gesekan yang diakibatkan kekentalan/viscosity oli.
stribeck-curve-lubrikasi

Di grafik ini jadi jelas bahwa friksi karena gesekan antar komponen akan berkurang ketika kecepatan makin tinggi atau ketika oli makin kental atau ketika beban makin ringan. Sementara itu friksi yang diakibatkan oleh oli akan bertambah ketika kecepatan makin tinggi atau ketika oli makin kental atau ketika beban makin ringan.

Hasil pengukuran kadang tidak menunjukkan keseluruhan kurva namun hanya sebagian saja:
tribologyand-energy-efficiency-evidence-boundary

Unit yang sering dipakai untuk mengingikasikan kemampuan melindungi di tahal elastrohydrodinamic disebut pressure-viscosity coefficient (PVC)
Noria Corps – Which Synthetic Lubricant is Superior?

The pressure-viscosity coefficient gives us fixed values for lubricant film thickness in a given set of conditions (elastohydrodynamic regime, also known as an EHL or EHD regime), based on a mathematical estimation. The actual unit of measure (mm2/N) is less useful than the percentage improvement of the synthetics over the mineral oil at the given temperature points as noted in the information sheet.

For example, at a temperature of less than 80 degrees C, mineral oil provides thicker films than a PAO lubricant, and at a temperature of less than 57 degrees C, mineral oil offers thicker films than a PAG lubricant. In the temperature range of 70 to 90 degrees C, there is only a 5-percent difference between the EHL film thickness of mineral and PAO lubricants. In this same temperature range, a PAG lubricant gives thicker films ranging from 16 percent to 37 percent thicker than mineral oil.

Obviously, thicker EHL film formation contributes to reduced risk of wear and better long-term reliability.

Dikatakan bahwa pada suhu dibawah 80ºC oli mineral punya film lebih tebal dari pelumas PAO, dan pada suhu dibawah 57ºC, oli mineral punya film lebih tebal dari pelumas PAG. Pada kisaran temperatur 70 hingga 90ºC, hanya ada perbedaan 5 persen antara ketebalan film EHL oli mineral dengan pelumas PAO. Pada kisaran temperatur yang sama pelumas PAG punya film EHL lebih tebal daripada oli mineral. Jelas EHL film yang lebih tebal mencegah aus dan lebih awet jangka panjang.

 

Makin encer makin berkurang perlindungan oli mesin

Hubungan antara kekentalan dengan pelumasan dijelaskan di artikel berikut:
Experimental Aircraft Info – Engine Lubrication, Part V

By increasing the viscosity of the lubricant, by increasing its thickness, boundary friction can be minimized in some situations. Although care must be taken not to increase viscosity too much as the internal friction of the lubricant increases too and can give rise to higher temperatures and higher fuel consumption at normal operating conditions.

Dengan meningkatan viscositas oli dengan meningkatkan ketebalannya dapat mengurangi hambatan di tahap boundary. Namun bila viscositas oli ditingkatkan terlalu banyak maka friksi internal dari oli akan meningkat.

 

Oli yang makin encer juga membuat tahapan pelumasan boundary jadi lebih mudah terjadi. Hambatan oli encer memang lebih sedikit pada saat tahapan pelumasan hydrodinamic, namun pada tahapan pelumasan boundary hambatan justru jadi lebih besar daripada oli kental.Ini digambarkan di grafik berikut.
hubungan-antara-viscosity-dengan-stribeck-curve

beda-energi-oli-encer-dan-oli-kental

 

Friction modifier bisa meningkatkan perlindungan mesin

Di artikel sebelumnya sudah dibahas bahwa untuk bisa melindungi maka oli encer harus diberi friction modifier.
Mengenal standar GF-6, bukan olinya yang harus encer tapi mesin modern harus didesain agar nggak rusak kalau pakai oli encer dan aditif olinya harus jauh lebih baik lagi

New base oils pose a challenge for solubility and lubricity

the use of thinner base oils increases the risk of engine wear unless appropriate friction modifiers are simultaneously deployed in the formulations. By shifting the Stribeck curve to the left in Figure 2, friction modifiers cause an equivalent shift of the wear and the frictional losses curves in Figure 4. The result is that the “optimal viscosity” point corresponding to the greatest fuel economy also is shifted to the left, towards lower viscosities. In practice, however, it is wise to prefer a somewhat heavier oil to a somewhat lighter one to further minimise wear.

Dikatakan bahwa oli dengan base oil encer lebih beresiko aus kecuali ditambahkan friction modifier. Dari grafik bisa dilihat bagaimana friction modifier bisa mengurangi aus dan kehilangan friksi. Namun disarankan untuk pakai oli yang lebih kental.

Grafik berikut menjelaskan bagaimana hubungan dari aditif friction modifier, anti wear dan extreme protection dengan perlindungan oli pada tiap tahapnya:
hubungan-antara-aw-ep-dan-friction-modifier

Digambarkan bagaimana aditif friction modifier bisa mencegah tahap pelumasan boundary, sementara aditif extreme protection (dan anti wear) bisa membantu mengurangi aus yang terjadi pada tahap pelumasan boundary.

 

Meningkatkan perlindungan di tahap boundary dengan aditif AW dan EP

Dari sisi keausan, komponen mesin akan mengalami keausan terutama pada tahap pelumasan mixed atau boundary. Seperti digambarkan pada grafik berikut:
fundamentals-of-oils-lubrication-demo-speed1

Kalau melihat grafik ini, penting sekali suatu oli untuk bisa menghindari pelumasan pada tahap mixed atau boundary, dan menjaga agar pelumasan selalu berada pada tahap hydrodinamic atau elastohydrodinamic.

Dari grafik – grafik diatas bisa dilihat bahwa perlindungan paling baik terjadi pada tahap pelumasan elastohydrodinamic atau hydrodinamic. Pada tahap boundary, aus terjadi jauh lebih parah walau sudah dibantu oleh aditif anti wear dan extreme protection. Jadi perlindungan utama itu bukan dari anti wear tapi dari bagaimana lapisan oli bisa mencegah komponen bersentuhan satu sama lain. Baru bila komponen saling bersentuhan secara fisik maka aditif anti wear dan extreme protection mulai bekerja. Kedua aditif tersebut juga tidak langsung aktif tapi bereaksi terhadap panas. Ini akan dijelaskan selanjutnya.

tribologyand-energy-efficiency-parts

 

Berdasar buku Principles of Tribology kemampuan lapisan oli untuk bisa mencegah kerusakan pada tahap boundary disebut dengan strength:

7.2.3 Strength of Boundary Film
The ability of a boundary film to prevent failure is called strength.

Film strength atau oiliness atau lubricity atau kualitas suatu oli dideskripsikan sebagai kemampuan dari oli untuk bisa tetap melumasi walau dalam kondisi tekanan tinggi atau panas tinggi. Faktor yang mempengaruhi diantaranya viscosity dan base oil.
LUBRICANTS AND LUBRICATION SYSTEMS

9. Oiliness or film strength. The ability of a lubricating oil to maintain lubrication between sliding or moving surfaces under pressure and at local high temperature areas is known as the oiliness or film strength of the oil. Film strength is the result of several oil properties, the most important being viscosity.

Film strength dideskripsikan terjadi karena pada saat tekanan pada oli meningkat, kekentalan juga meningkat (mirip penjelasan tahap pelumasan elastrohydrodinamic)
A Balanced Approach to Lubrication Effectiveness

one element of the somewhat difficult-to-define concept of “lubricant film strength” is the fact that as load applied to oil increases, viscosity increases (to a substantial degree, really).

Film strength dikatakan tergantung pada sifat adesi dari oli terhadap logam dan sifat kohesi antar oli:
Wear: Materials, Mechanisms and Practice

Theoretically, the boundary lubricating film strength is controlled by the adhesion between the film and the surface and the cohesive strength within the film. Good effectives film can survive contacts for a long time and therefore film lifetime is a critical parameter for designing good lubricants.

Jadi dengan oli lebih melekat ke logam dan oli bisa melekat satu sama lain kekuatan perlindungan oli jadi lebih baik, oli jadi lebih licin.

Off topic:
informasi ini menjawab kebingungan penulis terhadap hasil dari eksperimen penggunaan pro capacitor dan cemenite. Saat menggunakan pro capacitor atau cemenite grip dari roda dirasakan meningkat namun anehnya oli mesin terasa lebih licin yang ditandai dengan suara mesin lebih halus, getaran lebih halus dan akselerasi jadi enteng.

Dengan penjelasan ini jadi lebih mudah disimpulkan bahwa baik pada oli ataupun ban, keduanya sama sama meningkat daya kohesi dan adesinya. Di oli efeknya perlindungan oli lebih baik, di ban efeknya daya pengereman atau kemampuan menikung jadi lebih baik. Sebelumnya juga penulis sudah curiga bahwa pro capacitor dan cemenite itu meningkatkan daya adesi dan kohesi. Karena semen di cemenite itu jadi jauh lebih keras, sementara itu hasil uji es juga menunjukkan bahwa molekul air jadi lebih rapat. Es yang ada cemenitenya permukaannya jadi rata, sementara yang bukan cemenite permukaannya jadi menggunung:
hasil-uji-es-cemenite-datar

 

Back to topic:

Aditif

Untuk meningkatkan kualitas oli diperlukan adanya aditif, aditif ada yang mempengaruhi sifat kimia adapula yang mempengaruhi sifat fisika:
hubungan-aditif-yang-merubah-sifat-kimia-dan-sifat-fisika

Penggunaan aditif tidak bisa langsung dimaksimalkan semuanya, tidak bisa asal menaikkan konsentrasi, karena suatu aditif bisa juga mengganggu kerja dari aditif lain. Seperti contohnya aditif pembersih dan pelarut dengan aditif pelindung zinc. Keduanya bisa mengganggu kerja satu sama lain, contoh referensinya:
Zinc Versus Detergent In Motor Oil

Detergents and dispersants in the oil complicate the situation. Detergent and dispersant additives “compete” against zinc in the engine because they are polar molecules as well. Detergents and dispersants clean the engine, but they don’t distinguish between sludge, varnish and zinc – they clean all three away.

The Truth About Zinc & Motor Oil

detergents and dispersant additives in motor oil actually compete against the Zinc in your engine. That’s right. Zinc is not alone in your motor oil. Several other additives like detergents, dispersants, viscosity index improvers, and others all compete against the Zinc inside your engine – sometimes with negative consequences.

pembagian-aditif-yang-diperlukan

 

Aditif juga bisa mengurangi performa aditif lain contohnya:
The Critical Role of Additives in Lubrication

If a high concentration of an anti-wear agent is added to the oil, the corrosion inhibitor may become less effective. The result may be an increase in corrosion-related problems

 

Karena fokus di artikel ini adalah di faktor perlindungan oli, maka yang akan dibahas adalah aditif anti wear, extreme protection dan friction modifier.

Secara fungsi aditif anti wear memberikan lapisan kimia pada permukaan logam. Sementara aditif extreme protection akan aktif saat ada tekanan sangat tinggi untuk mencegah menyatunya permukaan yang saling bergerak.
Anti Wear & Extreme Pressure Additives

Anti-Wear additives generally deposit chemical layers on the metal surface during normal operating conditions. Extreme pressure additives on the other hand become active when the system comes under serve stress, to prevent the welding of moving parts.

Penjelasan lebih lanjut diterangkan di buku tribologi berikut.
Industrial Tribology: Tribosystems, Friction, Wear and Surface Engineering

When two contacting parts of a machinery first start to move, and the hydrodynamic lubrication has not yet built up, or sever stress and strong force are involved, the lubrication system will run in the area of mixed friction. In this case, the application of antiwear (AW) and extreme pressure (EP) additives will be neccesary in any metal-working fluid, engine oil, hydraulic fluid or lubricating frease, in order not only to prevent welding of the moving parts but also to reduce any respective wear. Because of their polar structures, these additive form layers on the metal surface by adsortion or chemisorption; this guarantees their immediate availability in case of mixed-friction conditions. However, when the hydrodyamic lubricating film is either not yet or no longer present, the temperature will increase such that the AW and EP additives can react with the metal surface to form tribochemical reaction layers (iron phosphides, sulfides, sulfates, oxides and carbides, depending on the chemistry of the additive) that will prevent direct contact between the sliding metals. These friction-reducing, slideable reaction layers can smooth the asperity of the metal surface by plastic deformation, and reduce wear that otherwise would occur due to microwelding processes. It also avoid any real welding of the moving parts under EP conditions. The layers formed by only physically adsorbed polar substances, such as fatty oils and fatty acids, exhibit only poor or moderate high pressure properties; These types of additives are termed friction modifiers.

More effective and more stable than friction modifiers are the chemically reactive products (AW and EP additives) that can form tribochemical reaction layers. The AW additives are mainly designed to reduce wear when the running system is exposed to moderate stress, whereas EP additives are much more reactive and used when the stress of the system is very high, the aim being to prevent welding of the moving parts that otherwise will lead to severe damage. Although, typically, EP additives increase wear effect due to their high reactivity, this differentiation cannot be precise, there being many additives that may be related to either group.

Dikatakan bahwa pada tahap pelumasan mixed aditif antiwear dan extreme protection diperlukan untuk tidak hanya mencegah melekatnya komponen namun juga mengurangi aus. Karena sifatnya yang polar, aditif tersebut akan membentuk lapisan pada permukaan logam dengan cara adsorbtion atau chemisortion yang akan menjamin cepatnya reaksi pada tahap pelumasan mixed.

Namun, ketika lapisan pelumasan hydrodinamic tidak atau belum tersedia, maka temperatur akan meningkat sehingga kedua aditif akan berekasi dengan permukaan logam dan membentuk lapisan reaksi tribochemical yang akan mencegah kontak langsung antara kedua komponen. Lapisan yang mengurangi friksi dan mudah meluncur dapat menghaluskan asperities dengan proses deformasi plastik. dan mengurangi aus yang bisa terjadi karena microwelding, dan mencegah welding sungguhan dalam kondisi extreme protection. Lapisan yang terbentuk dengan hanya zat polar dengan phsysically adsorbed seperti fatty oils dan fatty acid, hanya bisa memberikan sifat tekanan tinggi yang jelek atau menengah, disebut dengan friction modifiers.

Yang lebih bagus dari friction modifiers adalah produk yang bisa bereaksi secara kimia yaitu anti wear dan extreme protection yang bisa membuat lapisan reaksi tribochemical. Aditif AW didesain terutama untuk mengurangi aus ketika sistem berjalan dalam kondisi terkena tekanan sedang, sementara aditif EP bersifat lebih reaktif dan aktif ketika tekanan di sistem sangat tinggi, yang gunanya untuk mencegah lengket karena panas / welding yang bisa menyebabkan kerusakan serius. Namun biasanya aditif EP bisa meningkatkan aus karena sifat mereka yang sangat reaktif.

 

Ketiga faktor AW, EP dan FM mempengaruhi daya pelumasan keseluruhan yang seperti disebut sebelunmya dinamakan film strength atau lubricity atau oilyness.
Engine Tribology

A layer of lubricant one or more molecules thick becomes attached to the surfaces of the solids and this provides a modest protection against wear. The limit of ‘film strength’ is denoted by a transition temperature which is close to the ‘melting point’ of the lubricant. And interesting feature of physically adsorbed layers is that they are essential to ‘fluid film’ lubrication. In flued mechanics we assume that the fluid adjacent to as solid moves with the velocity of the solid – the condition of ‘no-slip’.

Chemisorbed films offer moderate protection or film strength whilst film formed by chemical reaction exhibit the highest degree of surface protection.

Di kutipan terakhir lapisan film dari fluida termasuk pada physically adsorbed layer (olinya), lalu yang dari lemak atau oli nabati atau hewani termasuk pada chemisorbed film (aditif friction modifier), lalu yang dari reaksi kimia dengan logam adalah films formed by chemical reaction (aditif anti wear dan extreme protection).

 

Kutipan berikut menerangkan lebih jelas:
Engine Lubrication, Part VII

AW / EP and FM – The critical difference between AW/EP additive films and FM films is in their mechanical properties. AW/EP films are semi-plastic deposits which are hard to shear off. AW/EP films work by protecting the mating metal surfaces from asperities physically gouging the opposite surface. When a hydrodynamic film of oil is ruptured, this layer of AW/EP material protects the mating surfaces from catastrophic failure.

Desired Lubrication, the preferred state of lubrication is of course the hydrodynamic film. This is to be followed by the friction-modified mode of operation, followed by an AW/EP regime. When high speeds or low loads are present, it is easy to maintain the hydrodynamic regime. When the engine RPM drops, however, or the load rises above a critical point, the hydrodynamic regime breaks down and then it would be very desirable to be able to glide smoothly into a friction modification mode of operation.

AW/EP additives react with the surfaces in contact due to the high pressure and temperature and form a chemical film on those surfaces. This film is then sacrificed as the surfaces come into contact so that the film wears off and not the metal surface. By increasing the viscosity of the lubricant, by increasing its thickness, boundary friction can be minimized in some situations.

If no friction modification has been provided, the oil defaults to an AW/EP regime. So friction modification and AW/EP is a logical method to broaden the range of effectiveness of the lubricating film. Friction Modification depends much on the mechanism of contact (geometry) and molecular construction of the friction modifier.

Dikatakan bahwa perbedaan penting dari lapisan aditif AW, EP dan FM adalah pada sifat mekanik mereka. AW/EP membentuk endapan semi plastik yang tidak mudah terlepas, melindungi dari asperities dari permukaan yang lain. Ketika lapisan film hydrodinamic dari oli robek, lapisan dari material AW/EP akan melindungi dari kerusakan parah.

Perlindungan yang paling diinginkan dan paling bagus adalah perlindungan lapisan hydrodinamic, lalu diikuti oleh perlindungan dari FM, lalu diikuti oleh perlindungan dari AW/EP. Dalam situasi kecepatan tinggi atau beban ringan, tahap pelumasan hydrodinamic mudah terjadi. Ketika putaran RPM mesin turun, atau ketika beban melebihi batas kritis, maka lapisan hydrodinamic akan buyar dan sangat diinginkan kondisi dapat berubah perlindungan oleh FM. Tanpa adanya perlindungan FM, maka kondisi akan langsung menjadi perlindungan oleh AW/EP.

Aditif anti wear dan extreme protection bereaksi saat permukaan saling bersentuhan karena adanya tekanan tinggi dan temperatur tinggi sehingga membentuk lapisan kimia pada permukaan. Permukaan film ini dikorbankan sehingga saat permukaan saling bertemu maka yang aus adalah lapisan film yang terbentuk oleh AW/EP dan bukan lapisan logammnya.

Tribology and Energy Efficiency, World Tribology Congress, Kyoto, 2009© Shell International Petroleum Company Ltd 2009

In the Hydrodynamic and Elastohydrodynamiclubrication regimes the way in which lubricant viscosity varies with:
-Temperature
-Pressure
-Shear Rate

Two common additives which attach to a surface and affect friction are:
-Antiwearaditives–such as ZDTP (Zinc Dialkyldithiophosphate) used in automotive lubricants
-Friction modifiers –“slippery” molecules, such as MoS2, boron nitride, esters etc

ZDTP anti-wear additives: ZDTP forms an effective anti-wear film, which is a high friction film. It is also a “smart” additive –as contact pressures increase, it becomes harder and better resists the increased pressure

Friction modifiers are additives that form easily sheared layers at surfaces (substances such as MoS2, graphite, BN, esters, etc make effective FMs), causing reduced friction in the mixed/boundary lubrication regime

Hydrodynamic lubrication: A lower viscosity oil would give lower friction
Predominantly Hydrodynamic lubrication: A lower viscosity oil gives lower FMEP but more boundary friction at TDC firing

Reducing lube viscosity causes increase in friction, but FMs effective Predicted

Study on Correlation between Lubrication Characteristics of Engine and Fuel Economy

-Viscosity is are affected by HTHS viscosity, CCS and KV. HTHS : High Temp. High Shear (Related to oil wear/fuel economy), CCS : Cold Cranking Simulator (Related to cold starting), KV : Kinematic Viscosity (Related to oil consumption)
-Moving from 5W-XX to 0W-XX can achieve potential fuel economy improvement ranging 0.5% from 2.0%
-However, too low viscosity can make oil film thinner resulting in reduced lubrication
-Friction modifier – Very effective to reduce friction coefficient and contact between metalic parts – Typical friction modifiers : MoDTP (Molybdenum dithiophosphate), MoDTC (Molybdenum dithiocarbamate), Ester
-Shear stability & Polymer of Viscosity index improver – As molecular weight increases, VI, low viscosity and film thickening tend to be improved. (However, shear-thinning or permanent reduction in viscosity or can occur in a high-shear condition)
-HTHS viscosity : Effective through most conditions which are equivalent to relative boundary lubrication and mixed lubrication
-Friction modifier : Effective in relative boundary lubrication (Stage 4, 6)
-Shear stability index : Effective in relative high-speed hydrodynamic lubrication (Stage 1~3, 7)
-The effects of 5 lubrication factors on fuel economy vary depending on engine operating conditions.
-High Temperature High Shear(HTHS) viscosity is the most significant among 5 lubrication factors.
-Friction modifier is effective in mixed lubrication and boundary lubrication.

The use of esters in GF-5 formulations

 

Kutipan berikut juga memberikan gambaran lain dari cara kerja AW, EP dan FM.
What are Friction Modifiers?

Esters, natural and synthetic fatty acids as well as some solid materials such as graphite and molybdenum disulfide are used for friction modifiers. These molecules have a polar end (head) and an oil-soluble end (tail). Once placed into service, the polar end of the molecule finds a metal surface and attaches itself. If you could see the orientation of the molecules on the surface, it would appear something like the fibers of a carpet, with each molecule stacked vertically beside the others.

As long as the frictional contact is light, these molecules provide a cushioning effect when one of the coated surfaces connects with another coated surface. If the contact is heavy, then the molecules are brushed off, eliminating any potential benefit of the additive.

Zinc dialkyldithiophosphate (ZDDP) is a common anti-wear agent. This type of additive literally reacts with the metal surface when the reaction energy (temperature) is high enough.

The most common temperature-dependent types EP additives include boron, chlorine, phosphorus and sulfur. They are activated by reacting with the metal surface when the temperatures are elevated due to the extreme pressure, there is heat generated by means of friction and pressure. In reacting with the metal surface, these additive types form new compounds such as iron chlorides, iron phosphides and iron sulfides (dependent upon which compound is used). The metal salts produce a chemical (soap-like) film that acts as a barrier to reduce friction, wear and metal scoring, and eliminate the possibility of welding.

Dikatakan bahwa ester, asam lemak natural dan sintetik, serta material padar seperti graphite dan molybdenum disulfide dipergunakan sebagai friction modifier. Molekul tersebut punya ujung polar (kepala) dan ujung bisa larut oli (ekor). Saat mulai berfungsi, bagian polar akan mencari permukaan logam dan menempelkan diri. jika dilihat dari atas jadi seperti serabut karpet dimana molekule berjejer berdempetan dengan yang lain.

Selama kontak friksi terjadi ringan, molekul tersebut akan menyediakan efek peredam ketika permukaan yang tertutupi bertemu dengan permukaan yang tertutupi yang lain. Bila kontak terjadi parah maka molekul akan terpinggirkan, tidak bisa melindungi lagi.

Dalam tahap tersebut aditif anti wear yang akan melindungi. Aditif semacam ZDDP akan beraksi dengan permukaan logam membentuk lapisan pelindung bila suhu cukup panas.

Aditif EP seperti boron, chlorine, phosporus dan sulfur mulai melindungi ketika kedua permukaan yang bersinggungan menghasilkan panas tinggi karena tekanan atau gesekan yang kuat. Aditif tersebut akan bereaksi dengan permukaan logam dan membentuk lapisan kimia garam logam yang mengurangi aus, friksi dan scoring logam, mencegah terjadinya welding.

 

Hubungan lubricity dengan sifat polar dijelaskan juga di kutipan berikut:
New base oils pose a challenge for solubility and lubricity

Solvent power and lubricity are inter-related properties. This fact can be proven, both experimentally and theoretically, by studying the adhesion of lubricant films to metal surfaces. Talking about lubricity, one refers to the slipperiness of lubricant films separating the rubbing surfaces from each other. As long as the lubricant film is thick and resilient enough to prevent direct asperity-asperity contact, the coefficient of friction tends to be very low. In this case, one talks about the film lubrication regime. However, solvent power alone does not guarantee good lubricity. Lubricity requires that polar and non-polar molecules be present simultaneously. Since metal surfaces are highly polar, polar oil molecules dissolved in nonpolar ambient tend to adsorb to the metal surface, forming a protective surface film. Strength of the film and solvent power are linked to the same cohesion parameters.

Group I base oils have sufficiently high content of polar species (heterocycles, aromatics) and demonstrate superior lubricity as compared to Group II-IV base oils. Correspondingly, Group II-IV base oils will benefit the greatest in terms of lubricity from using lubricity additives, also known as friction modifiers in the automotive field.

Many amphiphilic molecules, such as fatty amides, esters and ionised vegetable oils, can be used as lubricity additives, but performance varies broadly. lubricity additives function by postponing the beginning of the boundary lubrication regime

Low solubility not only makes it difficult to dissolve some essential additives, but it also compromises some essential quality parameters, such as dispersancy and seal compatibility. For instance, PAOs are unbeatable in terms of pour point and volatility, and at the same time, have the lowest lubricity and solubility ranking. This is normally compensated by using solubility improvers in
finished lubricant formulations. As base oils are concerned, solvent power is chiefly determined by polarity of oil molecules. PAOs are non-polar, so they have low solvent power. Esters are polar, so they have high solvent power.

Dikatakan bahwa daya larut dan lubricity (film strength) saling berhubungan. Lubricity adalah seberapa pelumas dapat melicinkan dua permukaan yang bergesekan satu sama lain. Selama lapisan pelumas cukup tebal dan cukup kuat untuk mencegah bertemunya apserities dari permukaan yang berbeda, maka koefesien friksi akan cenderung sangat rendah. Namun daya larut tidak menjamin lubricity yang bagus. Lubricity membutuhkan molekul polar dan non polar untuk ada bersamaan. Karena permukaan logam bersifat sangat polar, maka molekul oli yang polar yang larut di dalam larutan non polar akan cenderut meresap ke permukaan logam, membentuk lapisan film pelindung. Kekuatan dari film dan daya larut terhubung dengan sifat kohesi.

Base oil grup I mempunyai kandungan polar yang tinggi dan mempunyai lubricity lebih baik daripada base oil grup II-IV. Base oil grup II-IV bisa punya lubricity sangat bagus dengan mengandalkan aditif friction modifier.

Banyak molekul amphibilic seperti fatty amides, esters dan ionised vegetable oils, dapat dipergunakan sebagai aditif lubricity, tapi efeknya bisa sangat bervariasi. Aditif lubricity bekerja dengan mencegah mulainya tahapan pelumasan boundary.

Daya larut rendah tidak hanya membuat susahnya larutnya aditif penting namun juga mempunyai pengaruh penting lain seperti sifat pelarutan dan kompatibilitas terhadap seal. Sebagai contoh, PAO tidak terkalahkan dari sisi pour point dan volatility, dan pada waktu yang sama, mempunyai lubricity dan solubility yang paling payah. Ini biasa diakali dengan menggunakan solubility improver.Dari sisi base oil, daya larut terutama ditentukan oleh sifat polar molekul oli. PAO bersifat non polar sehingga PAO punya daya solvent rendah. Ester bersifat polar, adi ester punya daya solvent tinggi.

 

Efek samping dari aditif

Walau dibutuhkan, aditif bisa punya kekurangan juga. Aditif Extreme pressure seperti misalnya sulfur-phosporus punya kecenderungan membuat aus. Aditif ZDDP dikatakan bisa membuat catalytic converter tidak bekerja sempurna. Aditif PFTE atau padatan lain bisa mengurangi flow oli dan menyebabkan endapan.

Selanjutnya kutipan itu juga menjelaskan sifat dari beberapa aditif. ZDDP – Zinc dialkyldithiophosphates dipergunakan sebagai anti aus dengan konsentrasi tinggi pada oli mesin untuk melindungi valve trains, flat tappet camshafts dan high tension valve springs pada mesin berkekuatan tinggi. Penggunaan catalytic converter memaksa berkurangnya campuran aditif ini karena dianggap komponen phosporus dapat mengurangi efisiensinya. Seperti disebut di artikel lain, pabrik oli menggantikannya dengan aditif lain yang lebih mahal. Aditif seperti Graphite dan Chlorine bisa menimbulkan erosi atau karat. Aditif yang dianggap lebih inert dan bisa tetap melindungi adalah Molybdenum Disulphide (MoS2) dan Tungsten Disulphide (WS2)

Solid lubricants such as molybdenum disulfide, graphite or tungsten disulfide are sometimes used when the operating temperatures are too high or low for an oil in which the reaction rate may not be sufficient; however, these solid films have limited wear lives and may not carry the loads necessary for long gear and bearing life. Chlorine and borate EP additives may not be fully effective or may cause corrosive conditions where water is present.

sifat-friction-modifier

 

Banyak yang menyarankan untuk menghindari oli yang mengandung friction modifier untuk kendaraan dengan kopling basah. Itu ada benarnya namun ternyata friction modifier tidak hanya dipergunakan untuk membuat oli lebih licin (memperkuat film strength, mencegah oli mengalami pelumasan boundary), namun juga dibuat untuk membuat oli lebih tidak licin.
When and How to Use Friction Modifiers

The purpose of a friction modifier varies based on the application. In a combustion engine, the goal is to lower the amount of friction, thereby gaining fuel economy. In clutches, automatic transmissions and industrial applications, the aim is not simply to control friction in order to maximize efficiency but to reduce slippage. To a degree, this seems a bit counterintuitive, since a lubricant’s objective is to reduce friction and wear. However, there are many situations in which a certain amount of traction friction is required for equipment to operate properly. The friction modifiers used in these applications are not intended to increase or decrease friction but to act differently under specific shear conditions. This essentially smooths the transition from a dynamic condition to a static condition, such as during a gear change in a transmission or the engagement of a clutch.

Dikatakan bahwa penggunaan friction modifier tergantung pada aplikasinya. Pada mesin bakar maka tujuannya adalah untuk mengurangi friksi agar bisa dapat fuel economy bagus. Pada kendaraan yang pakai kopling, pada transmisi otomatis dan aplikasi industri, tujuannya tidak lagi bikin licin tapi untuk mengurangi selip. Jadi friction modifier dipergunakan baik untuk membuat oli makin licin ataupun membuat oli makin tidak licin. Bila oli terlalu licin maka friction modifier ditambahkan agar tidak terlalu licin dan tidak selip kopling untuk aplikasi yang membutuhkannya. Bila oli terlalu encer sehingga kurang licin, maka friction modifier ditambahkan agar oli lebih licin dan tidak gampang mengalami tahap pelumasan boundary.

 

Oli apa yang cocok untuk motor, mobil bensin dan mobil diesel

Dari apa yang penulis rangkum sampai pada pembuatan artikel ini, kebutuhan oli untuk motor, mobil bensin dan mobil diesel ada perbedaannya:
– Mobil Diesel – asap banyak, rpm cenderung rendah (4000-6000), heavy duty : butuh pembersih dan pelarut lebih banyak. Juga anti oksidasi dan TBN perlu tinggi. Cenderung kental dengan friction modifier tidak licin. Entah mengapa di tes 540 RAT film strengthnya oli diesel rata rata separuh dari oli bensin.

  • Mobil Bensin = pembakaran lebih bersih, rpm cenderung menengah (top 6000-8000) , catalytic converter, butuh irit : cenderung encer dengan friction modifier licin, angka film protection tinggi, nggak perlu mempertimbangkan selip
  • Motor = kualitas komponen rendah, oli jelek sangat terasa, rpm cenderung tinggi (9000-12000), catalytic converter : butuh shear stability tinggi, lebih cocok aditif VI improver rendah namun base oil bagus, untuk kopling basah mempertimbangkan selip, tidak boleh terlalu licin.

Dari kebutuhan tersebut sebenarnya oli mobil kurang cocok, namun sayangnya sedikit sekali oli motor yang bagus. Yang bagus nggak ada yang terjangkau. Sehingga jadinya pakai oli mobil justru lebih melindungi.

Beda fokus kekentalan dari mobil bensin dan mobil diesel bisa disimak di artikel berikut.
Mengenal standar GF-6, bukan olinya yang harus encer tapi mesin modern harus didesain agar nggak rusak kalau pakai oli encer dan aditif olinya harus jauh lebih baik lagi

Untuk oli mobil PCMO, spesifikasinya adalah GF-6. GF-6A mencakup SAE 0W-20, 5W-20, 0W-30, 5W-30 & 10W-30 dengan kekentalan HTHS diatas 2.6 centipose (cP), sementara oli GF-6B mencakup SAE xW-16 dengan kekentalan HTHS minimal 2.3 centipose (cP). Untuk oli diesel HDEO spesifikasinya adalah PC-11. PC-11A kompatibel dengan standard CJ-4 dengan HTHS minimal 3,5. PC-11B untuk oli dengan kekentalan lebih rendah dengan HTHS 2,9 – 3,2. Oli GF-6B ataupun PC-11B dilarang dipakai di kendaraan yang tidak didesain untuk oli tersebut. Kendaraan lama harus pakai oli GF-6A atau PC-11A.

Understanding Viscosity Index Improvers

One of the major issues with the viscosity index improver additives is that they are very susceptible to mechanical shearing.

hubungan-antara-hths-fuel-economy-dan-aus

Untuk motor cocoknya oli dengan tanpa aditif VI Improver karena pemakaian VI Improver mengurangi shear stability index, ketahanan oli terhadap shear.
A Simple Explanation of Viscosity Index Improvers

Higher molecular weight polymers make better thickeners but tend to have less resistance to mechanical shear. Lower molecular weight polymers are more shear-resistant, but do not improve viscosity as effectively at higher temperatures and, therefore, must be used in larger quantities.

fundamentals-of-oils-lubrication-grade

 

Pengujian terhadap perlindungan anti aus

Penyebab penulis mengira anti wear sebagai faktor perlindungan utama adalah karena pada spesifikasi oli yang sering dicantumkan untuk menunjukkan daya perlindungan adalah data hasil pengukuran anti wear. Standar pengukuran kemampuan anti wear oli ditentukan dengan standar ASTM D4172:
ASTM D4172 – Standard Test Method for Wear Preventive Characteristics of Lubricating Fluid (Four-Ball Method)

This test method covers a procedure for making a preliminary evaluation of the anti-wear properties of fluid lubricants in sliding contact by means of the Four-Ball Wear Test Machine.

Penulis masih belum tahu standar pengukuran apa yang bisa menentukan perlindungan oli dari tingkat seberapa cepat suatu oli mencapai tahap pelumasan hydrodinamic atau seberapa sering mengalami tahap boundary. Dari yang penulis tahu, data tersebut biasanya diwakili oleh angka HTHS viscosity, namun itu bukan angka mutlak karena masih tidak memperhitungkan faktor base oil dan aditif friction modifier. Base oil sintetik punya perlindungan jauh lebih bagus dari oli mineral, friction modifier bisa membantu melindung lebih baik juga. Faktor lain yang ada data pengukurannya adalah film strength (dilakukan oleh 540 RAT).

Dari referensi dikatakan bahwa pengujian sekarang ini tidak ada yang menguji film strength atau lubricity. Pengujian yang dikatakan menguji lubricity nyatanya menguji situasi di kondisi EP. Jadi dikatakan wajar bila yang menang yang aditifnya juga bisa berfungsi sebagai EP.
New base oils pose a challenge for solubility and lubricity

It should be realised that commonly used “lubricity” standards, such as BOCLE (ASTM D 6078) and HFRR (ASTM D 6079), overestimate the effect of EP additives and underestimate the effect of friction modifiers. This often leads to misunderstandings, terminological muddle, and endless debates regarding correlations between laboratory tests and field. For instance, in HFRR, 200 g load is applied to a 6 mm steel ball reciprocating on a steel flat (AISI52100, 650HV). In this case, the Hertzian contact pressure in the beginning of the experiment is around 1 GPa, corresponding to a point in the top left end of the Stribeck diagram. Under such a pressure, the soft adsorbed film of friction modifier gets punctured and the measured coefficient of friction is dominated by the local coefficient of friction in the high-pressure zone (Figure 3).

This explains why common EP additives, such as molybdenum, phosphate esters and polysulfides, always excel in those tests. In other words, the standard “lubricity” tests do not really test lubricity – they test the EP functionality. If the rubbing parts in an engine were continuously exposed to such a stress, the engine lifetime would have been limited to few days! In reality, the majority of tribosystems in cars are exposed to repeated loading-unloading cycles, with the typical stress range of 1 to 10 MPa. The lubricity-enhancing effect of friction modifiers is circumscribed to a Hersey number range in which transition from the EHD to the boundary lubrication occurs, and this is outside of the scope of BOCLE and HFRR in their standard setup.

Mungkin kutipan diatas menjadi salah satu pendorong dari 540 RAT untuk melakukan uji film strength sendiri:
MOTOR OIL ENGINEERING TEST DATA by 540 RAT

The absolute MOST important capability of any motor oil, is to PREVENT WEAR!!

A mere “film of oil”, is the last line of defense against metal to metal contact, and the subsequent wear and/or damage that can follow. An example of an oil film is between non-roller flat tappet lifters and cam lobes of traditional pushrod American V-8 engines, or in DOHC engines between the cam lobes and non-roller type followers they may use. In these locations, no incompressible hydrodynamic liquid oil wedge can be formed because of the wide open parts configuration. And the oil present is simply pushed aside, leaving only a film of oil between the parts with a very thin, highly loaded “line contact” between the parts.

“Film strength, load carrying capability, shear resistance” performance is where motor oil wear protection capability VARIES WIDELY depending on a given oil’s proprietary formulation. And it is at the film strength level, where oils can be evaluated and compared, for those different wear protection capabilities. This is where good oils are separated from not so good oils.

Only dynamic wear testing under load, at a normal operating temperature, can reveal how the various motor oils truly compare regarding wear protection. And that is why merely looking at an oil’s spec sheet is worthless.

The test methodology or test procedure I use at a representative operating oil temperature of 230*F, is a dynamic rubbing friction test under load, which generates a wear scar on a test specimen that is bathed in the oil being tested. This procedure, which is performed exactly the same for every motor oil tested, provides excellent repeatability, which is critical to validate the methodology. And as shown above, my test data EXACTLY matches real world severe over-heating experience, real world race track experience, real world flat tappet break-in experience, and real world High Performance street experience. the test equipment is specifically designed to cause an oil to reach its failure point, in order to determine what its capability limit it is. And every oil I test is brought to its failure point, that’s how it works. The difference in the failure points, is what we compare

obtaining accurate oil film strength data is ABSOLUTELY THE ONLY WAY to determine an oil’s wear protection capability, because an oil’s film strength is the last line of defense against metal to metal contact. In order to reach metal to metal contact, and subsequent wear or damage, you MUST penetrate the film strength of the oil. And oil thicker than a mere film becomes liquid oil. Of course liquids are NOT compressible, which is how hydraulics work. Since liquids cannot be compressed, ALL oils provide THE SAME wear protection when they are in liquid form, no matter if they cost $3.00 per quart or $30.00 per quart. So, oil film strength testing is the GOLD STANDARD for determining how capable an oil is at preventing wear, and how different oils directly compare to each other. In other words, the ONLY THING that separates one oil’s ability to prevent wear from another oil’s ability to prevent wear, is the difference in their individual film strength capabilities.

a normal daily driver vehicle may operate just fine for the life of the engine on say a low performing 60,000 psi motor oil. But, a High Performance or Racing engine may require a high performing 90,000 psi or higher motor oil, to avoid wear and/or damage. It just depends on how much loading the engine puts on its motor oil.

In recent years there have been entirely too many wiped cam lobes and ruined lifter failures in traditional American flat tappet engines, even though a variety of well respected brand name parts were typically used. These failures involved people using various high zinc oils, various high zinc Break-In oils, various Diesel oils, and various oils with aftermarket zinc additives added to the oil. They believed that any high zinc oil concoction is all they needed for wear protection during flat tappet engine break-in and after break-in. But, all of those failures have proven over and over again, that their belief in high zinc was nothing more than a MYTH, just as my test data has shown

My testing focuses on oil film strength, which is what is critical, and is the last defense against metal to metal contact. Even so, I also tested a dozen different oils at 275*F to see how their wear protection capability at that higher temp, compared to the 230*F that I normally test at. As expected, the wear protection capability psi values dropped as the oils got hotter and thinner. But for most of the oils, the drop was not enormous. And the average psi drop for the whole group of oils, was only about 12% from their 230* values. What was also of interest here, was how the ranking of these dozen oils might change relative to each other, as they got hotter.

Dikatakan bahwa hal yang paling penting untuk oli mesin adalah mencegah aus.

Lapisan dari oli merupakan pertahanan terakhir dari gesekan antara logam dengan logam dan aus atau kerusakan yang mengikutinya. Contoh lapisan oli adalah pada non roller flat tapet lifter dan cam lobes di mesin pushrod V8. atau di mesin DOHC di antara cam lobes dan non roller type follower. Pada lokasi tersebut, tekanan yang luar biasa pada genangan kecil oli. Kebanyakan oli terdorong kesamping dan hanya menyisakan lapisan oli yang sangat tipis diantara komponen, pembatas yang sangat dibebani.

sifat film strength, kemampuan menanggung beban, daya tahan terhadap shear bervariasi sangat besar tergantung dari formula oli. Dan tingkat dari film strength lah kemampuan oli dapat diukur dan dibandingkan untuk menilai daya perlindungan terhadap aus. Disinilah bedanya antara oli bagus dengan oli yang tidak begitu bagus.

Hanya uji aus dinamik dibawah tekanan pada suhu kerja normal yang dapat menunjukkan bagaimana oli dapat dibandingkan dengan yang lain dalam sisi perlindungan terhadap aus. Dan itulah yang membuat melihat spesifikasi oli tidak ada gunanya.

Cara pengujian dilakukan dengan suhu kerja oli di 230°F dengan uji friksi gesekan dinamik dibawah beban, yang akan menghasilkan goresan aus pada bidang pengujian yang terendam pada oli yang diuji. Prosedur ini dilakukan pada setiap oli yang diuji, bisa diulang dengan hasil sama, yang sangat penting untuk validasi metode. Data dari pengujian benar benar cocok hasilnya dengan pengalaman balap di dunia nyata.

Setiap oli diuji sampai titik gagal. Seberapa jauh oli itu gagal yang dibandingkan.

Mendapatkan data film strength oli adalah satu satunya cara untuk mendapatkan data kemampuan perlindungan oli, karena film strength oli adalah pertahanan terakhir terhadap gesekan langsung antar komponen. Untuk bisa terjadi kontak antara logam maka harus menembus film strength dari lapisan oli. Bila lebih tebal maka daya perlindungan oli menjadi sama antara satu oli dengan yang lain. Oleh karena itu lapisan tipis oli yang diuji.

Untuk kendaraan normal, maka oli dengan kemampuan perlindungan 60,000 psi sudah cukup. Untuk mesin performa tinggi atau mesin balap dibutuhkan perlindungan 90,000 psi atau lebih.

Pada beberapa tahun ini terjadi banyak kerusakan cam lobe dan lifter pada kendarana flat tapet, meskipun berbagai macam oli dipergunakan. Kerusakan juga menyertakan orang yang menggunakan oli dengan kandungan zinc tinggi, berbagai oli break in, berbagai oli diesel, dan berbagai aditif tambahan dengan zinc. Mereka yakin bahwa zinv bisa mebantu melindungi, namun nyatanya tidak membantu.

Pengujian dengan temperatur yang lebih tinggi menunjukkan bahwa kemampuan perlindungan jadi menurun namun tidak banyak. Rangking jadi berubah pada pengujian dengan temperatur lebih tinggi namun oli rangking tinggi tetap punya rangking tinggi.

 

Dari bahasan diatas ditunjukkan bahwa aditif punya peranan sangat penting dalam meningkatkan kemampuan dari oli. Campuran aditif juga harus benar sehingga oli bisa mempunyai sifat sesuai keperluan. Bila campurannya benar, maka kualitas oli akan jauh meningkat. Namun penulis setuju dengan pendapat berikut. Sebagus bagusnya aditif, tidak bisa mengalahkan base oil yang bagus.
Produsen Base Oil dan Additive

Karena base oil adalah komponen terbesar dalam formulasi pelumas, seleksi terhadap base oil yang akan digunakan sangatlah penting, karena kualitas base oil yang digunakan akan menentukan kualitas pelumas yang akan dihasilkan. Walaupun kualitas pelumas dapat ditingkatkan dengan penambahan aditif, akan tetapi kualitas base oil yang tidak baik tidak dapat 100% diatasi oleh penambahan aditif.

 

Silahkan baca juga artikel berikut untuk penjelasan lebih lanjut tentang anti aus:

  • Implementasi dan dasar teori trik sesat minyak goreng sebagai aditif pelicin oli mesin matik dengan hasil mesin lebih halus dan enteng

  •  

    Analisa oli

    Dalam menentukan sifat suatu oli kadang dibutuhkan analisa. Berikut ini contoh cara membaca analisa:
    cara-baca-oil-analysis

    Untuk analisa dengan spectroscopy penjelasannya berikut ini:
    Fourier Transform Infrared Spectroscopy

    An FTIR spectrometer works by taking a small quantity of sample and introducing it to the infrared cell, where it is subjected to an infrared light source, which is scanned from 4000 cm-1 to around 600 cm-1. The intensity of light transmitted through the sample is measured at each wavenumber allowing the amount of light absorbed by the sample to be determined as the difference between the intensity of light before and after the sample cell. This is known is the infrared spectrum of the sample.

    Disebutkan bahwa analisa spectroscopy dilakukan dengan menganalisa panjang gelombang cahaya berapa yang terserap oleh contoh oli untuk bisa menentukan unsur apa yang terkandung di dalam oli. Berikut panjang gelombang dari setiap unsur.
    spectrometer

    Contoh hasil analisa adalah sebagai berikut:
    spectrometer2

    Dikatakan bahwa susah untuk membandingkan unsur satu oli dengan yang lain, sehingga metode ini lebih sering dipakai untuk membandingkan perubahan oli selama masa pakai. Untuk analisa VOA (virgin oil analysis, oli baru) dan UOA (used oil analysis, oli sudah terpakai) contohnya sebagai berikut:
    spectrometer3

     

    semoga berguna.

    Penjelasan dari istilah – istilah yang sering muncul dalam penjelasan produk oli mesin


    Ini daftar istilah yang ada di petunjuk pemilihan olinya Shell. Dipisah sesuai peruntukan agar lebih mudah mencari. Penjelasan tentang jenis pelumasan dan aditif akan dibahas di artikel selanjutnya.

    SHELL AUSTRALIA – LUBRICANTS PRODUCT DATA GUIDE 2013

    Jenis pelumasan:

    Boundary Lubrication – A lubrication regime in which the film of lubricant is too thin so that surface-to-surface contact takes place over a large area and the load is carried by a very thin film of lubricant. Also referred to thin film, imperfect, or non-viscous lubrication.

    Hydrodynamic Lubrication – A system of lubrication in which the shape and relative motion of the sliding surfaces causes the formation of a fluid film having sufficient pressure to separate the surfaces. This regime provides the best lubricating conditions when the two moving surfaces are completely separated by a relatively thick film of lubricant.

    Mixed Lubrication – The lubrication regime which exists when moving surfaces are separated by a continuous film of lubricant with a thickness comparable to the roughness of the surfaces.

    Oil Mist Lubrication – A system of lubrication used in some gearboxes in which the lubricant is atomised and sprayed into the gearbox in a stream
    of dry compressed air.

    Splash Lubrication – A system of lubrication in which parts of a mechanism dip into and splash lubricant onto themselves and/or other parts of the mechanism.

    Spray Lubrication – A system of lubrication in which the lubricant is sprayed directly on to the surfaces to be lubricated.

    Jenis aditif:

    Anti-foaming Agent – An additive included in some lubricant formulations to suppress foam formation.

    Anti-oxidant Additive – An additive included in some lubricant formations to inhibit the chemical breakdown of the base oil and some additive constituents by reaction with oxygen.

    Anti-scuffing Additive – An additive included in some lubricant formulations that is absorbed on to metal surfaces to prevent direct metal-to-metal contact.

    Anti-wear Additive – An additive included in some lubricant formulations to reduce friction and wear.

    Corrosion Inhibitor – An additive included in some lubricant formulations to help the lubricant protect against corrosion.

    Detergent – An additive included in most engine oil formulations to inhibit deposit formation and protect the lubricated surfaces, having the property of keeping insoluble matter in suspension thus preventing its deposition where it would be harmful. A detergent may also redisperse deposits already formed.

    Dispersant – An additive included in some lubricated formulations to hold insoluble contaminants in suspension. In engine oils it helps prevent the formation of sludge, varnish and other engine deposits by keeping particles suspended in colloidal state (suspension of finely divided particles).

    Extreme Pressure (EP) Additive – A chemical compound imparting extreme pressure characteristics to a lubricant with the objective of reducing wear under conditions where rubbing or sliding accompanies high contact pressures. Under heavy loads, EP additives form a protective chemical film on the surfaces in contact.

    Metal Deactivator – An organic type of additive having the property of suppressing the catalytic action of metal surfaces and traces of metallic materials exposed to petroleum products which, in the absence of the deactivator, would catalyse gum formation and other oxidation.

    Non-soap Thickener – A substance such as clay, silica gel, carbon black, or any of several specially treated or synthetic materials that can be either thermally or mechanically dispersed in liquid lubricants to form lubricating grease. Also called synthetic thickener. Certain types are called inorganic thickeners.

    Pour Point Depressant – An additive which lowers the pour point of petroleum products by reducing the tendency of the waxes present to coagulate into a
    solid mass.

    Rust Inhibitor – An additive included in some lubricant formulations to restrict the formation of rust on lubricated surfaces.

    Stabiliser – An additive which may be included in some grease formulations to ensure that the base oil and thickener form a stable mixture with a uniform composition.

    Tackiness Additive – An additive which may be included in the formulation of lubricants for slideways and open gears to help the lubricant adhere more effectively

    Thickening Agent – A substance used in making greases which is mixed with base oil to produce a stable semi-solid product.

     

    Jenis masalah:

    Abrasion – In gears, a type of wear caused when hard particles are trapped between gear teeth.

    Bore Polishing – Excessive smoothing out of the surface finish of the cylinder bore in an engine to a mirror-like appearance, resulting in depreciation of ring sealing performance. Bore polishing often leads to an increase in oil consumption and wear and to a decrease in engine efficiency.

    Cavitation – The formation of pockets of air or vapour in a fluid when the pressure on the fluid is reduced.

    Lacquer – A hard, shiny, transparent surface coating usually found in engines and derived from a deposit resulting from the oxidation and polymerisation of fuels and lubricants when exposed to high temperatures. Similar to but harder than varnish.

    Pitting – In gears, a type of wear in which cracks develop in gear teeth because of metal fatigue caused by overloading.

    Scavenging – The removal of waste gases from the cylinder of a two-stroke internal combustion engine.

    Scoring – The same as scuffing.

    Scuffing – In gears, a type of wear which develops when direct
    metal-to-metal contact takes place between gear teeth.

    Sludge – The soft deposits, usually dark coloured, formed in lubrication systems, mainly consisting of oxidised lubricating oil components, water and in internal combustion engines, carbonaceous residues from fuel combustion. A black sooty deposit which usually forms in engines as a result of oil oxidation and ineffective dispersancy.

    Squawk – A harsh abrupt sound sometimes emitted by oil-immersed braking systems.

    Stick-slip – A jerky type of motion in which a moving part of a machine tends to stick as static friction builds up to a maximum and then slips as the static friction is overcome.

     

    Sifat pelumas:

    Absolute Viscosity – A term used interchangeably with viscosity to distinguish it from kinematic viscosity of commercial viscosity. It is occasionally referred to as dynamic viscosity.

    Air Release – The ability of a fluid to allow the escape of air entrained within it.

    Biodegradability – The capacity of a substance to be broken down by the biological action of living organisms.

    Apparent Viscosity (of a grease) – A measure of the resistance to flow of a grease whose viscosity varies with both temperature and flow rate.

    Bleeding – The tendency of a liquid component to separate from a solid or semi-solid mixture such as an oil from a grease. Some bleeding is desirable, since it provides continuous oil lubrication to bearings.

    Chemical Stability – The ability of a substance to resist chemical breakdown.

    Compatibility – The ability of substances to exist together without damaging each other.

    Demulsification – The separation of an emulsion into its component liquids.

    Emulsion – A mechanical mixture of two immiscible liquids such as oil and water. Water-in-oil emulsions have water as the internal phase and oil as the external. Oil-in-water emulsions have water as the external phase and oil as the internal.

    Film Strength – The ability of a film of oil or grease to resist rupture due to load, speed, temperature and shock loading, which enables it to maintain an unbroken film on lubricated surfaces under operating conditions, where otherwise there would be scuffing or scoring of the surfaces.

    Filterability – The ability of a liquid to pass freely through a filter without clogging it.

    Flammability – Capable of being ignited and burning.

    Flash Point – The lowest temperature of a liquid at which it will give off sufficient vapour to form a flammable mixture with air above the liquid which will ignite momentarily (i.e. flash) when exposed to a flame.

    Friction – The resisting force encountered at the common boundary between two bodies when, under the action of an external force, one body moves or tends to move over the surface of the other.

    Incompatibility – Incompatibility occurs when a mixture of two lubricants results in physical properties or performance markedly inferior to those of the individual products. Performance or properties inferior to one of the products but superior to the other may be due to simple mixing and is not considered evidence of incompatibility.

    Kinematic Viscosity – A definition of viscosity commonly used by lubricant manufacturers. It is equal to the dynamic viscosity of a liquid divided by its density. In a c.g.s. system, the standard unit of kinematic viscosity is the stoke and is expressed in sq. cm. per. sec.

    Miscibility – The tendency or capacity of two or more liquids to form a uniform blend, that is, to dissolve in each other. Degrees are total miscibility, partial miscibility and immiscibility.

    Oil Separation – In greases, the separation of the base oil from the thickener.

    Oxidation Stability – The resistance of a petroleum product to oxidation, hence a measure of its potential service or storage life. The available tests all simulate service conditions on an accelerated basis.

    Penetration or Penetration Number – A measure of the hardness and consistency of bitumen and lubricating greases in terms of the distance in tenths of a millimetre by which a weighted special needle or cone will penetrate the sample in five seconds, the temperature, unless otherwise stated being 25°C. The softer the consistency, the higher the penetration number.

    Pour Point – The pour point of a lubricant is the lowest temperature at which the lubricant will pour or flow when it is chilled without disturbance under specified conditions.

    Saponification – The chemical conversion of a fatty acid and base or alkali into a soap. A common process in grease manufacture.

    Shear Stability – The ability of a grease or lubricating oil to withstand mechanical shearing without being degraded in consistency or viscosity.

    Slumpability – A property of some greases that makes them partially self levelling. Greases possessing this property can be pumped from a container
    without the need for a follower plate.

    Smoke Point – The maximum height of flame measured in millimetres at which a kerosine will burn without smoking when tested in a standard lamp.

    Soap – A compound formed in the reaction between a metal hydroxide (such as lime) and a fatty acid (an organic acid derived from natural fats), e.g. lithium, calcium soaps in grease. The ordinary soaps are those of sodium and potassium. The soaps of lithium, calcium, sodium, and aluminium are the principal thickeners used in grease making.

    Solid Lubricant – Any class of lubricants in which the reduction of friction and wear during sliding is caused by making the shearing take place within the crystal structure of a material with low shear strength in one particular plane. Examples include graphite, molybdenum disulphide, and certain soaps. Lubricating grease is not a solid lubricant, but may contain solid lubricants as additives.

    Static Friction – The friction between two surfaces not in relative motion but tending to slide over one another. The value of the static friction at the instant relative motion begins is termed breakaway friction.

    Thermal Conductivity – Measure of the ability of a solid or liquid to transfer heat.

    Thermal Stability – The ability of a substance to resist degradation due to the effects of heat. The same as hydrodynamic lubrication.

    Total Acid Number (TAN) – The quantity of base, expressed in terms of the equivalent number of milligrams of potassium hydroxide, that is required to titrate the strong base constituents present in 1 gram of sample. A measurement of TAN can give an indication of the deterioration of an oil in service due to oxidation.

    Total Base Number (TBN) – The quantity of base, expressed in terms of the equivalent number of milligrams of potassium hydroxide, that is required to titrate the strong
    base constituents present in 1 gram of sample.

    Toxicity – The capacity of a substance to harm living organisms.

    Universal Farm Oil – A lubricant for agricultural tractors and farm machinery which is able simultaneously to carry out the functions of an engine oil, transmission oil and hydraulic oil.

    Viscosity – The property of a fluid or semi-solid substance to resist flow and defined as the ratio of the shear stress to the rate of shear of a fluid element. The standard unit of viscosity in the c.g.s. system is the poise and is expressed in dyne sec. per square centimetre. A number, usually between 0 and 200, which is a measure of a fluid’s change of viscosity with temperature. The higher the viscosity index the smaller the change in viscosity with temperature.

    W – When used in the SAE system for classifying oils, an indication that the oil is suitable for winter use.

    Water Resistance – The ability of a lubricant to withstand the addition of water to the lubricant system without adverse effects.

    Water Separability – The ability of a lubricating oil to shed any water with which it has become intimately mixed.

     

    Jenis komponen mesin:

    Crosshead – A shaft that connects the piston to the connecting rod in double-acting reciprocating compressors and in certain types of piston engine.

    Follower Plate – A metal sheet used on top of the grease in a pump-type dispenser to assure the grease remains level as it is pumped. This avoids the formation of a cavity around the pump pick-up tube and enables all the grease to be dispensed without manual levelling from time to time.

    Gas Turbine – A rotary engine with a driving shaft that is fitted with vanes that are rotated by the pressure of gas passing over them.

    Grease Cup – A device for supplying grease to a component from a reservoir attached to the component requiring lubrication.

    Helical Gear – A pair of gear wheels used to transmit motion between parallel shafts. The teeth of a helical gear wheel are cut on an angle to its axis.

    Herringbone Gear – The same as a double helical gear.

    High Speed Diesel Engine – A diesel engine, like that used to power road transport vehicles, which operates at speeds of 1,250 rpm or more.

    Hypoid Gear – A system of gears for transmitting motion at an angle in which the axis of the pinion does not intersect the axis of the main gear wheel.

    Low Speed Diesel Engine – A diesel engine, like that used to power marine transport, which operates at speeds of less than 350 rpm.

    Medium Speed Diesel Engine – A diesel engine, like that used for electricity generation, which operates at speeds between 350 and 1,250 rpm.

    Multi-stage Compressor – A machine which essentially consists of several linked compressors, one feeding compressed gas to the next for further compression.

    Pensky-Martens Closed Cup (PMCC) – The apparatus for determining the closed flash point of fuel oils. Lubricating oils and other petroleum products.

    Pinion – The smaller gear wheel of a pair.

    Piston Pump – A type of pump used in hydraulic systems which pumps fluid by means of reciprocating pistons moving in cylinders.

    Plain Bearing – The simplest kind of bearing which consists of two flat surfaces moving relative to one another, distinguished from tapered land, tilting pad, or anti-friction bearings.

    Rack and Pinion – A gear system used for converting rotary motion into linear motion or vice versa. It consists of a toothed bar (the rack) which meshes with a toothed wheel (the pinion).

    Reciprocating Compressor – A machine which compresses gases by the action of a piston moving in a cylinder.

    Redwood Viscometer – Standard British viscometer. The number of seconds required for 50 ml of an oil to flow out of a standard Redwood viscometer at the definite temperature (IP Method 70). Instrument is available in two sizes: Redwood No. 1 and No. II. When the flow time exceeds 2,000 sec, the No. II must be used.

    Rocker Arm – A lever which is operated automatically to open and close the valves of an internal combustion engine.

    Rolling Bearing – A general term describing all types of ball and roller bearings.

    Rotary Compressor – A machine in which gas compression is achieved by the revolution of a rotor or rotors.

    Rotary Screw Compressor – A machine which compresses air by the action of two intermeshing screws or rotors.

    Rotary Vane Compressor – A machine which compresses air through the action of sliding vanes set in slots in a rotor which turns in a cylindrical casing.

    SAE EP Lubricant Tester – A machine designed to test the extreme pressure properties of a lubricant under a combine rolling and sliding action. The revolving members are two bearing cups that rotate at different speeds.

    Screw Pump – A pump used in some hydraulic systems which pumps fluid through the action of intermeshing screws.

    Self-aligning Bearing – A rolling bearing in which the applied load is distributed uniformly within the bearing even when the alignment of the shaft changes.

    Separator – In rolling bearings, the same as a cage. In compressed air systems, the same as a coalescer.

    Single-acting Compressor – A reciprocating compressor with cylinders that contain only one compression chamber.

    Single-stage Compressor – A machine which takes in a gas and compresses it fully in one action.

    Sliding Bearing – A bearing which supports a load and allows it to slide.

    Sliding Vane Compressor – The same as a rotary vane compressor.

    Spur Gear – A pair of toothed wheels used to transmit power between parallel shafts. The teeth of a spur gear wheel are cut parallel to its axis.

    Sump – The lower section of the crankshaft housing used as a lubricating reservoir in an internal combustion engine.

    Super-charger – A device which is able to supply air to an internal combustion engine at a higher-than-normal pressure.

    Tapered Roller Bearing – A rolling bearing which is suitable for carrying both radial and thrust loads because its rolling elements are cone-shaped.

    Transmission – The assembly of parts, including the clutch, gearbox and propeller shaft, by which power is transmitted from an engine of a motor vehicle to the wheels.

    Trunk Piston Engine – An internal combustion engine in which the piston is connected directly to the connecting rod and subsequently to the crankshaft.

    Turbo charger – A compressor device driven by an exhaust gas turbine that is used to supply air at a higher-than-normal pressure to the cylinders of an internal combustion engine.

    Worm Gear – A gear consisting of a toothed wheel and a short revolving screw working together.

    Mau long drain interval nggak harus pakai oli mobil tapi memang oli motor yang bagus langka sih


    Tidak sadar oli di Honda Beat penulis sudah terpakai lebih dari 3000km dari penggantian oli terpaksa sebelumnya.
    spedo

    Sampai sekarang suara mesin masih halus dan tenaga masih enak, top speed juga bisa 105km/jam, lumayanlah untuk Honda Beat. Saat masih pakai MPX-2 cuma kuat sampai 95km/jam.Penulis berencana masih akan tetap meneruskan oli yang sekarang mungkin sampai 5000km. Katanya pemakaian 5000km itu termasuk long drain kalau untuk motor, oli dipakai lama.

    Oli yang penulis pakai adalah oli Valvoline XLD:
    valvoline-depan

    valvoline-belakang

     

    Tulisan di bagian belakang mengingatkan penulis pada artikel sebelumnya tentang oli motor vs oli mobil:
    Lucu karena alasan orang Indonesia pakai oli mobil untuk motor ternyata kebalikan dari orang luar negeri, disini oli motor dianggap lebih jelek, disana oli motor dianggap lebih bagus tapi kemalahan

    Oli valvoline 800ml penulis beli dengan harga Rp 30.000. Jadi selain murah, kualitas ok, cocok banget untuk motor :).

    Sekarang ini sepertinya lagi musim pakai oli mobil untuk dipakai di motor. Ada yang menyarankan oli diesel HDEO untuk motor kopling basah, oli mobil PCMO untuk oli mesin motor matik. Alasannya kebanyakan karena dianggap oli mobil kualitasnya lebih baik dan oli motor dianggap tidak layak untuk dipakai long drain interval.
    Mengapa banyak yang pakai oli diesel untuk mesin motor padahal spesifikasi tidak banyak berbeda dengan oli motor

    Dan memang sepertinya dalam kenyataannya kebanyakan begitu. Oli motor seringkali tidak awet walau pada oli dengan kisaran harga yang sama dengan harga oli mobil. Mau yang mineral ataupun sintetik umur tidak sesuai dengan janji. Bahkan ada yang umurnya cuma 10% dari janjinya seperti yang penulis alami sendiri saat pakai oli AHM MPX-2. Dari pengalaman pribadi penulis mencoba sendiri bermacam merek oli, rasanya memang kebanyakan oli masa pakainya jauh lebih pendek masa periode penggantian oli yang disarankan pabrikan (2500km). Sampai akhirnya penulis menemukan oli Valvoline.

    Saat memakai oli Valvoline, penulis sering lupa kapan terakhir ganti oli. Alasan ganti oli bukan karena terpaksa karena mesin sudah kasar atau akselerasi nggak enak, tapi lebih karena merasa sudah kelamaan. Kalau dikira kira, penulis ganti oli sesudah lebih dari 4000km, sudah termasuk long drain interval.

    Sejak pakai valvoline, penulis malas ganti ganti oli lagi, namun sayangnya sekarang tokonya sudah tidak jualan valvoline lagi. Terakhir pakai Repsol mengecewakan. Baru dipakai dibawah 2000km oli sudah hitam, padahal pada saat pakai valvoline, tidak sampai sehitam itu. Sekarang ini sedang coba pakai oli Fastron 15W50, dipakai di Suzuki Spin, Honda Beat masih untuk kebagian Valvoline.

    Lumayan juga pakai fastron 15W50, mungkin akselerasi di rpm tinggi berkurang, tapi toh sekarang penulis jarang gas pol lagi, setengah gas saja sudah bisa 80km/jam, sudah cukup kencang. Suara mesin jauh lebih halus dari saat pakai repsol 20W50. Mungkin karena kualitas bahan dasar oli beda. Yang repsol mungkin nggak bagus anti shear nya dan film strengthnya sehingga jadi bikin suara kasar. Penulis berencana untuk coba pakai fastron 15W50 untuk transmisi juga, toh ada yang pakai di motor kopling basah dan tidak mengalami selip.

    Suksesnya penulis mencapai long drain interval dengan oli Valvoline menunjukkan bahwa pakai oli motor yang murah pun bisa long drain. Namun memang pilihannya sedikit banget. Karena sekarang sudah tidak ada lagi yang jual Valvoline, maka terpaksa pakai oli mobil. Tapi pakai oli mobil juga masih tetap dilema. Oli mobil yang harganya menengah dibawah 100 ribu diatas 50 ribu kualitasnya juga pas pasan, nggak semua cocok kalau dipakai lebih dari 2500km. Rasanya juga susah untuk mencari oli mobil 30 ribuan yang bisa dipakai untuk long drain. Oli motor 30 ribuan masa pakai realnya malah lebih parah dan sering tidak pantas untuk dipakai dalam masa pakai 2500km.

    Untuk sekarang, penulis berencana untuk coba oli mobil atau oli motor dengan harga dibawah 100 ribu. Yang kepikiran sementara ini adalah Castrol GTX PCMO dan Fastron. Untuk Honda beat rencananya mau coba Fastron yang 10W40, karena sekarang juga 10W40 dan rasanya lumayan baik dari sisi heningnya ataupun tarikannya. Tidak ada pikiran untuk coba oli 0W20 menunggu bagaimana komentar yang lain. Dari sisi teori penulis menganggap bahwa bila mesin nggak didesain pakai oli 0W20 ya jangan dipaksa pakai 0W20. Repotnya yang review oli encer jarang jarang pakai acuan hening. Mereka juga kalau ngukur performa cuma pakai perasaan dan nggak beneran diukur misalnya pakai mileage full to full atau ngukur 0-100. Jadi klaim mereka soal performa 0W20 sementara penulis abaikan.

    Soal perlindungan dianggap lebih baik, penulis masih mengumpulkan informasi dari referensi resmi lembaga oli biar lebih afdol dan jelas sumber informasinya. Penulis sekarang sedang menyusun artikel tentang dasar pelumasan. Menarik juga karena yang namanya anti aus itu cuma berfungsi kalau lapisan oli pelindung / oil film nya sudah tidak berfungsi. Dari sisi keausan kalau oil filmnya sudah pecah, aus akan lebih banyak walau sudah dibantu dengan aditif anti aus dan extreme protection. Kalau nggak dibantu bisa berkali kali lipat. Jadi perlindungan utama sepertinya memang lebih penting dari oil filmnya. Mungkin ini alasan 540 RAT mengujinya film strength.

    Nanti dibahas di artikel tersebut.

    Mengenal heat treatment dan cryogenic untuk memperkuat dan mengawetkan komponen balap


    Disarankan oleh bro Nex, kali penulis akan mencoba membahas teknologi untuk meningkatkan kualitas komponen motor/mobil yang sering diterapkan di dunia balap. Teknologi tersebut adalah heat treatment dan cryogenic.

    Proses heat treatment ada bermacam – macam. Sebuah komponen bisa mendapat beberapa macam heat treatment pada tahap pembuatannya. Komponen yang sudah pernah di heat treatment juga bisa perlu di heat treatment lagi bila komponen tersebut misalnya di bubut atau di las.

    Berikut beberapa contoh proses heat treatment untuk baja:
    Hardening/quenching (memperkeras) – ditujukan untuk memperkuat material dari baja dan membuatnya lebih tahan aus. Baja tersusun dari besi dan karbon. Pada saat terbuat, baja hanya bisa menyerap karbon secara terbatas dan sisanya akan berubah jadi graphite. Ketika baja dipanaskan, baja akan mengeras pada suhu sekitar 1,500° F tergantung pada campurannya dan akan mentransformasi struktur molekul. Transformasi akan terjadi pada titik leleh austenite, dimana pada tahap ini material akan meleleh dan mengalami penyerapan karbon sehingga menjadi satu padatan. Ketika karbon terserap, maka komponen harus didinginkan dengan segera (quenched) untuk bisa memperangkap struktur karbon pada bentuk barunya. Atom yang berusaha kembali ke posisi semula akan menjadi sifat keras dari baja. Ukuran partikel, pola struktur, kekerasan dan kekuatan dari logam akan tergantung pada kecepatan quenching. Makin cepat proses quenching maka ukuran partikel akan makin kecil dan membuat logam lebih keras. Bila hardness dan strength meningkat maka toughness dan ductility akan menurun, menjadi lebih rapuh. Biasanya komponen baja akan di quenched dengan oli atau air, tapi ada juga metode lain seperti dengan larutan garam dan lainnya.

    Softening (memperlunak) – proses untuk mengurangi strength atau hardness dari material dan untuk menghilangkan residual stress, untuk bisa meningkatkan toughness, mengembalikan ductility, mengubah ukuran partikel atau mengubah sifat elektromagnet dari material.

    Annealing – proses untuk membuat logam lebih lunak sekalian menghasilkan sifat material yang uniform / merata. Dilakukan dengan memanaskan logam sampai temperatur tertentu dan membiarkan material menjadi dingin secara perlahan hingga ke suhu ruangan. Struktur komponen akan lebih rileks dan membuat stress berkurang. Proses full annealing dilakukan dengan mendinginkan perlahan komponen di dalam oven.

    Normalizing – proses ini juga memperlunak komponen logam namun berbeda dengan proses full anneal pada proses ini pendinginan dilakukan di udara dalam waktu beberapa jam sampai mencapai suhu ruangan, tanpa perlu dimasukkan di dalam oven. Namun hasil dari tidak sebagus full annealing, jadi sifat logam tidak terlalu uniform / merata namun lebih murah.

    Tempering – proses untuk mengurangi rapuh dari baja yang sudah dikuatkan dan untuk menghilangkan internal strain yang disebabkan oleh pendinginan mendadak dari proses quenching bath. Tempering dilakukan pada temperature dibawah suhu transformasi dimana baja dipanaskan dengan berbagai cara dan didinginkan kembali.

     

    Komponen dari aluminum membutuhkan perlakuan yang berbeda karena aluminium mudah terannealing, sehingga aluminium tidak boleh terkena panas yang terlalu lama karena bisa resiko melunak / lepas kekerasannya. Pengerasan aluminium punya beberapa tahap dimana T4 lebih lunak tapi punya ductility lebih, sementara T6 atau T7 lebih keras namun lebih rapuh. Proses heat treatment dilakukan dengan misalnya memakai larutan untuk bisa memberi sifat yang diinginkan.

     

    Setelah komponen di heat treating, maka agar hasilnya bisa maksimal, komponen juga disarankan untuk diberi perlakuan cryogenic.
    Engine Builder Magazine – Performance Connecting Rods

    The strength and fatigue resistance of most metals can also be improved by “cryogenic” processing after the rods have been heat treated. Heat treating causes changes in the grain structure of steel that increases strength and hardness, but it can also leave residual stresses that may lead to fatigue failure later on. By freezing parts down to minus 300 degrees below zero in special equipment that uses liquid nitrogen, the residual stresses are relieved. The super cold temperatures also cause additional changes to occur in the metal that help the parts last longer and run cooler. That’s why cryogenic freezing is used on everything from engine parts to tool steels, aerospace hardware and even gun barrels.

    Dikatakan bahwa kekuatan dan daya tahan terhadap fatigue (kelelahan) pada kebanyakan logam dapat ditingkatkan dengan proses cryogenic (pembekuan) setelah logam di heat treated (diberi panas). Heat treating menyebabkan perubahan pada stuktur partikel pada logam yang akan meningkatkan kekuatan dan kekerasan, namun juga dapat menyisakan residual stresses (tekanan sisa) yang dapat mengakibatkan terjadinya kerusakan akibat dari fatigue. Dengan membekukan komponen hingga 300 derajat (fahrenheit) pada peralatan yang memanfaatkan nitrogen cair, residual stresses akan dihilangkan. Temperatur yang super dingin juga menyebabkan perubahan tambahan pada logam yang bisa membuat komponen lebih awet dan berjalan lebih dingin. Oleh karena itu pendinginan cryogenic diterapkan pada banyak komponen seperti pada komponen mesin, peralatan baja, perangkat untuk luar angkasa dan bahkan moncong senjata.

     

    Jadi proses heat treatment dan cryogenic treatment adalah merupakan dua proses yang saling melengkapi yang hasil akhirnya adalah kualitas dari komponen logam yang meningkat.

    Dikatakan bahwa proses cryogenic tidak membuat logam lebih keras namun akan tetap jadi lebih tahan lama. Menurut Ryan Taylor, dari Cryogenics Institute of New England, ada tiga perubahan yang terjadi pada proses crygonic:
    -1. Residual stress relief (menghilangkan tekanan yang tertinggal), bila suatu material masih mengalami residual stress (yang bisa dialami logam saat mengalami pencetakan, pemotongan, di las atau dibubut) setelah heat treating, maka proses cryogenic akan juga ikut membantu menghilangkan residual stress. Heat treating akan menghilangkan sebagian besar dari residual stress, namun bisa masih menyisakan hingga 10% residual stress. Proses cryogenic akan membantu menghilangkan residual stress yang tersisa.

    -2. Uniformity of the crystalline or micrograin structure of the metal (penyamaan kristalisasi atau struktur partikel mikro pada logam), ketika sebongkah baja atau besi cetakan mengeras, mereka dipanaskan hingga atom besi dan atom karbok membentuk tipe kristal yang disebut austenite. Kristal ini punya bentuk struktur partikel relatif lunak dengan beberapa titik kelemahan. Proses cryogenic membuat austenite berubah menjadi molekul lebih tahan aus, namun lebih mudah pecah yang dinamakan martensite. Martensite mempunyai bentuk kristal lebih merata daripada austenite.

    Proses heat treatment yang menggunakan suhu hingga 1,500°F akan mengurangi jumlah austenite dan menyisakan antara 10 hingga 15% austenite di logam. Akan ada ruang kosong dan ketidak sempurnaan di logam. Ketika logam mendapat perlakuan cryogenic, mereka akan berubah menjadi martensite, hingga menyisakan hanya 1% austenite. Ini akan membuat logam lebih kuat, lebih awet tanpa ketidaksempurnaan.

    -3. Precipitation of Eta carbides (pembentukan eta carbides), pada logam yang mengalami proses cryogenic dijumpai juga pembentukan eta carbides yang juga bisa meningkatkan sifat anti aus.

     

    Proses crygonic treatment dilakukan sebagai berikut: blok mesin, piston, crankshaft atau komponen lain ditempatkan dalam ruang cryogenic treatment. Ruang tersebut di isolasi dan temperatur kemudian diturunkan secara perlahan, satu derajat fahrenheit per menit, hingga suhu kemudian mencapai -320° F yang bisa dicapai dengan menggunakan nitrogen cair. Kondisi beku sangat dingin ini dipertahankan selama beberapa waktu lalu temperatur dinaikkan lagi secara hati hati dan perlahan. Material ada yang membutuhkan adanya siklus heat tempering sehingga untuk material tersebut temperature dinaikkan lebih tinggi lagi dan lalu dikembalikan ke suhu ruangan. Pada saat suhu komponen turun dan menjadi sama dengan suhu ruangan, maka struktur mikro yang diinginkan akan terbentuk. Siklus ini dilakukan berulang ulang sesuai kebutuhan.

    Pada proses crygenic fungsi kontrol berperan sangat penting. Ruang cryogenic yang di kontrol komputer harus tetap tertutup selama siklus. Untuk bisa memberikan treatment cryogenic yang sempurna bisa diperlukan beberapa jam sampai beberapa hari, sehingga dipastikan komponen yang mendapat treatment akan lebih kuat dan strukturnya lebih stabil.

    Menurut Dan Gathman dari Elgin Industries, proses cryogenic bisa membenahi kesalahan yang terjadi pada proses heat treating. Kunci yang penting dari proses hear treating adalah pada saat proses pendinginan. Beberapa baja kekuatan tinggi membutuhkan kontrol atmosfir yang sensitif selama proses. Bila misalkan setelan atmosfir terlalu banyak maka pengerasan komponen di suhu ruangan menjadi tidak sempurna.

     

    Proses cryogenic dapat dilakukan bersamaan untuk banyak komponen sekaligus, walau misalkan bentuk atau ukurannya berbeda beda. Namun waktu treatment harus didasarkan pada komponen yang bagiannya paling tebal. Ini karena cryogenic treatment bukan hanya proses untuk permukaannya saja tapi harus keseluruhan. Bagian dalam pun harus mendapat treatment.

    Efek dari cryoganic treatment pada komponen bervariasi, ring piston akan mengisolasi lebih baik bila dinding silinder mendapat treatment, yang hasilnya akan mengurangi blow by dan meningkatkan tenaga. Blok mesin jadi tidak gampang mulet atau berubah bentuk karena panas atau vibrasi. Per valve akan bertahan lebih lama. Crank dan camshaft akan lebih tahan terhadap lelah hantaman.

    Dikatakan bahwa lebih dari 75% komponen mesin gagal karena fatigue. Bagi pembuat mesin atau pembalap, kegunaan dari treatment cryogenic yang diperpanjang ada tiga keuntungan: bertambahnya stabilitas bentuk, menghilangkan tekanan dan meningkatkan daya tahan terhadap aus.

    Stress relieving atau penghilangan tekanan adalah cara untuk menstabilkan komponen logam. Sifat dari logam tidak berubah semacam yang terjadi pada proses full annealing atau normalizing. Stress relieving dilakukan dengan memanasi logam dengan suhu yang lebih rendah dari suhu untuk proses annealing atau normalizing. Stress relieving biasa dilakukan untuk komponen yang mengalami stressed (tekanan) saat pembuatan, seperti saat komponen di heat treatment atau di las. Proses pengelasan membuat panas yang terpusat menimbulkan stress / tekanan pada komponen lain. Bila ini tidak dihilangkan maka komponen bisa mulet atau melengkung pada proses selanjutnya.

    Komponen bisa saja dibiarkan selama beberapa tahun dan akan stabil dengan sendirinya. Atau bisa juga dibantu dipercepat dengan metode getaran yang disebut dengan Meta-Lax. Proses Meta-lax dalam 30-60 menit itu setara dengan proses normal dalam 1-2 tahun. Setelah itu maka komponen mesin akan lebih stabil dan lebih tahan retak.

    Proses meta-lax dilakukan pada frekuensi sub harmonic dari logam sehingga konsentrasi tekanan pada satu bagian akan tersebar dan terdistribusi lebih merata, membuat komponen mempunyai ductility 400% lebih baik dan nilai untuk impact lebih tinggi 75%

    Material dapat mengeras atau berubah sifat sebagai hasil dari pengerjaan atau pembuatan. Heat treating adalah proses yang melibatkan pemanasan dan pendinginan yang terkontrol untuk bisa merubah sifat fisik dan mekanik tanpa merubah bentuk.

     

    Tiap tiap komponen butuh perlakuaan heat treatment dan cryogenic yang berbeda beda, sesuai dengan kebutuhannya. Komponen yang harus keras butuh proses yang berbeda dengan komponen yang harus elastis. Berikut contoh contoh proses yang dilakukan pada komponen kendaraan:
    HEAT TREATMENT OF AUTOMOTIVE COMPONENTS: CURRENT STATUS AND FUTURE TRENDS, Kiyoshi FUNATANI
    surface-modification

    Table 7
    TYPES OF HEAT TREATMENT AND SURFACE HARDENING USED FOR PRODUCTION OF AUTOMOTIVE COMPONENTS.

    Types of heat treatment Purpose Typical components
    Annealing Softening, and removing residual stress for post processes Forged blanks for gearing and misc. parts
    Isothermal annealing Transformation control hardness and micro-structure for machining. Machinability control
    Normalizing Control microstructure and hardness for machining Reduce hardness for machining
    Spheroidizing Control microstructure and hardness for cold forming Reduce hardness and microstructure for cold forming
    Control roll and control cooling Control rolling and control cool for bake hardening and high strength steel sheets. Body panels and frame, Joint yorks, Crank shafts, con’s rods, Steel sheet panels.
    Forge and direct cooling Forge and directly quench or control cool. Fasteners, Rods and Arms
    Quench and temper Optimize hardness for strength and toughness Cast iron brackets, High carbon springs
    Austemper Optimize microstructure and hardness via isothermal transformation Aluminum casting: (T/M & Dif.casings In. & Ex. Valves
    Solution treatment and aging Optimize hardness and strength of Al and age hardening metallic materials. For fatigue and wear resistance, Gears and shafts, Same to above carbon steels
    Case hardening: (Pack,Salt bath, Gas, Vacuum, Plasma)
    Carburizing
    Carbonitriding
    For fatigue strength and wear resistance through diffusion of Carbon and or Nitrogen at the surface of components and quench for case hardening Corrosion and wear resistant of steel and Ti alloys
    Oxidizing
    Nitrocarb-oxidizing
    Oxidize surface to improve corrosion, wear and scuff resistance. Steel Titanium Cam shafts, Drive shafts, steering knuckles
    Induction hardening Heat up by inductive power and quench to get hard case locally. Thread area of shafts
    Induction tempering Heat up by inductive power and slow cool to soften heated area Cam shafts, oil pump gears, valves,
    Nitriding: (Salt, Gas, Vacuum, Plasma)
    Nitro-carburizing
    Oxy-nitro-carburizing
    Diffuse Nitrogen, C and or O depending to impart wear and corrosion resistant nitride layer at surface and to get a deeper diffusion layer to improve fatigue strength Brake pad liner plates, A/T gears
    Diffusion coating (Salt bath, Gas) Diffuse Cr to form chromium film, carbide and etc. Chain pin, stove pipes, Forming Dies
    Remelt refining (Laser,TIG etc) Heat and melt surface and solidify quick to get fine crystal structure Cam nose and valve seat wall
    Alloying (TIG, MIG, Laser, EB) Melt and mix with added powder materials to improve surface properties Cam profile, Valve seat of cylinder head and valves
    Powder metallurgy Compact and sinter metallic powders to get desired composition and shape Engine sprockets, gears, T/M sliding hubs
    Thermal spray coating (Plasma, TIG, MIG) Spray molten particle to get desired composition for wear resistance, etc Piston ring, Lifter periphery, Synchronizer ring
    Post treatment processes: Coat forming quench Improve surface properties Form protective film during quenching Fasteners, V.S. retainer
    Cryogenic treatment Deep cooling to end transformation Dies, Gears
    Shot peening (0.8~1.4 C steel or cast iron shot) Spray particles to clean or increase residual stress and fatigue strength Leaf and coil Springs
    Hard, double peening Spray hard large and small particles to increase residual stress for higher fatigue strength. T/M and differential gears
    Fine particle peening (Fine particles) Spray fine particles to clean, remove thin surface layer and to form shot dimples Piston skirts, Continuously Variable Transmission drums

    Link terakhir juga menunjukkan bahwa teknologi heat treatment dan crygonic ini tidak terbatas hanya pada pemakaian balapan saja tapi juga sudah diterapkan pada kendaraan harian. Jadi bisa jadi komponen yang ada di motor kita pun sudah mendapat perlakuan heat treatment atau crygonenic, walau mungkin levelnya tidak seekstrem untuk pemakaian di dunia balap.

    Proses juga bisa dilakukan dengan sederhana seperti misalnya untuk membuat pisau semakin kuat dan tajam seperti ditunjukkan video berikut ini:

    Sumber:
    Engine Builder Magazine – Mysterious Processes, Proven Results
    Engine Builder Magazine – Heat Treating Processes