Zinkdialkyldithiofosfaat is een intelligenter materiaal dan gedacht. Het hecht zichzelf precies voldoende dik op oneffenheden voor een optimaal smeer-effect, schrijven onderzoekers van de University of Pennsylvania en ExxonMobil in Science.

Zulke zinkverbindingen, afgekort ZDDP, worden al 70 jaar toegevoegd aan motorolie om de wrijving tussen met name zuigers en cilinderwanden te verminderen. Dat ze dat doen is indertijd bij toeval ontdekt (eigenlijk dacht men dat het een corrosiewerend middel was) en sindsdien is duidelijk geworden dat het te maken heeft met afbraak van het oorspronkelijke molecuul waarna resten een dunne ‘tribofilm’ vormen op de te smeren onderdelen. Maar veel méér inzicht in de werking was er eigenlijk niet.

In de VS hebben ze die werking nu gemodelleerd met behulp van een ‘atomic force’-microscoop (AFM). Ze lieten de tastnaald spelen voor een oneffenheidje op een zuiger, bewogen hem als zodanig over een ijzeroppervlak dat de cilinderwand voorstelde, en dompelden het geheel onder in zuivere smeerolie (‘basic stock’) met een beetje ZDDP.

Zo konden ze zien dat de ‘tribochemische’ reacties die leiden tot filmvorming, kennelijk op gang worden gebracht door afschuifspanningen. De tribofilm begint zich pas te vormen wanneer de druk van de bewegende tastnaald op het oppervlak een bepaalde waarde overschrijdt. Vervolgens is de reactiesnelheid exponentieel afhankelijk van verdere druktoename.

Die film is zachter dan het onderliggende staal en verspreidt dus de druk een beetje, waardoor je vanzelf onder de grenswaarde komt en de laag niet meer aangroeit. En dát is wellicht waarom ZDDP zo goed werkt als smeermiddel: het verbruik per oneffenheid is minimaal en daardoor duurt het relatief lang eer de voorraad moleculen in de smeerolie is uitgeput.

Wat er op moleculaire schaal precies gebeurt is overigens nog steeds niet duidelijk, al doen de gemeten kinetische parameters vermoeden dat het ‘iets’ met covalente bindingen moet zijn.

ExxonMobil hoopt zo te weten te komen hoe je het moet aanpakken om een alternatief te ontwerpen dat net zo goed werkt. In de huidige generatie motoren heeft ZDDP namelijk een paar nadelen die het vroeger niet had: het hecht minder goed aan lichgewicht legeringen die staal moeten vervangen, en de afbraakproducten zijn niet zo best voor de uitlaatkatalysator.

De onderzoekers concluderen trouwens ook dat ze nu voor het eerst een meetopstelling hebben maarmee je überhaupt de werking van smeermiddelen serieus kunt testen.

bron: University of Pennsylvania