در تمدنی که به ماشین‌ها وابسته است، ماده‌هایی که باروغن کاری قطعه‌ها حرکت می کنند، بسیار حائز اهمیت هستند.
یک روغن ماده‌ای است که بین سطوح جای می‌گیرید تا اصطحکاک و ساییدگی کاهش یابد، اگرچه از روغن‌ها می‌توانند به عنوان خنک سازی، عامل تمیزی، عایق الکتریسیته، و جلوگیری از گرد و غبار هم استفاده کرد.
انسان‌های اولیه احتمالا متوجه شده‌اند که حمل الوارهایی که پوست آنها به دلیل تراوش شیره گیاهی که از چوب کنده شده است چه میزان آسان‌تر بوده. دیگر روغن‌های ماقبل تاریخی لجن یا له شده ساقه گیاهانی بود که زیر کشیده شدن بارکش‌ها قرار داشت یا چوب‌ها و سنگ‌هایی برای ساخت و ساز.
فراگیری بیشتر استفاده از روغن نیازمند اختراع چرخ و محور بود. نخستین ارابه‌ها با بیرینگ‌ها و محورهای چوب خام ساخته شده بود. تا این که ملت متوجه شدند که آغشتن یک کلوخه از چربی حیوان بروی قسمت‌هایی که جیر جیر می‌کنند و خشک‌اند باعث می‌شود که چرخ روان تر و سریع‌تر حرکت کند. هرچند که کسی از ماهیت علمی اصطحکاک خبر نداشت.
هنگامی که آهن و برنج جایگزین چوب شدند تا قطعات مکانیکی را به حرکت در بیاورند، کلوخه‌های خام چربی حیوان به عنوان روغن کفایت نمی‌کرد. نسل دوم روان کننده و مواد روغنی از روغن حیوانات، روغن گیاهان، یا ترکیبی از هر دو بودند. برخی از این روان کننده‌ها دمبه، روغن زیتون، روغن چرخک، روغن بادام زمینی، و روغن خام هنوز هم برای اهداف بخصوص استفاده می‌شود. پس از قرن 16، روغن نهنگ و دلفین وارد عرصه شدند.
با به پا گذاشتن صنعت نفت در قرن 19، روغن‌هایی با پایه نفت به سرعت به برتری رسیدند. خود نفت پیش از این شناخته شده بود حتی از وقتی که تمدن‌های کهن آشوری و مصری جهت روشنایی و مومیایی مورد استفاده قرار می‌گرفت. بومیان آمریکایی از نفت خام استفاده دارویی می‌کردند. مهاجمان آمریکایی در حال حفاری برای نمکی که آن را یک مزاحم میدانستند و به عنوان نخاله جدا می‌کردند، نفت را کشف کردند.
یکی از جدیدترین منابع روغن خام به عنوان روان کننده از دورانی است که پنبه‌ی آسیاب شده در پیتسبورگ پینسیلویا در سال 1845 استفاده می‌شده است. ظاهرا مالک سعی کرده تا یک نمونه از روغن معدنی از نمک حفاری شده از رودخانه آلگنی به دست آورد. روغن‌های طبیعی مشتق شده از نفت خام شامل ترکیبی پیچیده از هیدروکربن‌های آلفاتیک و آروماتیک اشباح شده و نشده هستند.
مالک پنبه آسیاب شده پیتسبرگ مخلوط روغن طبیعی خود و روغن نهنگی که برای روان کاری دوک‌هایش استفاده می‌کرد. وی روغن ترکیب شده را بسیار راضی کننده تر از روغن خالص نهنگ دید و به مدت 10 سال از روان کننده جدید استفاده کرد، در حالی که به عنوان یک راز از رقیبان خود مخفی نگه داشت. پانزده سال بعد، هنگامی که سرهنگ ادوین دریک اولین چاه واقعی نفت را حفر کرد، روان کننده نفتی جایگزین مواد غیر طبیعی در صنعت شد.
روغن‌های نفتی همانند حیوانی و روغن گیاهی پیشین، مایع هستند. روغن‌های مایع بر روغن‌های جامد گونه (مثل گریس و چربی حیوان) یک برتری در آن جایی دارند که می توانند قطعه ها به وسیله‌ی نیروی هیدرولیک بین یکدیگر حرکت کنند. مهمترین ویژگی ماده‌ای که روغن‌های مایع دارند لزجت آنهاست، یا توانایی مقابله آنها در برابر جریان. روش‌های گوناگون پالایش نفت که محصول‌های فرعی روغن‌هایی با میزان لزجت متفاوت ساخته می‌شود.
از زمانی که ماشین‌های امروزی بسیار ساده شدند، روان کننده‌ها خیلی قانع کننده‌تر از روغن خام معمولی شدند که ضرورت نداشتند. بسیاری از مغازه‌های صنعتی یک بشکه روغن در کوشه‌ای نگه داری می‌کردند تا برای قوطی‌هایی که صرف پاشیدن روغن به ماشین‌ها می‌شود را مجدد پر کنند. برخی کارکنان در حین تزریق روغن به بیرینگ‌ها کثیف می‌شدند که از یک نوع روغن برای هر قطعه محرک استفاده می‌کردند، هدف اهمیتی نداشت.
توسعه ماشین‌های بزرگتری که در سرعت‌های بالاتر مورد استفاده قرار می‌گرفتند و با ویژگی‌های وسیع تر برای تولید انبوه به سمت تخصص در روانکاری مواد سوق داد. یک هدف کلی روغن که کارایی بالایی بروی یک ماشین ساده بود ناتوانی در ارضاء نیازمندی‌های جدید در سرعت‌ها و دماهای بالا بود. خرابی‌های کارکرد که می‌توانست به دنبال آن اصطحکاک ایجاد شود و فرسودگی بیشتر رخ دهد.
روان کننده‌های برتر، افزودنی‌های مخصوص و سیستم‌های توزیع خودکار پیشرفت‌های چشم گیری در علم روغن کاری داشته است. کاربرد‌هایی که در اتومبیل‌ها، هواپیما‌ها، توربوجت‌ها، لوکومتیو‌های دیزلی و ماشین آلات قدرتمند به سمتی پیش رفت که روغن‌ها را تخصصی کرد.
از دهه 50 میلادی روغن‌های مایع مصنوعی با ناپایداری پایین تر عملکرد بهتری در دمای بالا، و مقاومت بیشتری در برابر آتش در حرفه کشتیرانی، موشک‌ها و دیگر تسلیحات توسعه پیدا کردند. مواد خام برای این ماده‌های فاقد واکنش اسیدی و قلیایی آماده مصنوعی پلیمرهای رزینی پلاستیکی و حلال‌های ارگانیک هستند. رایج ترین روغن‌های مصنوعی استفاده شده در توربین‌های هواپیما استر اسیدی دیبازیک هستند که نقطه انجماد پایین و ویژگی‌های لزجتی و دمایی عالی دارن، لزجت خود را در دامنه دمایی گسترده‌ای حفظ می‌کنند.
پلیمرهای سیلیکنی هم ویژگی‌های لزجتی و دمایی والایی دارند و برای روغن کاری در دماهای بالا استفاده می‌شوند. در حالی که ترکیبات فلورینه و کلورینه خصوصیات لزجتی و دمایی خوبی ندارند، از حضور آنها می‌توان در ترکیبات واکنش پذیر استفاده کرد. سیلیکون‌های فلورینه با بهترین خصوصیات هیدروکربن‌های فلورینه و سیلیکون ها ترکیب می شوند. روغن‌های مصنوعی دیگر شامل گیلیکن‌های پلی تیلن و مشتقات آنها و همچنین استرهای فسفاتی هستند.
روغن‌های شبه مایع مدرن مانند گریس‌ها شامل عامل غلیظ کننده در یک روغن با پایه آلی یا مایع مصنوعی هستند. از چربی حیوانات و گیاهان، رزین‌ها، ژل‌ها، واکس‌ها، اسید‌های چرب، چربی‌های صابونی شده، اسید‌های نفتی می‌توان به عنوان عامل غلیظ کننده استفاده کرد. مرسوم ترین صابون‌های فلزی از کلسیم، باریم، سدیم یا لیتیم ساخته شده است. برای برخی کاربری‌ها گریس‌ها پایه‌ای ساخته شده از مایع مصنوعی دارن مثل مایع فلوئرکربن یا مایع سیلیکونی.
در زمان شرایط اجرا فشار و دما بسیار گسسته هستند، برای مایعات و شبه جامدات از روغن کاری جامدی مواد می‌توان بهره برد. در دستگاه‌های موشکی در واقع روغن در تماس با اکسید‌ها و سوخت‌های فعال هستند. متاسفانه روغن‌های جامد فاقد ویژگی‌های خوب چسبناکی هستند، نیازمند استفاده از مواد هم بست‌گر هستند تا روغن را به سطوح قطعات محرک بچسباند. رایج‌ترین روغن‌های جامد پودر شده گرافیت، تنکستن دی سولفید، مولیبدینیوم دی سولفید، اکسید روی و بارونیتیدوم هستند. این مواد می‌توانند عمل روغن‌کاری را در دماهای بالایی تا 650 درجه سیلیسوس حفظ کنند؛ با چنین ویژگی‌هایی آنها در بسیاری از عملیات داغ فلزکاری به کار برده می‌شوند.
شیمیدانان، فیزیک دانان، مهندسان، پالایش دهندگان نفت و متالوژی دانان جملگی تمام تخصص خود را به کارگرفته اند تا موادی را توسعه دهند که روغن‌کاری را بتوان در سخت‌ترین مشخصات موتور جت، فضا پیما و فرایند‌های مافوق سریع و همچنین کاربرد‌های جدیدی که هنوز در حال توسعه هستند چه در صنعت و چه در تحقیقات.
منبع: جورنال MRS Bulletin
نوشته شده توسط: کوین جی. اندرسون
ترجمه: گروه بازرگانی مرادی