Основные свойства смазочных масел

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Методические указания составлены на основе отечественных и зарубежных стандартов и опубликованных данных, которые обобщены, систематизированы и методически обработаны автором. Во втором издании отражены новые стандарты и публикации.

Назначение смазочных масел

Смазочные масла по назначению разделяются на моторные, турбинные, трансмиссионные, индустриальные и масла различного назначения – компрессорные, цилиндровые, холодильные и изоляционные.

Независимо от назначения смазочные масла выполняют следующие основные функции:

1) уменьшают трение между движущимися поверхностями;

2) снижают их износ и предотвращают заедание;

3) удаляют из зоны трения продукты изнашивания;

4) отводят тепло от трущихся поверхностей;

5) защищают поверхности деталей от коррозии;

6) уплотняют зазоры между сопряженными деталями;

7) демпфируют ударные нагрузки;

8) снижают вибрацию и шум.

 

 

Основные свойства смазочных масел

Совокупность свойств смазочного масла устанавливается в соответствии с его назначением. Качество смазочного масла в значительной степени обусловливается уровнем основных свойств. Ниже рассмотрены те свойства, которые являются основными для всех или для большинства группировок смазочных масел.

Вязкостные свойства

 

Вязкостные свойства характеризуют вязкость смазочных масел и зависимость вязкости от температуры и давления.

Вязкостью называют объемное свойство жидкого вещества оказывать сопротивление при течении. Большинство смазочных масел (кроме загущенных) относится к ньютоновским жидкостям. По закону Ньютона касательное напряжение пропорционально градиенту D скорости перемещения слоев жидкости при ламинарном течении

 

где D = – градиент скорости, равный производной от скорости V по толщине h слоя жидкости, с^-1;

– динамическая вязкость, Паּс.

Динамическую вязкость как меру внутреннего трения смазочных масел используют во всех расчетах гидродинамической смазки.

В условиях производства смазочных масел легче определить кинематическую вязкость , которую измеряют стеклянными капиллярными вискозиметрами по времени истечения определенного объема масла под действием силы тяжести. Динамическую вязкость вычисляют как произведение кинематической вязкости масла на его плотность при той же температуре

 

где подставляют в м²/с, – кг/м³.

Плотность смазочных масел определяют стеклянными ареометрами и пикнометрами.

Изменение вязкости смазочного масла с изменением температуры характеризует его вязкостно-температурные свойства.

Вязкость масла увеличивается при понижении температуры. В области положительных температур изменение вязкости смазочных масел в зависимости от температуры характеризуют индексом вязкости (ИВ). Безразмерную величину индекса вязкости определяют расчетом по стандартной шкале на основе кинематической вязкости масла при температурах 40 и 100ºС. График, поясняющий принцип расчета индекса вязкости смазочных масел по ГОСТу 25371-97, приведен на рис. 2.1. Расчет основан на сравнении пологости вязкостно-температурной кривой испытуемого масла с аналогичными кривыми двух эталонных масел, кинематическая вязкость которых при температуре 100 ºС такая же, как у испытуемого масла. Индексы вязкости эталонных масел с крутой и пологой кривой приняты соответственно за 0 и 100 единиц. Значения кинематической вязкости эталонных масел при температуре 40ºС приведены в таблицах. Индекс вязкости испытуемого масла вычисляется по значениям кинематической вязкости испытуемого и эталонных масел при температуре 40ºС. Масло с высоким индексом вязкости имеет пологую вязкостно-температурную кривую.

 

Рис. 2.1. Вязкостно-температурные кривые смазочных масел

 

 

В области отрицательных температур (от минус 60ºС) динамическую вязкость моторных и трансмиссионных масел определяют на ротационном вискозиметре как частное от деления напряжения сдвига на градиент D скорости

Для моторных автотракторных масел предусмотрено определение при отрицательных температурах двух показателей кажущейся (динамической) вязкости:

на минироторном вискозиметре (MRV) при малом градиенте скорости (D ≈ 10 с^-1) для того чтобы обеспечить прокачиваемость;

на имитаторе холодной прокрутки (ССS) при градиенте скорости D ≈ 105 с^-1 для оценки момента сопротивления вращению при пуске холодного двигателя.

При определенной температуре масло застывает и теряет подвижность. Для определения температуры застывания масло охлаждают в стандартной стеклянной пробирке, которую затем наклоняют на угол 45º на 1 мин и наблюдают мениск. За температуру застывания принимают наивысшую температуру, при которой мениск масла остается неподвижным относительно кольцевой метки на пробирке в течение 1 мин. При контроле масла убеждаются в том, что мениск смещается при температуре, которая на 2 ºС выше указанной температуры застывания масла.

Вязкость смазочных масел увеличивается с повышением давления. Динамическую вязкость при избыточном давлении p определяют приближенно по формуле

 

где – вязкость масла при атмосферном давлении; е – основание натуральных логарифмов; p – избыточное давление, МПа; - пьезокоэф-фициент вязкости, равный для нефтяных масел 0,015…0,04 МПа^-1.

 

Смазочная способность

 

Смазочная способность – свойство смазочного материала, не зависящее от его вязкости, снижать износ и силу трения. Масла с одинаковой вязкостью в условиях граничной смазки могут обладать разной смазочной способностью. Притом масла, имеющие более высокую смазочную способность, обеспечивают меньшее трение, износ и вероятность заедания трущихся деталей.

Смазочную способность масел оценивают на машинах трения. Наибольшее распространение получили четырехшариковые машины (ЧШМ). Узел трения ЧШМ представляет собой пирамиду из четырех стальных шариков, контактирующих друг с другом. Три нижних шарика закреплены неподвижно в чашке с испытуемым маслом. Верхний шарик закреплен в патроне. Он вращается с частотой 1460 мин^-1 относительно нижних шариков под заданной осевой нагрузкой.

На ЧШМ при температуре окружающей среды определяют следующие трибологические характеристики смазочных материалов:

1) противоизносные свойства – по диаметру пятна износа D_и;

2) несущую способность – по критической нагрузке Р_к;

3) предельную нагрузочную способность – по нагрузке сваривания Р_с;

4) противозадирные свойства – по индексу задира И_з.

Испытание на износ проводят в течение одного часа при заданной осевой нагрузке на верхний шарик, обычно Р = 392 Н. Диаметр пятна износа D_и определяют как среднее значение диаметра пятен износа нижних шариков в двух испытаниях.

Другие трибологические характеристики определяют в кратковременных испытаниях при ступенчатом увеличении осевой нагрузки, начиная с Р₁ = 196 Н. При каждой нагрузке испытания проводят в течение 10 с на новой пробе испытуемого масла и с новыми шариками; за результат принимают среднее значение диаметров пятен износа трех нижних шариков.

Несущую способность оценивают по критической нагрузке Р_к, выше которой происходит скачкообразное увеличение диаметра пятна износа на величину более 0,1 мм (рис. 2.2.).

Рис. 2.2. Зависимость от нагрузки на ЧШМ диаметра пятна:

d_г – упругой деформации по Герцу; d_и – износа

 

Нагрузкой сваривания Р_с считают наименьшую нагрузку, при которой происходит автоматическая остановка машины вследствие заедания или сваривания шариков.

Индекс задира определяют как среднее значение частных от деления осевой нагрузки Р_i на относительный износ d_иi/d_гi нижних шариков, вычисляя по формуле:

 

где n – число ступеней нагрузки Р_i от начальной Р₁ до Р_n, предшествующей нагрузке сваривания; d_гi – диаметр зоны упругой дефор-мации шариков по Герцу при нагрузке Р_i; d_иi – средний диаметр пятен износа нижних шариков при нагрузке, равной Р_i.

Чтобы повысить смазочную способность масел, в них вводят присадки. Массовую долю активных элементов противоизносных и противозадирных присадок определяют стандартными методами.

Содержание бария, кальция и цинка в маслах определяют комплексометрией. Метод заключается в разложении солей металлов, содержащихся в маслах с присадками, соляной кислотой и комплексоно-метрическом титровании.

Содержание фосфора в маслах определяют фотометрическим методом. Испытуемое масло сжигают в калориметрическое бомбе в среде кислорода в присутствии воды с образованием ортофосфорной кислоты Н₃РО₄. Массовую долю фосфора определяют замером оптической плотности раствора кислоты на спектрометре или фотоэлектроколориметре с фильтром, используя градуировочный график ''содержание фосфора – оптическая плотность''.

Содержание серы в маслах определяют гравиметрическим (весовым) способом. Для чего исходную массу масла сжигают в калориметрической бомбе в среде кислорода. После охлаждения бомбу промывают дистиллированной водой. Промывные воды обрабатывают соляной кислотой НСl и водным раствором хлорида бария ВаСl₂. Образовавшийся осадок сульфата бария ВаSO₄ отфильтровывают, просушивают, прокаливают и взвешивают. По массе масла и сульфата бария вычисляют массовую долю серы в масле.

 

Прокачиваемость

 

Прокачиваемость характеризует перемещение смазочных масел сквозь трубопроводы, фильтры, сепараторы, отверстия и зазоры.

Наряду с вязкостными свойствами важными показателями прокачиваемости смазочных масел являются их чистота, цвет и вспениваемость.

В смазочных маслах не должно быть воды и механических примесей. Контроль за выполнением этих требований осуществляется стандартными методами.

Массовую долю воды в масле определяют на аппарате Дина и Старка. Для этого 100 г испытуемого масла смешивают с нерастворимым в воде нефтяным растворителем, температура начала кипения которого выше 100 ºС. Затем смесь нагревают в дистиллятной колбе до кипения. После того, как в приемнике-ловушке объем конденсированной воды перестанет увеличиваться, прекращают нагревание и определяют объем воды. Объем воды 0,03 см³ и меньше считается как следы. Если в нижней части приемника-ловушки не видно капель воды, то принимается, что она в масле отсутствует.

Для определения массовой доли механических примесей пробу масла растворяют в бензине или толуоле и фильтруют через бумажный фильтр; осадок на фильтре промывают растворителем, высушивают и взвешивают.

Чистоту моторных масел характеризуют специальным показателем. Для его определения испытуемое масло растворяют в бензине-растворителе и фильтруют через мембранные фильтры с диаметром пор 0,8…0,9 мкм. Фильтры сменяют через каждые 5 мин фильтрования. Затем фильтры с осадком высушивают и взвешивают. Степень чистоты масла оценивают по массе осадка в миллиграммах на 100 г масла.

Цвет смазочных масел определяют на колориметре ЦНТ, сравнимая визуально цвет масла или его раствора с цветными стеклянными светофильтрами. Цвет выражают в единицах ЦНТ, соответствующих номеру светофильтра от 0,5 до 8,0. Если цвет масла больше 8,0 единиц ЦНТ, то масло разбавляют растворителем в соотношении 15:85. Цвет нефтяного масла без присадок является показателем степени его очистки и месторождения нефти.

Вспениваемость характеризует свойство смазочных масел образовывать пену. Пена представляет собой дисперсию воздуха в масле. Она состоит из пузырьков воздуха, окруженных тонкой пленкой масла. Стабильность пены чистых минеральных масел зависит от их вязкости, поверхностного натяжения и температуры. Маловязкие масла образуют пену, состоящую из крупных пузырьков воздуха, которые быстро исчезают. В высоковязких маслах образуются мелкие пузырьки, которые создают стабильные пены. Чем выше поверхностное натяжение, тем меньше пенообразование. С повышением температуры стабильность пены снижается.

Склонность к пенообразованию оценивают по объему пены, которая образуется при продувании воздуха через масло. Вспениваемость смазочного масла определяют при температуре 24 ºС. Затем опыт проводят с новой порцией масла при 94 ºС и после отстаивания пены повторяют при 24 ºС.

 

Коррозионные свойства

Коррозионные свойства характеризуют склонность смазочных масел оказывать корродирующее действие на металлы.

Коррозионное разрушение металлов могут вызвать органические кислоты, активные сернистые соединения, а также минеральные кислоты и щелочи, оставшиеся в масле в процессе производства. Особенно склонны к коррозии цветные металлы и сплавы.

Наличие водорастворимых кислот и щелочей в смазочных маслах не допускается вследствие их высокой коррозионности. При контроле их извлекают из масла водой и определяют водородный показатель водной вытяжки. Значение рН = 6…8 принимается за отсутствие в масле водорастворимых кислот и щелочей.

Присутствие в масле органических кислот характеризуется кислотным числом, которое определяют титрованием масла раствором гидроксида калия. Кислотное число выражают массой КОН в миллиграммах, которая требуется для нейтрализации кислот в 1 г масла. Способность масла нейтрилизовать кислоты оценивается щелочным числом, которое нормируют в мг КОН на 1 г масла.

Содержание серы в смазочных маслах не является прямым признаком их коррозионности, так как сера входит в состав присадок. Хотя активные сернистые соединения и могут вызвать коррозию деталей из меди и ее сплавов, но это считается одним из видов управляемой коррозии, которую компенсирует повышенная смазочная способность масел.

Коррозионное воздействие смазочных масел на металлы определяют на металлических пластинах, которые выдерживают в испытуемом масле при повышенной температуре в течение установленного времени. После испытания поверхности пластин из стали, меди и медных сплавов сравнивают с эталонами коррозии, а у свинцовых пластин определяют потерю массы, выраженную в г/м².

Моторные масла испытывают на двигателе ЯАЗ-204 в течение 125 ч. Коррозионную активность масел оценивают по потере массы комплекта шатунных вкладышей и состоянию их рабочих поверхностей.

 

Консервационные свойства

 

Консервационные свойства характеризуют способность смазочных масел предохранять поверхности металлов от коррозионных агентов.

Стандартами установлено несколько методов ускоренных испытаний защитной способности смазочных масел, охватывающих различные условия. Испытания масел проводят как на металлических пластинах, так и на круглых стержнях. Полированные пластины из стали, меди и алюминия с нанесенным на них слоем масла подвергают испытаниям:

в климатических камерах при повышенной влажности и температуре воздуха с периодической конденсацией влаги путем охлаждения камеры;

при постоянном погружении в электролит;

при воздействии бромводородной кислоты НВr.

Стальные стержни погружают на 24 часа в смесь испытуемого масла и дистиллированной воды, которая непрерывно перемешивается при температуре 60 ºС.

Защитную способность смазочных масел оценивают по площади коррозионного разрушения или по изменению цвета и блеска поверхности образцов за определенное время испытаний, либо по времени появления первого коррозионного очага.

Смазочные масла по способности защищать металлические поверхности от коррозии условно разделяют на четыре группы:

1) рабочие масла, предназначенные для постоянной эксплуатации техники;

2) рабоче-консервационные масла, предназначенные для хранения изделий с их периодической эксплуатацией;

3) консервационно-рабочие масла, предназначенные для консервации изделий и пригодные для одноразового использования при введении в эксплуатацию (до первой смены масла);

4) консервационные масла, предназначенные для консервации изделий на время хранения и не пригодные для их эксплуатации.

 

2.6. Склонность к образованию отложений

 

Это свойство характеризует способность смазочных масел образовывать жидкие и твердые отложения. Отложения подразделяются на низкотемпературные (осадки), среднетемпературные (лаки) и высокотемпературные (нагары). Склонность смазочных масел к образованию отложений определяют лабораторными и моторными методами.

Осадки представляют собой липкие мазеобразные вещества, в состав которых входят продукты окисления смазочных масел. Процесс окисления смазочных масел при эксплуатации ускоряется в условиях повышенных температур и каталитического действия металлических поверхностей и продуктов их изнашивания.

Стабильность смазочных масел против окисления можно определить несколькими стандартными методами в различных аппаратах. Метод испытаний выбирают в соответствии с условиями эксплуатации масла. Испытуемое масло окисляют воздухом или кислородом в присутствии катализатора или без него при заданной температуре (от 70 до 180 ºС) и в указанный промежуток времени. Стабильность смазочных масел против оксиления оценивают по повышению вязкости, по увеличению кислотного числа или числа омыления, по массовой доле нерастворимого осадка (шлама) или коксового остатка и по другим показателям.

Число омыления выражается массой КОН в миллиграммах, необходимой для нейтрализации содержащихся в 1 г масла свободных жирных кислот и омыления их сложных эфиров.

Коксовый остаток получают в приборе Конрадсона после удаления из масла летучих компонентов и прокаливания в отсутствие воздуха. Массовая доля кокса, полученная из пробы масла, называется коксуемостью.

Моторные масла испытывают на установке ИКМ с одноцилиндровым бензиновым двигателем воздушного охлаждения в течение 40 ч. Антиокислительные свойства оценивают по изменению вязкости масла за время испытания.

Стабильность моторных масел по индукционному периоду осадкообразования (ИПО) определяют в приборе ДК-НАМИ, где масло в колбах окисляется при температуре 200 ºС. Максимальное время окисления, в течение которого массовая доля осадка, образующегося в окисленном масле, не превышает 0,5%, принимают за индукционный период осадкообразования.

Склонность моторных масел к образованию низкотемпературных отложений определяют на одноцилиндровой бензиновой установке НАМИ-1М. После испытания масла в течение 120 ч оценивают массу отложений при низких температурах в роторе центрифуги.

Лаковые отложения представляют собой твердую нерастворимую пленку лака, которая прочно удерживается на поверхностях деталей. Склонность смазочных масел к образованию лаковых отложений определяют в аппарате Папок. Тарелочки с тонким слоем испытуемого масла выдерживают при температуре 250 ºС и вынимают по одной через установленные интервалы времени. После испарения летучих веществ остаток масла в каждой тарелочке состоит из лака и рабочей фракции, которую извлекают (экстрагируют) с помощью растворителя. По результатам взвешивания остатка и лака строят график зависимости массовой доли лака в остатке от времени окисления масла. Термоокислительную стабильность смазочного масла выражают временем, в течение которого масло при температуре 250ºС превращается в остаток, состоящий из 50% лака и 50% растворимой рабочей фракции.

Нагар представляет собой твердый нарост, который откладывается на деталях камеры сгорания двигателей. В состав нагара входят продукты термического разложения смазочных масел.

Моторные масла испытывают на одноцилиндровой бензиновой установке НАМИ-1М в течение 120 ч. Оценку склонности испытуемого масла к образованию отложений при высоких температурах проводят по суммарной загрязненности поршня отложениями нагара и лака с учетом степени подвижности компрессионных колец.

В отложениях могут содержаться твердые частицы, вызывающие абразивное изнашивание поверхностей деталей. Твердые частицы образуются при разложении присадок, в состав которых входят металлы. Склонность смазочных масел к образованию абразивных частиц оценивают по массовой доле золы, остающейся после полного сгорания масла. Зольность масел определяют стандартными методами.

ГОСТ 12417-94 устанавливает метод определения сульфатной золы в смазочных маслах с присадками. Исходную массу масла сжигают. Остаток после обугливания масла обрабатывают серной кислотой, прокаливают при температуре 775 ºС до постоянной массы и взвешивают.

В смазочных маслах без зольных присадок, в которых золообразующие компоненты нежелательны, содержание золы определяют по ГОСТу 28583-90. Испытуемое масло сжигают; остаток прокаливают при температуре 775 ºС до полного озоления и взвешивают.

 

Детергентность

Детергентность определяет способность смазочных масел диспергировать и удерживать во взвешенном состоянии частицы отложений.

Отложения на поверхностях деталей образуются из продуктов окисления масла, разложения присадок, изнашивания трущихся поверхностей и загрязнений. Детергентность смазочных масел оценивают различными методами, из которых самыми распространенными являются методы определения моющего потенциала и моющих свойств масел.

Моющий потенциал служит оценкой способности моющей присадки обеспечить высокую дисперсность частиц по объему масла. Чтобы определить моющий потенциал, составляют смеси испытуемого масла с разной массовой долей эталонного загрязнителя. Смеси окисляют при температуре 250 ºС, охлаждают и фильтруют. За показатель моющего потенциала принимают максимальную долю эталонного загрязнителя в испытуемом масле, при которой время фильтрования и степень загрязнения фильтра не превышают установленных норм.

Моющие свойства моторных масел определяют на установках УИМ-6-Нати и ИМ-1 с одноцилиндровыми дизельными двигателями. После испытания на исследуемом масле в течение заданного времени установку разбирают и определяют моющие свойства масла по сумме загрязненности порщня нагаро- и лакоотложениями и по подвижности поршневых колец.

 

 

Совместимость

 

Различают функциональную и конструкционную совместимость смазочных масел.

Функциональная совместимость определяет способность двух или нескольких смазочных масел смешиваться между собой без ухудшения их эксплуатационных свойств и стабильности при хранении. Другими словами, масла считаются совместимыми, если их смесь физически стабильна, и качество ее не уступает качеству ''худшего'' из смешиваемых масел.

Конструкционная совместимость характеризует воздействие смазочного масла на конструкционные материалы. Совместимость масла с неметаллическими материалами (пластмассами, эластомерами и др.) означает, что при контакте с маслом детали из этих материалов сохраняют работоспособность.

ГОСТ 9.030-74 устанавливает методы испытаний резин и резиновых изделий на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред. При испытании образцы выдерживают в смазочном масле при заданной температуре в течение определенного времени. Стойкость резин и резиновых изделий к воздействию смазочных масел оценивают по одному или нескольким показателям:

1) изменению массы, объема и размеров образца;

2) массе веществ, экстрагированных (извлеченных) маслом из образца;

3) изменению физико-механических свойств образца: условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, условного напряжения при заданном удлинении, твердости по Шору А, сопротивления раздиру и т.п.

 

 

Испаряемость

 

Испаряемость характеризует способность смазочных масел переходить из жидкого в парообразное состояние.

Показателями испаряемости смазочных масел являются фракционный состав и потери на испарение. Фракционный состав смазочных масел можно определить вакуумной перегонкой. Метод довольно трудоемкий и потому редко применяется.

Потери от испарения смазочных масел определяют в динамических условиях путем пропускания воздуха через испытуемое масло. Скорость пропускания воздуха, давление, температура и продолжительность испытаний должны быть указаны. Потери от испарения испытуемого масла выражают в процентах по массе.

 

Воспламеняемость

 

Воспламеняемость характеризует пожаро- и взрывоопасность смеси паров смазочного масла с воздухом.

Показателем пожаровзрывоопасности смазочных масел служит температура вспышки. При ее определении испытуемое масло нагревают в открытом тигле со скорость 5…6 ºС в минуту. Через каждые 2 ºС повышения температуры масла зажигают его пары и фиксируют появление первого синего пламени над поверхностью. За температуру вспышки в открытом тигле принимают наименьшую температуру масла, при которой происходит кратковременное воспламенение его паров в воздухе от пламени.

 

 

Базовые масла

 

По происхождению базовые масла делятся на минеральные (нефтяные) и синтетические.

Нефтяные базовые масла получают из мазута – остатка после атмосферной перегонки нефти. При этом применяются следующие основные промышленные процессы:

1) вакуумная перегонка мазута для получения фракций с заданной вязкостью и температурой вспышки;

2) деасфальтизация – удаление асфальто-смолистых веществ из высоковязкого остатка после вакуумной перегонки мазута;

3) очистка вакуумных дистиллятов и остатка от нежелательных примесей для улучшения стойкости к окислению и вязкостно-температурных свойств, при этом используются три различных процесса:

а) кислотная очистка и отделение остатка сернокислотной очистки;

б) селективная (избирательная) очистка;

в) каталитическое гидрирование (гидроочистка);

4) депарафинизация – снижение содержания высокоплавких парафинов в вакуумных дистиллятах для улучшения низкотемпературных свойств;

5) каталитический гидрокрекинг вакуумных дистиллятов для получения углеводородных масел с высоким индексом вязкости, называемых гидрокрекинговыми маслами.

Современные проблемы смазки не могут быть решены только с помощью нефтяных масел. Синтетические базовые масла отличаются от нефтяных базовых масел лучшими вязкостно-температурными свойствами, низкой испаряемостью, высокой стойкостью к окислению, термоокислительной стабильностью, детергентностью и т.п.

Синтетические базовые масла получают из сравнительно однородного химического сырья в контролируемых условиях. Они относятся к различным классам органических соединений. В табл. 3.1. представлены соединения, которые находят наибольшее применение.

Таблица 3.1

Синтетические базовые масла

 

Тип соединений	Основные продукты
Синтетические углеводороды
Алкилароматические Олигомеры олефинов (алкенов) Полибутены	Алкилбензолы Поли- -олефины Полиизобутилены
Органические эфиры
Эфиры двухосновных кислот Эфиры многоатомных спиртов   Полиэфиры Полигликолевые эфиры	Адипинаты, азелаинаты Простраственно-затрудненнные эфиры – Полиалкиленгликоль
Гетероорганические соединения
Галогензамещенные углеводороды Сложные эфиры фосфорной кислоты Эфиры кремниевой кислоты Силиконы	– Изопропилфенилфосфаты – Метил- и диметилфенилсилоксаны

 

При смешивании нефтяных и синтетических базовых масел получаются частично синтетические масла, которые иногда называются полусинтетическими (Semisynthetic).

Присадки к смазочным маслам

 

Присадка – вещество, добавляемое к смазочному материалу для придания ему новых свойств или усиления существующих свойств.

Все присадки должны хорошо растворяться в базовых маслах и не должны образовывать осадка. В качестве присадок используют органические соединения с разными функциональными группами. Присадки делятся на беззольные, не содержащие в своем составе металл, и зольные, в состав которых входит металл. По основному функциональному действию известны присадки следующих типов.

1. Присадки, улучшающие индекс вязкости, понижают изменение вязкости относительно температуры и увеличивают в связи с этим индекс вязкости масел. Они обычно представляют собой полимеры.

Все присадки, улучшающие индекс вязкости, вызывают загущение базовых масел. Причем загущающая способность присадок при высоких температурах больше, чем при низких температурах. Поэтому загущенное масло имеет более пологую вязкостно-температурную кривую по сравнению с базовым маслом (рис. 3.1.). Кроме того, загущенное масло не является ньютоновской жидкостью: при увеличении градиента скорости уменьшается вязкость масла.

Рис. 3.1. Вязкостно-температурные кривые:

1 – базового масла; 2 – загущенного масла

 

2. Депрессорные присадки понижают температуру застывания жидких смазочных материалов.

Высокоплавкие парафины, содержащиеся в смазочном масле, при низкой температуре кристаллизируются в виде игл и пластин с образованием пространственной решетки, что приводит к потере подвижности масла. Температуру застывания можно понизить глубокой депарафинизацией базовых масел. Поскольку затраты при этом возрастают пропорционально снижению температуры застывания и из масел удаляются ценные компоненты, базовые масла обычно депарафинизируют лишь частично. Дальнейшее понижение температуры застывания достигается введением депрессорных присадок. Они снижают температуру застывания смазочных масел на 10…25 ºС.

Депрессорные присадки оказывают на процесс кристаллизации парафинов объемное и поверхностное действие. В присутствии присадок объемного действия вместо игольчатых и пластинчатых кристаллов образуются сферические кристаллы, которые в меньшей степени препятствуют подвижности масла. Присадки поверхностного действия адсорбируются на кристаллах парафина, препятствуя их сближению и коагуляции – объединению в более крупные кристаллы.

3. Антифрикционные, противоизносные и противозадирные присадки повышают смазочную способность масел. Их действие связано с адсорбцией на металле и с химической активизацией по отношению к материалам пары трения по мере повышения температуры.

Антифрикционные присадки снижают трение между сопряженными поверхностями. Действие антифрикционных присадок основано на физической адсорбции, а при повышении температуры масла – на химической адсорбции. При хемосорбции происходит насыщение свободных связей поверхностных атомов металла без нарушения их связей с кристаллической решеткой. Некоторые присадки образуют на поверхностях металла пленку мыл, которая стабилизирует трение между сопряженными поверхностями.

Противоизностные присадки препятствуют изнашиванию и уменьшают скорость или интенсивность изнашивания трущихся поверхностей. По мере повышения температуры масла в объеме действие противоизностных присадок проходит следующие стадии: физическую адсорбцию, хемосорбцию и химическое воздействие на металлы. В отличие от хемосорбции при химической реакции поверхностные атомы металла покидают безвозвратно кристаллическую решетку, образуя новую структуру поверхностной пленки.

Противозадирные присадки препятствуют, ограничивают или задерживают заедание трущихся поверхностей. В их составе содержатся соединения активных элементов S, P, Cl, Са, Ва, Zn и др. Эффективное действие противозадирных присадок основано на явлении контролируемой коррозии. В диапазоне рабочей температуры масла в объеме противозадирные присадки не реагируют с металлами и не вызывают коррозию. Однако в условиях высоких нагрузок и температур в контакте трущихся поверхностей присадки разлаются, активные элементы вступают в реакцию и образуют прочные пленки на поверхности металла. Пленки предотвращают прямой контакт между металлами, обеспечивая высокую нагрузочную способность смазочного масла.

4. Антиокислительные присадки препятствуют окислению смазочных материалов или ограничивают время их окисления.

Углеводороды окисляются кислородом воздуха в условиях каталитического действия металлических поверхностей и продуктов их изнашивания. Реакция окисления протекает по цепному механизму с разветвлением. Промежуточными продуктами цепной реакции являются активные радикалы и гидропероксиды.

По механизму действия антиокислительные присадки подразделяют на ингибиторы окисления (антиоксиданты) и на дезактиваторы и пассиваторы металлов. Ингибиторы окисления воздействуют на промежуточные продукты цепной реакции. Они обрывают окислительные цепи, разлагая пероксиды и связывая свободные радикалы. Дезактиваторы связывают ионы металлов в комплексы, нейтрализуя их каталитическое действие на окисление масла. Пассиваторы образуют на поверхностях металлов хемосорбционные пленки, которые подавляют каталитическую активность металлов.

5. Антикоррозионные присадки препятствуют коррозии смазываемых металлических поверхностей или ограничивают время коррозии.

Они образуют на металле защитные пленки, которые препятствуют непосредственному корродирующему действию смазочных масел на металл. Кроме того, многие антикоррозионные присадки одновременно являются дезактиваторами и пассиваторами металлов; они эффективны особенно против коррозии, вызываемой активными элементами противоизносных и противозадирных присадок.

Ввиду того, что повышение коррозионности масел является в основном следствием их окисления, разграничить четко антиокислительные и антикоррозионные присадки невозможно. Многие антиокислительные присадки выполняют в то же время функции антикоррозионных присадок.

6. Ингибиторы коррозии – присадки, препятствующие, ограничивающие или задерживающие время образования ржавчины на поверхностях деталей из сплавов на основе железа.

Для улучшения защитных свойств смазочных масел от электрохимической коррозии металлов во время хранения и перерывов в работе техники к ним добавляют МИК – маслорастворимые ингибиторы коррозии. МИК подразделяются на соединения экранирующего, анодного и катодного действия. Ингибиторы коррозии экранирующего действия адсорбируются на металлических поверхностях. Они характеризуются хорошими водовытесняющими свойствами и сохраняют защитные свойства при температуре до 80 ºС.