Эксплуатационные свойства масел и методы их оценки. Классификация и марки моторных масел.

Билет 56

К числу важнейших свойств относят смазочные, вязкост­ные, противокоррозионные, антиокислительные, моющие, противопенные.

Смазочные свойства относят к наиболее общим понятиям, объе­диняющим несколько свойств масел, которые влияют на процесс тре­ния и изнашивания контактируемых поверхностей в машинах и меха­низмах. Основными из этих свойств, составляющих смазочное дейст­вие масел, являются противоизносные, противозадирные и антифрик­ционные свойства. Антифрикционные, противоизносные и противозадирные при­садки призваны снижать соответственно трение, износ и задир тру­щихся поверхностей. Их действие обусловлено двумя факторами: ад­сорбцией присадок на металле и химической активностью молекул присадки по отношению к материалам пары трения. Эффективность действия присадки определяется ее химическим строением и составом, а также условиями трения. Действие антифрикционных присадок связано в основном с их адсорбцией на металле, в то время, как действие противозадирных - с возможностью образования химически модифицированных слоев на поверхности трения. Эта способность проявляется преимущественно при высоких удельных нагрузках в момент значительного генерирова­ния тепла в зоне трения. Самым распространенным методом оценки смазочных свойств масел является испытание на четырехшариковой машине трения (ЧШМ). Наилучшим по уровню смазочных свойств считается образец, имеющий большее значение критической нагрузки заедания, нагрузки сваривания и меньшее значение диаметра пятна износа.

Вязкостные свойства. Под вязкостными свойствами понимают такие свойства смазочных масел, которые характеризуют их вязкость в заданных условиях работы и зависимость вязкости от температуры, давления и приложенного напряжения сдвига. С уменьшением вязкости масла при прочих равных условиях, с одной стороны, облегчается работа машины или механизма при низ­ких температурах, снижаются потери мощности на трение и сокраща­ется расход топлива. С другой стороны, снижение вязкости способствует износу трущихся пар и повышает вероятность вытекания масла через уплотнительные материалы, что может привести к «масляному голоданию» узла трения и выходу его из строя. Вязкостью называют свойство жидкости оказывать сопротивле­ние взаимному перемещению ее слоев под действием внешней силы. Это сопротивление возникает вследствие сил когезии между молеку­лами жидкости. По характеру изменения вязкости различают несколько типов масел, которые подразделяют на ньютоновские и неньютоновские жидкости. К ньютоновским жидкостям относят те масла, вязкость ко­торых не зависит от приложенного напряжения. Неньютоновскими жидкостями считают такие масла, вязкость которых зависит от при­ложенного напряжения. Как правило, с увеличением приложенного напряжения вязкость масел снижается, а после его снятия восстанав­ливается практически до начального значения (эффект временной по­тери вязкости). Вязкостно-температурные свойства масел могут характеризо­ваться также безразмерной величиной - индексом вязкости (ИВ). Ин­декс вязкости - это относительная величина, показывающая степень изменения вязкости в зависимости от температуры, т.е. пологость вяз­костно-температурной кривой. Вязкость смазочных масел оценивают различными способами. Динамическую вязкость η опреде­ляют в основном в ротационных вискозиметрах, а кинематическую вязкость ν - в капиллярных.

Противокоррозионные и за­щитные свойства смазочных масел относятся к числу очень важных эксплуатационных характеристик и в последнее время им уделяется большое внимание. Под противо­коррозионными свойствами в химмотологии понимают способ­ность масла в процессе работы не оказывать коррозионного воздействия на различные узлы и детали машин и механизмов, выполненных преимущественно из цветных металлов и сплавов. Высокая коррозионная агрессивность масла проявляется вслед­ствие накопления в процессе его окисления большого количества про­дуктов кислотного характера, а также в результате высокой химической активности самого масла, обусловленной наличием функцио­нальных, преимущественно противоизносных присадок (химическая коррозия). Снижение коррозионной агрессивности смазочной среды достигается за счет повышения антиокислительных свойств масла, уменьшением содержания противоизносных присадок и добавления к маслу специальных соединений - противокоррозионных добавок. Для повышения защитных свойств масел в них вводят ингибито­ры коррозии, или защитные присадки. В качестве ингибиторов корро­зии используют различные химические соединения со свободными карбоксильными и гидроксильными группами, соли аминов, карбоно-вые кислоты и др. По предложенной в настоящее время общей классификации ин­гибиторы, являющиеся представителями поверхностно-активных ве­ществ, делят на водорастворимые, водомаслорастворимые и масло-раствопимые. Наибольшее применение в маслах получила последняя группа ингибиторов, поскольку они обладают наивысшей полярно­стью и поверхностной активностью в малополярных углеводородных средах. Маслорастворимые ингибиторы коррозии в свою очередь под­разделяют на соединения анодного действия - доноры электронов, со­единения катодного действия - акцепторы электронов и соединения экранирующего действия.

Ингибиторы коррозии анодного действия адсорбируются и об­разуют поверхностные хемосорбционные пленки в основном на поло­жительно заряженных электроноакцепторных (анодных) участках ме­талла. Ингибиторы коррозии катодного действия обладают предпоч­тительной адсорбцией на отрицательно заряженных (катодных) участ­ках металлической поверхности. Экранирующее действие определяет­ся физической адсорбцией молекул ингибитора на поверхности метал­ла.

Оценивают эффективность защитного действия от атмосферной коррозии, как правило, по результатам выдерживания металлических пластин с нанесенным на них тонким слоем масла в специальных кли­матических камерах, моделирующих различную атмосферу и влаж­ность.

Антиокислительные свойства. При эксплуатации машин и меха­низмов смазочные масла, под действием высоких температур и ката­литического воздействия металла, подвергаются различного рода окислительным превращениям. Окисление масла - процесс нежела­тельный, поскольку приводит к значительным изменениям его исход­ных свойств. При окислении заметно ухудшается вязкостно-температурная характеристика масла, в основном за счет снижения его подвижности при отрицательных температурах. При этом масло мо­жет полностью потерять подвижность даже при положительных тем­пературах. Последнее затрудняет поступление масла к смазываемым Деталям и существенно повышает их износ. Для снижения склонности масел к окислению, в них вводят анти­окислительные присадки. Антиокислители, используемые в маслах, можно условно разделить на три группы (по классификации К. И. Иванова):

• антиокислители А,Н, не влияющие на разложение гидроперокси-дов, но взаимодействующие со свободными радикалами — R и — OOR;

• антиокислители А₂Н, активно способствующие разложению гидропероксидов и взаимодействующие с пероксидными радика­лами — OOR;

• антиокислители А₃Н, умеренно способствующие разложению гидропероксидов и взаимодействующие с радикалами — R и — OOR;

Наиболее распространенны методы оценки стабильности против окисления с продувкой масла кислородом или воздухом в присутствии катализатора (медь, железо и т.п.). В зависимости от назначения масла меняются температура, продолжительность окисления и катализатор.

Моющие свойства. В процессе работы, преимущественно двига­телей внутреннего сгорания, происходит загрязнение их узлов и дета­лей различного рода отложениями. Склонность к образованию отло­жений при прочих равных условиях определяется интенсивностью окисления масла, а также его способностью препятствовать отложе­нию продуктов глубокого окисления на нагретой металлической по­верхности. Последнее носит название моющего действия масел. С одной стороны, для улучшения моющих свойств повышают антиокислительную способность масел. С другой, для уменьшения или предупреждения образования углеродистых отложений в моторные масла вводят специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ), называемые моющедиспергирующими присадками. К их числу отно­сятся сульфонаты, феноляты, салицилаты металлов (преимущественно бария, кальция и магния), а также беззольные соединения (сукцинимиды, различного рода сополимерные продукты и пр.)

Моющедиспергирующие присадки адсорбируются на металличе­ской поверхности, формируя на ней двойной электрический слой. Этот слой обладает экранирующим действием и препятствует образованию отложений. Участие молекул моющедиспергирующих присадок в по­верхностных процессах, результатом которых является снижение склонности к образованию отложений, принято условно называть собственно моющим действием. Кроме того, моющедиспергирующие присадки солюбилизируют, диспергируют и в итоге стабилизируют углеродистые частицы в объе­ме масла, препятствуя их отложению на границе раздела фаз. Эффек­тивность стабилизирующего действия присадок зависит от их способ­ности образовывать мицеллярные растворы.

Для оценки моющих свойств масел, используют различные мето­ды. Из них самыми распространенными в отечественной практике яв­ляются методы определения моющего потенциала и моющих свойств на установке ПЗВ.

Противопенные свойства. Присутствие воздуха в масляной сис­теме вызывает пенообразование масла. Воздух может попадать вслед­ствие непрерывного взбалтывания и разбрызгивания масла, при его циркуляции по маслопроводам. Воздух может находиться в масле в растворенном виде (7... 10 % об.), или в виде воздушно-масляной эмульсии (50...60 % об. и более), или в виде пены. В результате ценооб­разования нарушается надежность подачи масла к поверхностям тре­ния, интенсифицируется окисление масла, происходит выброс масла из масляной системы и т. д. Пенообразование, при прочих равных условиях, зависит от тем­пературы, вязкости смазочного материала и его поверхностного натя­жения. Чем выше поверхностное натяжение, тем пенообразованиеменьше. С повышением температуры масла пенообразование снижает­ся, а с увеличением вязкости масла, наоборот, повышается. Глубина очистки масел также способствует уменьшению пенообразования. Одним из наиболее эффективных путей снижения пенообразова­ния в системе является введение в масло специальных противопенных -полисилоксанов.