Свойства и качественные характеристики смазочных материалов
Важнейшими свойствами и качественными характеристиками смазочных масел являются вязкость и ее зависимость от температуры, маслянистость, температура застывания, химическая стойкость, коксуемость, температура вспышки, зольность, наличие механических примесей, воды, кислых и щелочных, сернистых соединений.
Для характеристики смазочных масел пользуются единицами кинематической и динамической вязкости, определяемой при температуре +100, +50, —15, —20, —35°C и др.
Для масел, работающих в широком диапазоне температур, большое значение имеет зависимость вязкости от температуры (вязкостно-температурная характеристика). Это значит, что такие масла должны обладать вязкостью, меньше изменяющейся в определенном интервале температур.
Числовая характеристика зависимости вязкости от температуры выражается индексом вязкости или температурно-вязкостным коэффициентом:
или
где В50, В100, в0 — вязкость исследуемого масла соответственно при температуре 50, 100, 0°C.
Маслянистость (липкость, или смазывающая способность) — способность масел прилипать к твердой поверхности с образованием на ней тонкой прочной маслянистой пленки, именуемой граничным слоем. Эта характеристика наиболее важна в тех случаях, когда масло работает при больших нагрузках и малых скоростях.
Температура застывания — это такая температура, при которой испытуемое масло в условиях опыта загустевает настолько, что при наклоне пробирки, в которой оно находится, под углом 45° уровень масла остается неподвижным в течение 1 мин. Эта характеристика является важнейшим показателем, учитываемым при транспортировании, хранении и заправке систем смазочными маслами.
При работе в узлах трения масло в результате воздействия высоких температур (начиная с 50—60°C) и кислорода воздуха окисляется. В результате этого появляются продукты окисления, изменяется состав и ухудшается качество масел. Поэтому важной их характеристикой является химическая стойкость, или стабильность (термоокислительная стабильность).
Смазочные масла, как правило, работают в условиях повышенных температур, что сопровождается образованием кокса, золы. Это может привести к их возгоранию.
Поэтому в стандартах отражаются такие Их характеристики, как коксуемость, температура вспышки и зольность.
Коксуемость — это способность масел образовывать кокс при воздействии высоких температур и давлении без доступа воздуха. Для авиационных масел допустимая коксуемость — 0,3—0,7 %, для дизельных — 0,4—0,8 %.
Температура вспышки — это такая температура, при которой пары смазочных масел, образуя с воздухом горючую смесь, вспыхивают при поднесении к ним пламени. Температура вспышки предопределяет как условия хранения, так и применение смазочных материалов. Для трансмиссионных масел она равна 128—180°C, для цилиндровых масел — 210—310°C.
Повышенная зольность масел вызывает разрушение трущихся деталей, поэтому содержание золы строго нормируется. В зависимости от назначения масла оно не должно превышать 0,005—0,2 %.
При оценке качества смазочных масел строго нормируются и такие показатели, как наличие механических примесей, влаги, кислых, щелочных и сернистых соединений,
Механические примеси (песок, глина, металлическая пыль) в смазочных маслах вызывают быстрое разрушение трущихся деталей. В смазочных маслах высокого качества наличие механических примесей не допускается.
Влага, кислые, щелочные и сернистые соединения вызывают коррозию металлических деталей, поэтому их содержание строго регламентируется стандартами. Наличие кислых и щелочных соединений характеризуется кислотным числом, показывающим количество едкого кали, требующегося для нейтрализации кислых соединений в 1 г смазочного масла. В зависимости от назначения масла кислотное число может иметь значение от 0,04 до 4.
Для улучшения эксплуатационных свойств смазочных масел к ним добавляют присадки. По назначению они подразделяются на следующие группы:
§ улучшающие вязкостные свойства масел (полимеры, обладающие весьма большой вязкостью: полиизобутилены; полиакрилостиролы и др.);
§ улучшающие смазочные свойства масел (олеиновая, стеариновая и другие жирные кислоты; естественные жиры, костяное и касторовое масла, диэфиры ксантогеновых кислот);
§ понижающие температуру застывания масел (депрессорные) —депрессатор АзНИИ (алкилнафталины), сантупор (продукт конденсации фенола с хлорированным парафином), АФК (триалкилфенолят кальция), полиметакрилат;
§ антиокислительные (для повышения химической стабильности масел) — АзНИИ-10, АзНИИ-11, параоксидифениламин, АН-22к, ДФ-11 (диалкидфосфат цинка);
§ антикоррозионные (создают на поверхности смазываемых металлов защитный слой, препятствующий воздействию на них кислых и других активных веществ) — высокомолекулярные кислоты, соли жирных и нафтеновых кислот, оксилкислоты, амины;
§ антинагарные (моющие) (препятствуют образованию нагара на стенках цилиндра) — соли нафтеновых и стеариновых кислот, сульфонаты, феноляты, фосфонаты.
§ многофункциональные (многокомпонентные).
Для смазки узлов трения, которые не могут удерживать жидкое масло или подача масла к ним затруднена, применяют пластичные (мазеобразные) смазочные материалы, называемые консистентными смазками. В отличие от смазочных масел они являются не однородными продуктами, а сложными коллоидными системами, твердую фазу которых составляет загуститель (иногда и наполнитель), а жидкую — минеральные масла.
Консистентные смазки применяются для понижения трения и степени износа, предохранения (защиты) поверхности изделий от коррозии, а также в качестве уплотнительной среды.
Для получения консистентных смазок используют нефтяные или синтетические масла, в качестве загустителя — соли жирных кислот (мыла) или твердые углеводороды (парафин, церезин), в качестве наполнителей — графит, тальк, окись цинка, аэросил и др.
Основными качественными характеристиками консистентных смазок являются пенетрация, температура каплепадения, коррозионные и предохранительные свойства, химическая, механическая, коллоидная и термическая стабильность.
Пенетрация (консистенция или степень густоты) определяет пригодность смазки для того или иного метода подачи к смазываемым деталям, возможность создания плотной набивки и др. Пенетрацию измеряют погружением в смазку специального конуса, для чего используют прибор, называемый пенетрометром. Сопротивление смазки проникновению конуса оценивается числом пенетрации. Оно показывает глубину погружения конуса в испытуемую смазку при определенных условиях и выражается в десятичных долях миллиметра.
Температура каплепадения (плавления) — это та температура, при которой смазка из пластичного состояния переходит в жидкое. Она характеризует верхний предел рабочей температуры смазки. Для надежной смазки трущихся деталей их температура должна быть на 10— 12°C ниже, чем температура каплепадения используемой смазки,
Коррозионные и предохранительные свойства смазок характеризуют их как химически инертный по отношению к металлам материал. Для предохранительных смазок требуется еще и способность защищать покрытые ими металлы от коррозии.
Химическая стабильность — это устойчивость смазок против окисления в процессе работы и хранения. При окислении образуются низкомолекулярные, а также липкие и смолистые продукты, в результате чего смазка расслаивается на твердую и жидкую фазы. Это снижает ее характеристики.
Механическая стабильность характеризуется способностью консистентных смазок противостоять механическому воздействию. Она зависит от природы и количества загустителя, степени очистки и происхождения масла,
Коллоидная стабильность определяет способность смазок не распадаться на жидкую и твердую фазы. Низкую коллоидную стабильность имеют смазки, содержащие небольшое количество загустителя и маловязкое масло. Такие смазки непригодны для работы в условиях высоких температур и нагрузок.
Термическая стабильность — это способность смазок сохранять свою структуру и свойства при длительном нагреве. Она зависит от содержания загустителя, температуры каплепадения и вязкости используемого в качестве жидкой фазы масла.
В стандартах на консистентные смазки допускается в определенных пределах содержание воды, свободной щелочи, механических примесей и золы, однако их количества строго нормируются. Свободная кислота во избежание коррозии металлов должна отсутствовать.