Автомобильные присадки и добавки - Балабанов Виктор Иванович - Страница 8

Рис. 5. Молекула полиметакрилата (вязкостной присадки) при различной температуре масла

Поэтому загущенные масла наряду с высоким индексом вязкости, обеспечивающим минимальные потери мощности на трение и экономию топлива при нагреве, обладают хорошей текучестью при низких температурах, способствуют легкому и быстрому пуску двигателя в холодное время года, не образуют большого количества нагара.

Чтобы выдерживать большие сдвиговые и нормальные нагрузки, смазочные материалы должны иметь высокую несущую способность. Для обеспечения этих свойств в моторные масла (для снижения износа пар трения кулачок – толкатель), в трансмиссионные масла (особенно для гипоидных передач, имеющих конические шестерни со спиральными зубьями), в гидравлические жидкости и смазочно – охлаждающие среды добавляют противозадирные присадки.

Вязкостные свойства масел в нормальных условиях эксплуатации не отражают их характеристик при высоких нагрузках и скоростях скольжения, когда толщина смазочного слоя не обеспечивает надежное разделение трущихся поверхностей и не предохраняет от непосредственного контакта микрошероховатостей. В этом случае наблюдается режим граничной смазки, происходит контакт микровыступов шероховатостей металлических поверхностей, резкий нагрев (температурные «вспышки») контактируемых участков (до 1500 оС), их сваривание и последующеe разрушение (скалывание).

За счет выделяющейся в зоне контакта энергии противозадирные присадки вступают во взаимодействие с поверхностями трения, образуя защитные соединения с металлами. При нормальных режимах эксплуатации они находятся на поверхностях трения в виде твердых веществ, но при высоких температурах их предел текучести снижается и происходит скольжение металлических поверхностей относительно друг друга. Тем самым предотвращается сваривание микровыступров трущихся поверхностей и, следовательно, повышение интенсивности их изнашивания. При этом вязкость масла во многом определяет прочность масляной пленки.

Фосфор, сера и хлор – основные элементы многих противозадирных присадок, которые вступают в реакции с металлами в условиях повышенной температуры и давления с образованием на поверхностях защитных пленок химических соединений. Эти присадки оказывают противозадирное, антикоррозионное и антиокислительное действие и поэтому особенно широко применяются в моторных маслах. На их основе выпускаются ремонтно – восстановительные препараты любительской автохимии, получившие название кондиционеры металла, которые будут рассмотрены в дальнейшем.

Затраты на производство смазочных масел возрастают пропорционально обеспечению для них низкотемпературных свойств. Поэтому проводится депарафинизация масел, но лишь частично – до температуры застывания (около —15 °C). При отрицательных температурах из смазочного масла выделяются парафиновые углеводороды в виде игл и пластин, что приводит к потере текучести (подвижности) масла и затрудняет низкотемпературный запуск двигателя. Форма и размер образовавшихся кристаллов парафина зависят от вида масла и его фракционного состава. При этом из маловязких масел выделяются крупные кристаллы, а из высоковязких образуются микрокристаллические парафины. Наличие в масле парафиновых углеводородов обусловливает в первую очередь застывание масла. Подвижность масла теряется из‑за образования кристаллической структуры парафиновых углеводородов.

Для дальнейшего снижения температуры застывания и работоспособности масла предназначены депрессорные присадки, которые модифицируют кристаллические структуры твердых углеводородов с сохранением подвижности масла.

Наиболее распространены депрессорные присадки к моторным, трансмиссионным и гидравлическим маслам: марки АзНИИ (препарат алкилирования нафталина хлорированным парафином в присутствии хлорида алюминия); АзНИИ – ЦИАТИМ-1 (дисульфид алкилфенола с гидроксидом бария); АФК (алкилфенол с гидроксидом кальция); ПМА Д (30…40 %-ный раствор полимеров эфиров метакриловой кислоты и синтетических жирных первичных спиртов в индустриальном масле), а также Депрессал – модифицированный препарат алкилирования фенола хлорпарафинами.

Депрессорные присадки применяются при концентрациях 0,05…1,0 %, они наиболее эффективны в маслах парафинового основания.

Применение в качестве базовых масел высокоочищенных нефтяных основ – масел, полученных гидрогенизационными способами, а также ряда синтетических разработок, позволяет значительно улучшить низкотемпературные свойства выпускаемых масел (уверенный запуск двигателей при температурах —40…50 °C) и уменьшить потери на трение при гидродинамическом режиме смазывания. Однако такие масла имеют более низкие антифрикционные и противоизносные свойства.

Для повышения трибологических свойств (минимизации потерь на трение, снижения интенсивности изнашивания и температуры трущихся поверхностей) смазочных материалов в них, кроме противозадирных, вводят также антифрикционные и противоизносные присадки. Эффективность их действия зависит от химического строения присадки и химического состава масляной основы.

Антифрикционные присадки (модификаторы трения) входят в состав энергосберегающих моторных масел. Они обеспечивают гарантированную экономию топлива за счет снижения механических потерь на трение и соответствующего повышения коэффициента полезного действия двигателя. Такие присадки образуют на поверхностях трения многослойные адсорбционно – хемосорбционные пленки «сэндвичевой структуры» с диффузией легирующих металлов присадки в трущиеся поверхности деталей. Они наиболее эффективны при граничном режиме трения, например, между компрессионными поршневыми кольцами и цилиндрами вблизи верхних мертвых точек. Достоинством твердых нерастворимых добавок к смазочным материалам является также их эффективность, как при низких, так и при высоких температурах.

Под воздействием кислорода, влаги и агрессивных веществ металлические поверхности подвергаются коррозии (коррозионному изнашиванию). Следовательно, главное при защите от коррозии – предотвращение контакта металлических поверхностей с этими веществами. Существуют различия между атмосферной коррозией (например, при хранении и транспортировке в условиях влажного и теплого климата) и коррозией под воздействием веществ, образующихся в двигателе (главным образом соединений хлора и брома при сжигании этилированного бензина или серы при сжигании дизельного топлива), а также других агрессивных веществ. К тому же, например, противозадирные присадки, содержащиеся в трансмиссионных маслах, при высоких температурах приобретают коррозионные свойства, вследствие чего в эти масла необходимо вводить противокоррозионные присадки (ингибиторы коррозии).

Ингибиторы коррозии существенно снижают несущую способность масел вследствие конкурентного взаимодействия обеих присадок с металлическими поверхностями. При этом, благодаря наличию природных ингибиторов, неочищенные масла или масла неглубокой очистки обеспечивают определенную защиту от атмосферной коррозии, тогда как антикоррозионные свойства чистых минеральных масел неэффективны при защите от атмосферной коррозии, кислород и влага свободно диффундируют через масляную пленку и взаимодействуют с металлом. Так как коррозия является, главным образом, следствием электрохимических реакций, то и предотвратить ее можно созданием (нанесения) специального защитного слоя, препятствующего непосредственному контакту влаги и кислорода с металлом.

Высокоэффективные ингибиторы должны обладать высокой адгезией к металлической поверхности и создавать пленку, непроницаемую для кислорода и влаги. Различают ингибиторы физического механизма действия, представляющие собой молекулы с длинными алкильными цепями и полярными группами, способные адсорбироваться на металлических поверхностях, создавая защитные слои. К другой группе относятся химические ингибиторы, реагирующие непосредственно с металлом поверхности с образованием защитных химических соединений, изменяющих её электрохимический потенциал.