1.5.Твердые смазочные материалы.

Наиболее известным из короткого перечня твердых смазочных материалов является графит – темный минерал с жирным блеском, маслянистый на ощупь. Он встречается в природе, а также производится в электропечах. Синтезированный продукт не менее чем на 99% состоит из чистого углерода. В коллоидной форме, диспергированный в воде или масле, он применяется в особых случаях при очень высоких температурах. Основное достоинство графита, пожалуй, в том, что он образует прочные пленки на трущихся поверхностях, благодаря чему применяется в смеси с маслом при «обкатке» многих машин и механизмов, а также при обработке металлов.

К твердым смазочным материалам относится также сульфид молибдена, который применяется как сухое поверхностное покрытие и как добавка к маслам и консистентным смазкам. Его смазывающее действие обусловлено, по-видимому, слабыми связями между атомами серы и молибдена и взаимным скольжением слоев атомов серы и молибдена.

Из пластиковых твердых смазочных материалов наиболее известен политетрафторэтилен, называемый также тефлоном. Это весьма инертный материал с коэффициентом трения ок. 0,05. Если очень мелкие частицы тефлона диспергировать в фенольном полимере, а затем пульверизацией нанести на металлическую поверхность и подвергнуть отверждению, то получается прочное тефлоновое покрытие с малым коэффициентом трения, необычайно стойкое к износу и истиранию. Тефлон широко применяется в промышленности, а также как покрытие для кухонной посуды, не допускающее пригорания.

2. Присадки. Общие сведения и назначение.

Базовое масло является средой-носителем специальных присадок - так называются различные добавки, вводимые в основу для того, чтобы она нормально функционировала, а также чтобы повысить качество масла и его эксплуатационные свойства.

При современном уровне развития двигателестроения использование масла без присадок практически невозможно, т.е. невозможно создание масел, которые обеспечили бы эффективную защиту двигателя и одновременно не разрушались/старели в течение длительного времени.

По этой причине все современные моторные масла содержат в своем составе пакет (набор) присадок, содержание которых суммарно может достигать более 20%.

Наиболее крупные производители присадок: Lubrizol, Infineum (контролируется Shell/Exxon), Oronite (контролируется Chevron) и Ethyl (ныне Afton). В общей сложности им принадлежит более 90% мирового рынка присадок.

На сегодняшний день в моторных маслах обычно используют несколько типов присадок:

1. Вязкостно-загущающие присадки

2. Моющие присадки (детергенты)

3. Диспергирующие присадки (дисперсанты)

4. Противоизносные присадки

5. Ингибиторы окисления (антиокислительные присадки)

6. Ингибиторы коррозии и ржавления

7. Антипенные присадки

8. Модификаторы трения

9. Депрессорные присадки.

2.1. Вязкостно-загущающие присадки.

Для придания маслу хороших вязкостно-температурных свойств в него вводят высокомолекулярные полимеры - полиизобутилены, полиметакрилаты и другие. Механизм их действия основан на изменении формы макромолекул полимеров в зависимости от температуры. В холодном состоянии эти молекулы, будучи свернутыми в спиральки, не влияют на вязкость масла, при нагреве же они распрямляются, и масло густеет, или, точнее, не становится слишком жидким. Масла, в состав которых входят вязкостные присадки (до 10%), называют загущенными - это зимние и всесезонные сорта.

В России пока еще производится большое количество сезонных масел (в основном из-за их низкой стоимости), например, М8ДМ, М8В (SAE 20), М10Г2к, М10ДМ (SAE 30).

Тем не менее, ведущие производители сегодня в большинстве своем производятся именно всесезонные масла, применение которых позволяет эксплуатировать технику в широком температурном диапазоне, не прибегая к сезонным заменам масла.

. 1. Вязкостно-загущающая присадка Shell Shellvis

Способ получения всесезонных масел достаточно прост. Благодаря введению в состав зимних масел полимерных вязкостно-загущающих присадок (иногда их называют загустителями, рис. 1) удается повысить их кинематическую вязкость при высоких (рабочих) температурах двигателя, т.е.

компенсировать недостаток, присущий зимним маслам, и обеспечить такие вязкостные свойства как у летних масел (рис.2). Т.е. фактически эта присадка повышает индекс вязкости масла.

Рис. 2. Поведение всесезонного масла SAE 5W-30 в зависимости от температуры.

Схема работы вязкостно-загущающей присадки (рис. 3) заключается в следующем:

При низких температурах молекула полимера уменьшается в объеме/размерах и таким образом не оказывает никакого влияния на кинематическую вязкость масла, при повышении температуры масла молекула полимера начинает увеличиваться в объеме и способствует тому, что вязкость снижается в меньшей степени, чем это было бы без такой присадки.

Рис. 3. Схема работы вязкостно-загущающей присадки

В зависимости от количества добавленной вязкостно-загущающей присадки можно получить масла с разными вязкостями. Например, возьмем зимнее масло SAE 0W. В зависимости от количества присадки мы сможем получить масла с вязкостями соответственно 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60… Важно помнить, что чем выше изначальный индекс вязкости базового масла, тем меньше вязкостно-загущающей присадки необходимо добавлять. Например, индекс вязкости синтетического базового масла Shell XHVI может достигать 140, поэтому возможно получить моторное масло, не содержащее загустителей.

Современные тенденции в области разработки моторных масел направлены на создание моторных масел с невысокими диапазонами вязкостей: SAE 0W-20, 5W-20, 0W-30, 5W-30. Причина заключается в том, что такие масла, как правило, обеспечивают энергосберегающие свойства (т.е. позволяют экономить топливо) и содержат невысокое количество загустителя или вообще его не содержат. Чем большое количество загустителя в моторном масле опасно для двигателя? Сложность заключается в том, что в двигателе множество пар трения, где масло подвергается высоким сдвиговым нагрузкам, в результате которых происходит разрушение (деструкция) загустителя (рис. 4).

Рис. 4 Сдвиговые нагрузки в подшипнике коленвала

Это приводит к потере вязкости моторного масла, ухудшению функций смазывания (уменьшение толщины смазывающей пленки), а продукты деструкции загустителя являются потенциальным источником нагаров и лаковых отложений в двигателе. По этой причине лидеры в области производства моторных масел избегают производства моторных масел с вязкостями 0W-50/0W-60. Часто встречающиеся масла с вязкостями 5W-50/10W-60 ориентированы исключительно на спортивное применение и, как правило, не рассчитаны на удлиненные интервалы замены. Они предназначены только для экстремальных условий эксплуатации, в которых наиболее важны высокие вязкостные свойства, а не их стабильность с течением времени.