СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ИСПЫТАНИЯ НА СВОЙСТВА ПРОДУКТОВ ОКИСЛЕНИЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF DETERMINING THE EFFECT OF TEST TEMPERATURE ON PROPERTIES OF OXIDATION PRODUCTS OF LUBRICATING MATERIALS

Изобретение относится к технологии испытания смазочных материалов и может использоваться для определения изменения состава продуктов окисления.
Известен способ определения термической стабильности смазочного масла путем определения коэффициента поглощения светового потока, вязкости, коэффициента энергетического состояния, температуры начала нагарообразования и разности коэффициентов поглощения светового потока до и после центрифугирования (патент РФ 2240558 О, дата приоритета 10.04.2003, дата публикации 20.11.2004, авторы: Ковальский Б.И. и др., RU).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения температурной стойкости смазочных масел, принятый в качестве прототипа, при котором отбирают пробу масла, делят ее на равные части, каждую из которых нагревают при атмосферном давлении с конденсацией паров и отводом конденсата, при этом для каждой последующей части пробы масла температуру испытания повышают на постоянную величину, после чего определяют коэффициент поглощения светового потока, величину испарившейся массы как разность массы пробы масла до и после испытания. Далее определяют коэффициент испаряемости как отношение испарившейся массы пробы масла к оставшейся массе и коэффициент сопротивляемости температурной деструкции, зависящий от коэффициента поглощения светового потока и коэффициента испарения, затем строят графическую зависимость коэффициента сопротивляемости температурной деструкции от температуры испытания, а температурную стойкость определяют по величине коэффициента сопротивляемости температурной деструкции в зависимости от температуры (патент РФ 2406087 С1, дата приоритета 08.06.2009, дата публикации 10.12.2010, авторы: Ковальский Б.И. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа и известного аналога является то, что они не учитывают влияние температуры испытания на состав продуктов окисления смазочных материалов.
Задачей изобретения является установление количественных показателей влияния температуры испытания смазочных материалов на состав продуктов окисления в зависимости от их концентрации.
G
Для решения поставленной задачи предложен способ определения влияния температуры испытания на свойства продуктов окисления смазочных материалов, при котором пробу смазочного материала постоянной массы термостатируют минимум при трех температурах, при атмосферном давлении с перемешиванием. Через равные промежутки времени пробу окисленного смазочного материала взвешивают, определяют массу испарившего масла и вычисляют коэффициент испаряемости К как отношение массы испарившего смазочного материала к массе пробы до испытания, отбирают часть пробы окисленного смазочного материала, определяют оптическую плотность D и коэффициент сопротивляемости R по формуле:  По данным изменения коэффициента сопротивляемости R окислению от температуры испытания исследуемого смазочного материала строят графическую зависимость его от оптической плотности и температуры испытания, по которой определяют однородность состава продуктов окисления и влияние температуры на изменение состава в зависимости от концентрации продуктов окисления.
На фиг. 1 представлены зависимости коэффициента сопротивляемости окислению от оптической плотности и температуры испытания минерального моторного масла Tavota Castle 10W-30 SL при температурах 180, 170 и 160°С. На фиг. 2 - зависимости при испытании частично синтетического моторного масла Zic А 10W-40 SL при температурах 200, 190 и 180°С. На фиг. 3 - зависимости частично синтетического моторного масла Zic 5000 10W-40 CG-4/SH при температурах 200, 190 и 180°С. На фиг. 4 - зависимости синтетического моторного масла Elf evolution 5W-40 SL/CF при температурах 180, 170 и 160°С.
Пример конкретного выполнения способа.
Испытанию подвергались товарные моторные масла: минеральное - Tavota Castle 10W-30 SL; частично синтетические Zic A 10W-40 SL и Zic 5000 10W-40 CG-4/SH; синтетическое Elf evolution 5W-40 SL/CF.
Пробу масла массой, например 100±0,1 г заливают в термостойкий стеклянный стакан и перемешивают стеклянной мешалкой с частотой вращения 300 об/мин. Температура испытания и частота вращения мешалки поддерживается автоматически. Через равные промежутки времени пробу окисленного масла взвешивают, определяют массу испарившегося масла, вычисляют коэффициент испаряемости как отношение массы испарившегося масла за время испытания t к массе пробы до испытания, отбирают часть пробы окисленного масла (2 г) для прямого фотометрирования при толщине фотометрируемого слоя 2 мм и определения оптической плотности D по формуле:
D=lg300/П,
где 300 - показания фотометра при незаполненной кювете окисленным маслом, мкА; П - показания фотометра при заполненной окисленным маслом кювете, мкА.
G
Э
В связи с тем, что при термостатировании смазочного материала сброс избыточной тепловой энергии происходит по двум параллельным каналам с образованием продуктов окисления, концентрация которых определяется оптической плотностью D и продуктов испарения, выраженных коэффициентом испаряемости К, то сопротивляемость испытуемого смазочного материала температурным воздействиям можно выразить параллельным соединением сопротивлений электрической цепи R:
Если принять, что сопротивляемость любого смазочного материала температурным воздействиям равна единице, то при термостатировании его сопротивление будет уменьшаться до нуля, что будет соответствовать выражению для определения коэффициента сопротивляемости R:
G
По полученным данным оптической плотности D и коэффициента испаряемости К при термостатировании исследуемых масел при разных температурах строятся графические зависимости изменения коэффициента сопротивляемости R от оптической плотности и температуры испытания (фиг. 1 - фиг. 4), по которым определяется влияние температуры испытания смазочных материалов на состав продуктов окисления в зависимости от их концентрации. Установлено, что в начальный период термостатирования независимо от температуры испытания зависимости совпадают, что подтверждает одинаковый состав продуктов окисления. При большой концентрации продуктов окисления зависимости расходятся и тем больше, чем ниже температура испытания. Причем продолжительность совпадения зависимостей на одной кривой зависит от температуры испытания. Так, для минерального моторного масла Tavota Castle 10W-30 SL (фиг. 1) продолжительность однородного состава продуктов окисления составляла для температур 180, 170 и 160°С (кривые 1, 2 и 3) - D ≈ 0,06. Для частично синтетического моторного масла Zic A 10W-40 SL (фиг. 2) продолжительность однородного состава продуктов окисления составляла для температур 200, 190 и 180°С (кривые 1, 2 и 3) - D ≈ 0,13. Для частично синтетического моторного масла Zic 5000 10W-40 CG-4/SH (фиг. 3) продолжительность однородного состава продуктов окисления составляла для температур 200, 190 180°С (кривые 1, 2 и 3) - D ≈ 0,11. Для синтетического моторного масла Elf evolution 5W-40 SL/CF (фиг. 4) продолжительность однородного состава продуктов окисления составляла для температур 180 и 170°С (кривые 1 и 2) - D ≈ 0,15; для температур 170 и 160°С (кривые 2 и 3) - D ≈ 0,05.
Таким образом, установлено, что в начальный период окисления моторного масла различной базовой основы независимо от температуры термостатирования образуются продукты окисления одинакового состава (начальные), и их влияние на сопротивляемость масел температурным воздействиям также одинаковое. Дальнейшее увеличение оптической плотности вызывает преобразование начальных продуктов окисления в более энергоемкие, образование которых зависит от температуры термостатирования.
Предлагаемое техническое решение позволяет подтвердить механизм окисления смазочных масел, заключающийся в начальном образовании продуктов окисления независимо от базовой основы масел и температуры испытания, которые в дальнейшем переходят в более энергоемкие, влияющие более интенсивно на оптическую плотность и зависящие от температуры испытания.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в расширении арсенала технических средств, относящихся к технологии испытания смазочных материалов для определения влияния температуры испытания смазочных материалов на состав продуктов окисления в зависимости от их концентрации.