СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF DETERMINING THERMAL OXIDATIVE STABILITY OF LUBRICANTS

Изобретение относится к технологии оценки качества жидких смазочных материалов.
Известен способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов (патент РФ №2219530, МПК G01N 25/00, опубл. 2003), который включает нагревание смазочного материала в присутствии воздуха, перемешивание, фотометрирование и определение параметров оценки процесса окисления. Испытывают пробу смазочного материала постоянного объема при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом, строят графическую зависимость изменения отношения коэффициента поглощения светового потока от времени испытания, продлевают линию зависимости, после точки перегиба зависимости определяют время начала коагуляции нерастворимых примесей, а по предельному значению коэффициента поглощения светового потока определяют ресурс работоспособности смазочного материала.
тос
тос
п
0
исх
п
0
исх
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов (патент РФ №2247971, МПК G01N 25/00, опубл. 10.03.2005), заключающийся в том, что испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянного объема при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом, вязкость и коэффициент термоокислительной стабильности К из соотношения К=Кµ/µ, К - коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом, µ и µ соответственно вязкость окисленного и исходного смазочного материала, строят графическую зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока окисленным смазочным материалом и по тангенсу угла наклона этой зависимости к оси абсцисс до точки перегиба определяют скорость образования промежуточных продуктов окисления, по тангенсу угла наклона зависимости к оси абсцисс после точки перегиба определяют скорость образования конечных продуктов окисления и их влияние на увеличение вязкости испытуемого материала, а по координатам точки перегиба зависимости определяют начало образования конечных продуктов окисления.
Недостатком известных способов является низкая информативность при идентификации и классификации смазочных материалов по группам эксплуатационных свойств.
Задачей изобретения является повышение информативности при идентификации и классификации смазочных материалов по группам эксплуатационных свойств.
G
Поставленная задача решается тем, что в способе определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием, постоянного объема при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом и проводят оценку процесса окисления, согласно изобретению дополнительно взвешивают пробу исследуемого смазочного материала через равные промежутки времени, определяют массу испарившегося смазочного материала, определяют коэффициент испарения K из соотношения
G
0
K=m/M,
где m - масса испарившегося смазочного материала при окислении;
0
M - масса оставшейся пробы после окисления смазочного материала,
п
и коэффициент энергии превращения Е из следующего соотношения
п
п
G
Е=К+К,
п
где К - коэффициент поглощения светового потока;
G
K - коэффициент испарения,
п
п
c.o
затем строят графическую зависимость коэффициента энергии превращения Е от коэффициента поглощения светового потока К, продлевают линию зависимости до пересечения с осью ординат и по ординате этой точки определяют коэффициент А, характеризующий начало превращения тепловой энергии, а термоокислительную стабильность определяют по коэффициенту сопротивления окислению К из соотношения
с.o
п
п
К=(Е-А)/К,
где А - коэффициент, характеризующий начало превращения тепловой энергии.
п
Физический смысл коэффициента энергии превращения Е заключается в том, что смазочный материал не может неограниченно поглощать подводимую тепловую энергию, поэтому избыток ее обеспечивает превращение части смазочного материала в продукты окисления и испарения части смазочного материала, поэтому при использовании этого коэффициента повышается достоверность определения термоокислительной стабильности.
Определение коэффициента сопротивления окислению позволяет устанавливать соответствие испытуемых смазочных материалов классификации по группам эксплуатационных свойств.
На фиг.1 приведены зависимости коэффициента энергии превращения от коэффициента поглощения светового потока для моторных масел: 1-Elf competition STI 10W-40 SJ/CF; 2-Neste turbo 15W-40 CH-4/SJ; 3-Mobil 0W-40 SJ/CF; на фиг.2 - зависимости коэффициента энергии превращения от коэффициента поглощения светового потока для трансмиссионных масел: 1-Teboil HYPOID 80W-90 GL-5; 2-Spectrol Synax 75W-90 GL-5.
Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов осуществляется следующим образом.
Пробу исследуемого смазочного материала постоянной массы (100±0,1 г) нагревают до определенной температуры в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств и перемешивают с воздухом с помощью механического устройства. Температура в процессе испытания поддерживается постоянной.
п
п
В процессе испытания через равные промежутки времени пробу окисленного смазочного материала взвешивают, определяют массу испарившегося смазочного материала, отбирают часть пробы для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока К. Испытания прекращаются по достижению коэффициента К значений, приблизительно равных 0,5-0,6.
G
0
0
п
п
п
G
п
G
По полученным данным определяют коэффициент испарения К=m/М, где m - масса испарившегося смазочного материала при окислении, М - масса оставшейся пробы после окисления смазочного материала, и коэффициент энергии превращения Е из следующего соотношения E=K+K, где К - коэффициент поглощения светового потока; K - коэффициент испарения.
п
п
Затем строят графическую зависимость коэффициента энергии превращения Е от коэффициента поглощения светового потока К (фиг.1-2), продлевают линию зависимости до пересечения с осью ординат и по ординате этой точки определяют коэффициент А, характеризующий начало превращения тепловой энергии.
Для моторных масел Elf competition STI 10W-40 SJ/CF коэффициент A=0,015 (фиг.1, кривая 1); Neste turbo 15W-40 CH-4/SJ A=0,014 (фиг.1, кривая 2) и Mobil 0W-40 SJ/CF A=0,017 (фиг.1, кривая 3).
Для трансмиссионных масел Teboil HYPOID 80W-90 GL-5 и Spectral Synax 75W-90 GL-5 коэффициент А равен 0,04 (фиг.2, кривые 1, 2 совпадают).
п
G
п
с.о
Данные по коэффициентам К, К, Е, А сводят в таблицу и определяют коэффициент сопротивления окислению К из соотношения
с.о
п
п
К=(Е-А)/К,
п
где Е - коэффициент энергии превращения;
п
К - коэффициент поглощения светового потока;
А - коэффициент, характеризующий начало превращения тепловой энергии.
с.о
с.о
c.o
Коэффициент сопротивления окислению K для моторных масел Elf competition STI 10W-40 SJ/CF равен 1,27 (фиг.1, кривая 1); Neste turbo 15W-40 CH-4/SJ К=1,17 (фиг.1, кривая 2), Mobil 0W-40 SJ/CF K=l,3 (фиг.1, кривая 3).
с.о
с.о
Известно, чем выше значение коэффициента К, тем лучшей термоокислительной стабильностью характеризуется смазочный материал. Исходя из значений коэффициента сопротивления окислению К лучшей термоокислительной стабильностью характеризуется синтетическое масло Mobil 0W-40 SJ/CF. Так как данное моторное масло по группе эксплуатационных свойств имеет классификацию SJ/CF, то классификация моторных масел Elf competition STI 10W-40 SJ/CF и Neste turbo 15W-40 CH-4/SJ по группе эксплуатационных свойств не соответствует.
с.о
с.о
Коэффициент сопротивления окислению К для трансмиссионных масел Teboil HYPOID 80W-90 GL-5 и Spectral Synax 75W-90 GL-5 равен К=1,08 (фиг.2, кривые 1, 2). Эти масла относятся к одной эксплуатационной группе GL-5.
с.о
Предлагаемый способ может осуществляться по сокращенной технологии испытания. Для этого достаточно проведения 3-4 опытов, по результатам которых определяют значения коэффициентов А и К, и термоокислительную стабильность испытуемого смазочного материала.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить достоверность определения термоокислительной стабильности смазочных материалов за счет определения коэффициента сопротивления окислению, учитывающего скорость превращения тепловой энергии в продукты окисления и испарения.
Таблица
Результаты испытания моторных и трансмиссионных масел на термоокислительную стабильность
Марка масла
Показатели
Значения коэффициентов
Моторные масла
Elf Competition STI 10W-40 SJ/CF
К<sub>п</sub>
0,03
0,07
0,13
0,22
0,28
0,33
0,44
0,54
0,6
К<sub>G</sub>
0,023
0,034
0,05
0,074
0,091
0,104
0,134
0,161
0,18
Е<sub>п</sub>
0,053
0,104
0,18
0,294
0,371
0,434
0,574
0,701
0,78
А
0,015
К<sub>с.о</sub>
1,27
Neste turbo 15W-40 CH 4/SJ
K<sub>п</sub>
0,04
0,09
0,14
0,21
0,3
0,41
0,56
К<sub>G</sub>
0,021
0,029
0,038
0,05
0,065
0,094
0,109
E<sub>п</sub>
0,061
0,129
0,178
0,26
0,375
0,494
0,669
A
0,014
K<sub>c.o</sub>
1,17
Mobil 0W-40 SJ/CF
K<sub>п</sub>
0
0,01
0,02
0,03
0,11
0,19
0,26
0,33
0,43
0,46
0,5
K<sub>G</sub>
0,17
0,02
0,41
0,026
0,05
0,074
0,095
0,116
0,146
0,155
0,167
E<sub>п</sub>
0,17
0,03
0,43
0,056
0,16
0,264
0,355
0,446
0.576
0,615
0,667
A
0,017
K<sub>c.o</sub>
1,3
Трансмисионные масла
Teboil HYPOID 80W-90GL5
K<sub>п</sub>
0,01
0,03
0,1
0,1
0,14
0,18
0,22
0,31
0,31
0,33
0,34
0,39
0,51
K<sub>G</sub>
0,5
0,042
0,048
0,048
0,051
0,054
0,058
0,065
0,065
0,066
0,067
0,071
0,081
E<sub>п</sub>
0,51
0,072
0,148
0,148
0,191
0,234
0,278
0,375
0,375
0,396
0,407
0,461
0,591
A
0,04
K<sub>c.o</sub>
1,08
Spectrol Synax 75W-90 GL5
K<sub>п</sub>
0,04
0,09
0,12
0,12
0,15
0,19
0,3
0,34
0,39
0,47
0,57
0,6
K<sub>G</sub>
0,043
0,047
0,05
0,05
0,052
0,055
0,064
0,067
0,071
0,078
0,086
0,088
E<sub>п</sub>
0,083
0,137
0,17
0,17
0,202
0,245
0,364
0,407
0,461
0,548
0,656
0,688
A
0,04
K<sub>c.o</sub>
1,08