СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМАЗЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МАСЕЛ
METHOD OF DEFINING OF OIL LUBRICITY

Изобретение относится к технологии оценки качества смазочных масел, в частности к определению их смазочной способности.
Известен способ определения смазывающей способности масел, заключающийся в том, что эксплуатируют пару трения в присутствии смазки, пропускают через нее электрический ток, а смазывающую способность оценивают отношением токов, протекающих через неподвижную пару трения и при установившемся режиме трения (авторское свидетельство СССР №1054732, дата приоритета 08.07.1982, опубл. 15.11.1983, авторы Ковальский Б.И. и др., RU).
Недостатком известного способа является отсутствие количественной оценки связи между концентрацией продуктов старения в масле, износом и электропроводностью фрикционного контакта, так как эта связь определяет свойства граничных слоев, разделяющих поверхности трения.
ВТ
Т
ВТ
ВТ
<mrow><msub><mi>К</mi><mrow><mi>В</mi><mi>Т</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>U</mi><mi>Т</mi></msub><mo>−</mo><mi>U</mi></mrow><mrow><msub><mi>U</mi><mi>Т</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow>
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения смазывающей способности масел, заключающийся в том, что эксплуатируют пару трения в присутствии смазки, пропускают через нее электрический ток, измеряют постоянный ток при неподвижной паре трения и при установившемся режиме трения, пробу масла постоянной массы нагревают с перемешиванием при определенной температуре в зависимости от назначения смазочного масла в течение постоянного времени, отбирают часть пробы окисленного масла, фотометрированием определяют коэффициент поглощения светового потока, а другую часть пробы окисленного масла испытывают дважды на машине трения при постоянных параметрах трения при пропускании через пару трения постоянного тока от внешнего источника стабилизированного питания и без тока, измеряют параметры износа при пропускании тока через пару трения и без тока, определяют коэффициент влияния тока К на смазывающую способность окисленного масла по формуле:
, где U - параметр износа при пропускании через пару трения постоянного тока от внешнего стабилизированного источника питания, мм; U - параметр износа при отсутствии тока в паре трения, мм, а смазывающую способность испытуемого масла определяют по значениям коэффициента влияния тока, где отрицательное значение коэффициента влияния тока К означает повышение смазывающей способности окисленного масла, а положительное значение коэффициента влияния тока К показывает понижение смазывающей способности окисленного масла (патент РФ №2408866, дата приоритета 30.11.2009, опубл. 10.01.2011, авторы Ковальский Б.И. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является недостаточная информативность способа в связи с отсутствием комплексной оценки смазывающих свойств масел, учитывающей сопротивляемость граничного смазочного слоя.
Задачей изобретения является комплексная оценка смазывающих свойств испытуемого масла по его оптическим свойствам, величине износа и коэффициенту электропроводности фрикционного контакта, отражающему сопротивляемость граничного смазочного слоя.
ГС
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>Г</mi><mi>С</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>К</mi><mi>П</mi></msub></mrow><mi>U</mi></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mi>Э</mi><mi>Г</mi><mi>С</mi></mrow></msub></mrow>
Для решения поставленной задачи и получения технического результата в способе определения смазывающей способности масел, заключающемся в том, что эксплуатируют пару трения в присутствии смазки, пропускают через нее электрический ток, измеряют постоянный ток при неподвижной паре трения и при установившемся режиме трения, пробу масла постоянной массы нагревают при определенной температуре в течение постоянного времени, отбирают часть пробы окисленного масла, которую фотометрируют, и определяют коэффициент поглощения светового потока, а другую часть пробы окисленного масла испытывают на машине трения, определяют смазывающую способность по значениям коэффициента влияния тока, согласно изобретению пробу окисленного масла испытывают на машине трения при постоянных параметрах трения, пропускают через пару трения постоянный ток от внешнего стабилизированного источника напряжения, записывают диаграмму изменения тока в процессе трения, по которой определяют начало установившегося изнашивания и величину тока, определяют коэффициент электропроводности граничного слоя как отношение тока, протекающего через граничный слой, к заданному току, определяют диаметр пятна износа и отношение коэффициента поглощения светового потока к диаметру пятна износа, определяют падение напряжения U на граничном слое, разделяющем поверхности трения при установившемся изнашивании, по эмпирической формуле:
,
где
П
К - коэффициент поглощения светового потока;
U - диаметр пятна износа, мм;
ЭГС
К - коэффициент электропроводности граничного слоя,
строят графическую зависимость падения напряжения на граничном слое от коэффициента поглощения светового потока, по которой определяют смазывающую способность испытуемого масла, причем чем больше значение падения напряжения на граничном слое, тем выше смазывающая способность.
На фиг. 1 представлены диаграммы записи тока, протекающего через фрикционный контакт при триботехнических испытаниях окисленных масел Mobil Super Syn 0W-40 SJ/SL/CF (а) и THK Супер 10W-40 SL/CF (б), на фиг. 2 показаны зависимости падения напряжения на граничном слое окисленных масел от коэффициента поглощения светового потока для минеральных масел: Spectrol Super 15W-40 SF/CC (1); Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC (2); частично синтетического THK Супер 10W-40 SL/CF (3) и синтетического Mobil Super Syn 0W-40 SJ/SL/CF New Life (4).
Способ определения смазывающей способности масел осуществляется следующим образом.
П
П,
П
Товарное смазочное масло постоянной массы (например, 100±0,1 г) нагревают в стеклянном стакане при атмосферном давлении и перемешивают стеклянной мешалкой при постоянной частоте вращения с помощью электродвигателя при постоянной температуре (например, 180°C). Через равные промежутки времени (например, 8 ч) отбирают часть пробы окисленного масла для прямого фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока К. При значениях коэффициента К равных 0,1; 0,2; 0,3…0,8 ед., отбирают дополнительную пробу окисленного масла для испытания на машине трения и определения величины износа, после чего стеклянный стакан доливается товарным маслом до первоначальной массы и испытания продолжаются до следующего значения коэффициента К. Параметры трения выбраны постоянными (например, нагрузка 13 Н, скорость скольжения 0,68 м/с, время испытания 2 часа, температура масла в объеме 80°C). Через пару трения пропускают постоянный ток (например, не более 100 мкА) от внешнего источника стабилизированного напряжения (например, 3 В). Величина тока задается при статическом положении образцов (например, 100 мкА), а в процессе трения записывается через преобразователь на дисплее компьютера в виде диаграммы (фиг. 1).
Величина тока, протекающего через фрикционный контакт, зависит от его сопротивления, поэтому при малом сопротивлении контакта, когда происходит пластическая деформация микронеровностей поверхностей трения, величина тока максимальна и равна заданному (100 мкА). При большом сопротивлении фрикционного контакта, а это возможно когда на поверхностях трения образуются модифицированные граничные слои, как результат химической реакции металлических поверхностей с органическими кислотами, изменяющими электропроводность этих слоев (контакта) и определяющими величину износа. Если условно обозначить сопротивление граничного слоя через символ R, величина тока, протекающего через него, определится по формуле:
ГС
где U - падение напряжения на граничном слое; I - величина тока, протекающего через граничный слой.
Применяя формулу 1, сопротивление фрикционного контакта R определяется как:
ЭГС
Для удобства применения формулы (2) величину тока предлагается заменить коэффициентом электропроводности граничного слоя К, определяемого выражением:
З
где I - величина тока, протекающего через граничный слой, мкА; I - заданная величина тока при статическом положении пары трения, (100 мкА).
Тогда формулу (2) можно записать в виде:
П
Электропроводность граничного слоя зависит от свойств смазочного масла, которые определяются концентрациями продуктов окисления, температурной и механической деструкцией, и его кислотностью, тогда суммарную концентрацию можно определить фотометрическим методом по коэффициенту поглощения светового потока К.
Влияние продуктов окисления, образующихся в смазочном масле, определяется их концентрацией в граничном слое, разделяющем поверхности трения, и их электропроводностью, которую предложено оценивать падением напряжения на граничном слое, по эмпирической формуле:
ГС
ЭГС
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>К</mi><mi>П</mi></msub></mrow><mi>U</mi></mfrac></mrow>
Падение напряжения U является комплексным показателем, характеризующим условную концентрацию продуктов окисления смазочного масла на номинальной площади фрикционного контакта (
) и их электропроводность К, определяющим свойства граничного слоя и величину износа.
ЭГС
ГС
ГС
Поэтому по диаграммам записи тока определяют время начала установившегося изнашивания (период стабилизации тока при трении). По формуле (3) определяют коэффициент электропроводности граничного слоя К, определяют U по формуле (5), строят графическую зависимость падения напряжения U от коэффициента поглощения светового потока (фиг. 2), по которой определяют изменение смазывающей способности испытуемого масла от общей концентрации продуктов окисления.
П
ГС
П
ГС
Согласно представленным данным (фиг. 2) установлено, что при значениях коэффициента поглощения светового потока К<0,3 ед. коэффициент падения напряжения U приобретает значения меньше единицы для всех исследованных масел, что объясняется плохой смазочной способностью масел в начале процесса окисления. С увеличением коэффициента К смазывающая способность окисленных масел повышается, и чем больше падение напряжения U, тем выше их смазывающая способность за счет образования смолистых продуктов окисления и увеличения кислотности масел, что способствует образованию на поверхностях трения хемосорбционных граничных слоев как химического соединения металлических поверхностей с органическими кислотами.
Более высокими смазывающими свойствами характеризуются минеральное масло Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC (кривая 2) и синтетическое Mobil Super Syn OW-40 SJ/SL/CF New Life (кривая 4).
Применение предлагаемого способа позволяет осуществлять обоснованный выбор масел для двигателей внутреннего сгорания.