УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТОЙКОСТИ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ К ОКИСЛЕНИЮ
METHOD OF INVESTIGATING RESISTANCE OF LUBRICATING MATERIALS TO OXIDATION

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки эксплуатационных свойств смазочных материалов, в частности стойкости к окислению смазок, применяемых в узлах трения машин и механизмов.
Срок службы смазок в узлах трения значительно сокращается вследствие протекания термоокислительных процессов. Поэтому стойкость к окислению или антиокислительная стабильность является важной характеристикой, обуславливающей эксплуатационную эффективность смазочного материала.
В 90-е годы прошлого столетия при участии Министерства обороны США был разработан метод определения химической стабильности смазок с помощью дифференциального сканирующего калориметра высокого давления (ДСКВД) [Rhee I. Development of a New Oxidation Stability Test Method for Greases Using a Pressure Differential Scanning Calorimeter//NLGI Spokesman.- 1991.- V.55, №4. - P.7-16]. С позиций термодинамики прибор представляет собой изолированную систему, состоящую из термоанализатора, ячейки ДСКВД, баллона с кислородом и расходомера. Разработана методика для проведения исследований смазок в течение 10-120 минут при одной из трех температур: 210, 180 и 155°С. Химическая стабильность смазки при заданной температуре определяется по индукционному периоду. Исследуемая смазка размещается в ячейке ДСКВД и в изотермическом режиме окисляется до тех пор, пока на экране термоанализатора фиксируется кривая окисления, экстраполяцией которой определяется индукционный период. Если индукционный период составляет меньше 10 мин, температуру исследований уменьшают. Метод утвержден подразделением комитета ASTM D 02.09 как метод ASTM D 5483 "Индукционный период окисления смазок с использованием сканирующей калориметрии с дифференцированным давлением".
Недостатком этого прибора и метода в целом является то, что испытания проводятся в статических условиях, а для моделирования поведения смазок в реальных условиях в узле трения применяются слишком высокие температуры, в то время как математическая обработка экспериментальных данных с целью определения индукционного периода при меньших температурах зачастую ведет к ошибочным выводам.
Существуют установки, в которых процесс окисления реализуется в динамических условиях [Маньковская Н.К. Окисляемость пластичных смазок. Действие присадок. - Киев: Изд. ВНИИПКНЕФТЕХИМ, 1973. - 67 с.]. Подшипник заправляют исследуемой смазкой, помещают в герметичную камеру и нагревают до нужной температуры. Давление кислорода в установке составляет 840 мм рт.ст. При понижении давления на 4 мм рт.ст. специальный клапан впускает кислород, и давление восстанавливается. Результаты регистрируются самописцем, который позволяет измерять общее количество поглощенного кислорода. Потерей работоспособности смазки считается момент, когда смазка становится не способной эффективно смазывать подшипник, на что указывает резкий перегиб кривой поглощения кислорода. При этом значительное влияние на процесс динамического окисления оказывают начальный внутренний зазор подшипника, температура, нагрузка, тип и количество смазки. В связи со сложностью оборудования и плохой воспроизводимостью результатов из-за протекания процесса окисления в диффузионной области этот метод не приобрел широкого распространения.
Итак, можно констатировать, что ни один из наиболее распространенных устройств для исследования и оценки антиокислительной стабильности смазок не позволяет в полной мере судить об их реальном поведении в узле трения при разных температурах и не отвечает возрастающим требованиям в исследовании механизма окисления на разных стадиях процесса и способов его торможения.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству следует считать установку для определения антиокислительной стабильности смазок [Авт. свид. СССР №560483, кл. G01N 19/02, 1977]. Устройство состоит из герметичного реактора, выполненного в виде закрытого полого барабана с отверстиями для входа и выхода газа. Внутрь барабана введен вал, вращаемый приводом. С валом посредством планетарного механизма связаны два ролика, установленные с требуемой величиной зазора у стенок реактора. Для проведения испытаний устройство подключается к замкнутой системе циркуляции кислорода, содержащей циркуляционный насос, прибор для измерения количества поглощенного кислорода и ловушку для замораживания продуктов окисления. Об антиокислительной стабильности судят по количеству кислорода, поглощенного смазкой, и по количеству летучих фракций продуктов окисления в газе.
Недостатком этого прибора является его громоздкость. Кроме того, для определения параметров окисления затрачивается много времени и электроэнергии, компенсационное устройство недостаточно точно фиксирует количество кислорода, поглощенного смазкой, а выделение летучих продуктов, по количеству которых судят о склонности смазки к окислительным преобразованиям, не всегда обусловлено протеканием лишь процесса окисления.
Задачей изобретения является разработка устройства для исследования и оценки стойкости смазок к окислению, позволяющего сократить продолжительность испытания, а также повысить точность определяемых параметров и их достоверность.
Поставленная задача достигается тем, что окисление смазки осуществляется в компактном реакторе, представляющем собой модель роликового подшипника. Устройство отличается тем, что конструкция реактора гарантирует протекание процесса окисления смазок в кинетическом режиме; для компенсации кислорода, поглощенного смазкой, использован электролизер; количество поглощенного кислорода фиксируется на диаграмме в виде кинетической кривой, исследование процесса окисления можно проводить в диапазоне 25-200°С.
Устройство работает в таком режиме (см.чертеж). При заданной температуре реактор (3) нагревается в термостате (2), продувается инертным газом, а затем кислородом. Образец смазки (2 г) вводится в реактор специальным шприцем через резиновое уплотнение. Включается циркуляционный насос (5), электродвигатель (1), электролизер (7) и потенциометр (8). В реактор насосом подается кислород, его количество, поступающее в реактор в течение определенного промежутка времени, измеряется реометром (4). Газообразные продукты окисления замораживаются твердой углекислотой ("сухим льдом") в ловушке (6), а очищенный таким образом кислород поступает в реактор. В результате поглощения кислорода смазкой давление в системе становится ниже атмосферного, уровень электролита в электролизере поднимается и замыкает контакт. Кислород, выделяющийся на аноде в результате электролиза воды, поступает в систему до полной компенсации количества окислителя, поглощенного смазкой. Одновременно сигнал подается на электродвигатель потенциометра, перемещающего указатель количества поглощенного кислорода, которое фиксируется на диаграмме в виде кинетической кривой. Кинетическая кривая является источником информации об окислительных превращениях в смазке, вызванных не диффузионными факторами, а ее химической структурой, претерпевающей изменения под воздействием кислорода.