СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТОЙКОСТИ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
PROCEDURE FOR DETERMINATION OF TEMPERATURE STABILITY OF OIL LUBRICANT

Изобретение относится к технологии испытания смазочных масел и может быть использовано для оценки их температурной стойкости.
Известен способ определения температурной стойкости граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий (P.M.Матвеевский. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов. - М.: Наука. 1971. 227 с.) путем испытания смазочного материала на четырехшариковой машине трения при фиксируемых температурах, которые при каждом последующем испытании повышают на 10°C, причем при каждой температуре испытывалась новая проба смазочного материала, а температурная стойкость определялась по значениям коэффициента трения или среднеарифметическому значению диаметра пятна износа на трех шарах. Принятые показатели оценивают изменение фрикционных свойств смазочного материала при увеличении температуры испытания.
Известный способ обладает недостаточной информативностью о температурной стойкости смазочных материалов, т.к. не учитывает влияние продуктов деструкции на процессы, протекающие на фрикционном контакте и изменяющие коэффициент трения и диаметр пятна износа на шарах.
П
G
П
G
П
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения температурной стойкости смазочных масел (пат. РФ №2366945, МПК G01N 33/30. Опубл. 10.09.09, Бюл. №25), при котором отбирают пробу масла, делят ее на равные части, каждую из которых нагревают при атмосферном давлении без доступа воздуха 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 K, строят графические зависимости от температуры и определяют температурную стойкость. После испытания пробу взвешивают, определяют величину испарившейся массы G как разность массы пробы масла до и после испытания, коэффициент испарения K как отношение испарившейся массы пробы масла к оставшейся массе, коэффициент энергии превращения Е как сумму коэффициентов поглощения светового потока и испарения K, затем строят графические зависимости коэффициента энергии превращения Е от температуры испытания, а температурную стойкость испытуемого смазочного масла определяют по температурам начала и завершения процесса деструкции.
Известный способ обладает недостаточной информативностью, т.к. определяет температурную стойкость температурами начала и завершения процессов деструкции и не учитывает интенсивность деформационных процессов, протекающих на поверхностях трения при формировании фрикционного контакта.
Техническим результатом изобретения является повышение информативности способа определения температурной стойкости смазочных масел путем определения влияния продуктов деструкции на деформационные процессы, протекающие на поверхности трения шара с цилиндром.
Поставленная задача для решения технического результата достигается тем, что в способе определения температурной стойкости смазочных масел, при котором отбирают пробу масла, делят ее на равные части, каждую из которых нагревают при атмосферном давлении без доступа воздуха с конденсацией паров и отводом конденсата, при этом для каждой последующей части пробы масла температуру испытания повышают на постоянную величину, согласно изобретению каждую часть пробы масла после нагревания испытывают в течение не менее двух часов на трехшариковой машине трения со схемой трения «шар-цилиндр», пропускают постоянный ток через пару трения от стабилизированного источника питания, записывают диаграмму изменения деформаций от тока, после испытания по диаграмме изменения деформаций определяют продолжительность пластической и упругопластической деформаций, затем определяют коэффициент электропроводности фрикционного контакта при установившемся изнашивании по формуле
Э
φ.К
З
K=I/I,
φ.К
З
где I и I - соответственно величины тока, протекающего через фрикционный контакт при трении, и заданный ток при статическом положении пары трения 100 мкА, затем определяют продолжительность упругой деформации с учетом образования защитного слоя масла на цилиндре как произведение продолжительности упругой деформации, взятой из диаграммы, на коэффициент электропроводности, определяют суммарную продолжительность пластической, упругопластической и упругой деформаций, строят графическую зависимость суммарной продолжительности пластической, упругопластической и упругой деформаций от температуры испытания, по которой определяют температурную стойкость смазочного масла.
На фиг.1 представлена схема трехшариковой машины трения со схемой трения «шар-цилиндр»; на фиг.2 - диаграмма изменения деформаций испытания масла: а) минерального Spectrol Super Universal 15W-40 SF/CC; б) частично синтетического ТНК Супер 5W-40 SL/CF; в) синтетического Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF; на фиг.3 - графики зависимости суммарной продолжительности деформаций от температуры испытания смазочных масел.
Пример конкретного выполнения способа. Испытанию подвергались универсальные, всесезонные моторные масла: минеральное Spectrol Super Universal 15W-40 SF/CC; частично синтетическое ТНК Супер 5W-40 SL/CF; синтетическое Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF.
Пробу масла массой 80±0,1 г заливают в термостойкий стеклянный стакан и нагревают на специально разработанном приборе в течение, например, 7 часов при одной из выбранных температур. Испытания проводят в диапазоне от 140 до 300°C через 20°C. При каждой температуре испытывают новую пробу масла. Температуру масла измеряют термопарой и поддерживают автоматически с помощью терморегулятора TP-101 с точностью ±1°C.
φ.К
φ.К
φ.К
φ.К
φ.К
φ.К
Испытания проводят при атмосферном давлении без перемешивания масла, что до минимума снижает окислительные процессы и обеспечивает разрушение базовой основы масла и легирующих присадок. Часть пробы отбирают для испытания на трехшариковой машине трения со схемой трения «шар-цилиндр», представленной на фиг.1, состоящей из шаров 1, взаимодействующих с цилиндром 2, емкости 3 со смазочным маслом 4. Каждый из трех шаров взаимодействует с цилиндром по индивидуальной дорожке трения, причем через одну пару трения пропускают постоянный ток 100 мкА от стабилизированного источника питания (3В), который через преобразователь подается на компьютер для записи диаграммы изменения деформаций. Параметры трения составляли: нагрузка 13Н; скорость скольжения 0,68 м/с; температура масла 80±1°C поддерживалась автоматически; время испытания 120 мин. По диаграммам изменения деформаций (фиг.2) определяют продолжительности пластической и упругопластической деформаций. Эти деформации определяют без учета коэффициента электропроводности, так как в период действия пластической деформации еще не образовался защитный слой масла на цилиндре, и этот период характеризует наличие металлического контакта между шаром и цилиндром, т.е. происходит пластическая деформация материалов за счет адгезионного изнашивания. Продолжительность пластической деформации зависит от механических свойств материалов пар трения и качества смазочного материала. Далее ток, пропускаемый через пару трения шара с цилиндром, уменьшается до уровня стабилизации. В этот период на поверхности трения только еще начинают образовываться защитные слои, происходит упругопластическая деформация, т.е. переход пластической деформации в упругую деформацию. Значение тока при упругой деформации определяют как среднеарифметическое значение на отдельных участках, к примеру, на фиг.2а, для минерального масла Spectrol Super Universal 15W-40 SF/CC, при температуре 140°C, это значение равно: участок 1 - I=5 мкА, участок 2 - I=20 мкА, участок 3 - I=15 мкА, участок 4 - I=10 мкА, участок 5 - I=12 мкА, участок 6 - I=10 мкА. Физический смысл продолжительности упругой деформации определяет ее влияние на износ пары трения. Чем меньше величина тока при упругой деформации, тем меньше время влияния ее на изнашивание, и, наоборот, чем больше ток при упругой деформации, тем больше ее влияние на изнашивание.
Затем определяют коэффициенты электропроводности фрикционного контакта на соответствующих участках:
Э1
Э2
Э3
Э4
Э5
Э6
Э
У.Д
K=5/100=0,05; K=20/100=0,20; K=15/100=0,15; K=10/100=0,10; K=12/100=0,12; K=10/100=0,10. Среднее значение коэффициента электропроводности: K=0,12 (это значение записывают в таблицу результатов). Далее определяют продолжительность упругой деформации t с учетом образования защитного слоя масла на цилиндре как произведение продолжительности упругой деформации, взятой из диаграммы (фиг.2а), на коэффициент электропроводности:
У.Д
У
Э
t=t·K,
У
Э
где t - время упругой деформации, которая определяется по диаграмме участком времени испытания, на котором ток колеблется около определенных значений; K - коэффициент электропроводности фрикционного контакта.
У.Д
t=16,5·0,05+5,5·0,20+28,5·0,15+6,5·0,10+27,5·0,12+15,5·0,10=11,7 мин.
Коэффициент электропроводности учитывается при упругой деформации потому, что в период действия упругой деформации на поверхности трения образуются защитные слои как результат адсорбции молекул масла или химического взаимодействия металла с продуктами окисления.
Далее определяют суммарную продолжительность пластической, упругопластической и упругой деформаций
С
ПУ
У.Д
t=t+t,
ПУ
ПУ
У.Д
где t - продолжительность пластической и упругопластической деформаций, мин (на фиг.2а, t=17,5 мин), t - продолжительности упругой деформации, взятой из диаграммы (фиг.2а), мин.
С
t=17,5+11,7=29,2 мин.
Были испытаны все три вида масла с температурами от 140 до 300°C через 20°C и результаты сведены в таблицу.
Далее строят графическую зависимость суммарной продолжительности пластической, упругопластической и упругой деформаций от температуры испытания, по которой определяют температурную стойкость смазочного масла (фиг.3), которая составляет: для минерального масла Spectrol Super Universal 15W-40 SF/CC - 260°C; частично синтетического ТНК Супер 5W-40 SL/CF - 300°C; синтетического Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF - 260°C.
Предлагаемый способ определения температурной стойкости смазочных масел позволяет повысить его информативность.