Особенности окисления смазочных масел

УДК 66

ОСОБЕННОСТИ ОКИСЛЕНИЯ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

Ерошкин Никита Алексеевич, студент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет -МСХА имени К. А. Тимирязева», г. Москва, РФ.

Аннотация: в статье рассмотрена специфика окисления. Описаны виды смазочных масел. Рассмотрено значение присадок в маслах. Проведено сравнение минеральных и синтетических базовых масел. Обозначены механизмы воздействия на смазочные масла. Описаны последствия воздействия на смазочные масла различных факторов. Ключевые слова: смазочные масла; окисление; последствия окисления.

FEATURES OF OXIDATION OF LUBRICATING OILS Eroshkin Nikita Alekseevich, student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Russian Timiryazev

State Agrarian University», Moscow, Russia.

Summary: The article considers the specificity of the oxidation. Describes the types of lubricating oils. Discusses the importance of additives in oils. Comparison of mineral and synthetic basic oils is carried out. Indicated mechanisms of action of lubricating oil. Describes the effects on lubricating oils of various factors. Keywords: grease; oxidation; effects of oxidation.

Любому механизму для правильной работы, требуются не только качественные материалы, но и правильно подобранные вспомогательные элементы, которые будут способствовать меньшему износу механизма и, таким образом, его долговечности. Тем не менее, существует ряд факторов, которые могут привести к изменению химических, а, следовательно, и физических свойств смазочного масла. Это такие факторы как негерметичность камеры сгорания, высокие температуры, заведомо «неправильные» присадки, а также время работы/старение масла. Поэтому знание об окислении смазочных масел - один из главных аспектов в данном случае. В этой статье мы рассмотрим виды смазочных масел, как именно окис-

ляется тот или иной вид, а также как это влияет на сам механизм.

Окисление - это химическая реакция любой молекулы в соединении с кислородом [1, 304 с].

Это самый распространенный химический процесс в природе. Окисление смазочных масел такой же процесс, он приводит к постоянной химической реакции в молекулах базового масла. При окислении смазочного масла, реакция происходит как последовательное добавление кислорода к молекулам базового масла, с образованием множества химических соединений (например, кетоны, альдегиды, гидроперекиси и карбоновые кислоты). Скорость реакции зависит от нескольких факторов. Но основной, конечно, это

температура при которой происходит реакция. В зависимости от нее, скорость реакции может меняться. При увеличении температуры - скорость окисления увеличивается и наоборот. В совокупности, специфика окисления того или иного смазочного масла зависит от изначального (базового) сырья, а также присадок. Все это определяет вязкость, температуру застывания, противоизносные свойства, коррозионный износ, окислительные свойства, содержание механических примесей и воды и так далее, что, непосредственно влияет на окисление смазочных масел [6, 53...67 с].

По происхождению / исходному сырью, базовые масла различают на:

• минеральные. Они же нефтяные. Их получают при соответствующей переработке нефти. По способу получения такие материалы делятся на дистиллятные, остаточные, компаундированные или смешанные.

• синтетические. Получаются из различного исходного сырья, различными методами. Синтетические масла обладают всеми необходимыми свойствами, однако, из-за высокой стоимости их производства применяются только в самых ответственных узлах трения.

Также есть органические. Это растительные и животные масла. Растительные масла получают с помощью переработки семян определенных растений. Самое популярное в технике - касторовое масло. Животные масла вырабатывают из животных жиров (сало, технический рыбий жир, костное и других). Органические масла по сравнению с нефтяными, имеют более высокие смазывающие свойства, но менее термоустойчивы. Поэтому их часто используют в смеси с нефтяными.

Окисление смазочных масел, по большей части, зависит от их базовых свойств, а определить уровень окисления можно опытным путем по кинетической вязкости масла и кислотному числу нагревом масел до определенной температуры. При этом температура подбирается таким образом, чтобы она соответствовала температуре верхнего компрессионного кольца поршневой группы ДВС. Под действием кислорода масло меняет свои основные свойства, такие, как кинетическая вязкость и кислотное число, а также в нем накапливаются продукты окисления. Соответственно, эти параметры измеряются до и после окисления, и по их изменениям оцениваются эксплуатационные свойства продукта. Чем меньше изменений произошло, тем лучше масло может сопротивляться окислению, тем меньшим изменениям подвержены его свойства и тем более оно долговременно [4, 102.115 с].

Также, стоит сказать о присадках, которые используются для улучшения свойств базового масла. Их подразделяют следующим образом (табл.1):

Концентрация присадок, в зависимости от вида смазочного материала, может быть в пределах от 0,1 % до 0,3 % для турбинного масла, и до 30 % для моторных масел, например, в маслах для высокомощных дизельных двигателей. Специфика разложения масел обозначена двумя факторами - разложение базового масла и срабатывание присадок.

Так или иначе, окисление смазочных масел может происходить, прежде всего, при изменении температуры. Это один из главных факторов изменения химических свойств масла. Химические изменения изначальных свойств - это всегда плохо для деталей, эффективности работы и всего механизма в целом. Потому как при

Таблица 1

Присадки в моторные масла

Название / вид присадок Эффект / действие

Антиокислительные Повышение стойкости масел к окислению

Противокоррозионные Защита металлических поверхностей и деталей от коррозионного воздействия продуктов, содержащих кислоты

Моющедиспергирующие Снижение количества продуктов окисления на металлических поверхностях

Противоизносные Противозадирные Антифрикционные Улучшение смазочных свойств масел, уменьшение износа деталей

Депрессорные Понижение температуры застывания масел

Антипенные Предотвращение вспенивания масел

производстве масла, производителю необходимо учитывать различные условия их эксплуатации, поэтому все масла проходят обязательную комплексную проверку. Для каждого отдельного свойства установлены проходные оценки. Рост вязкости, величины износа, загрязненность деталей отложениями должны быть не больше, чем установленный предел в классификации для масел конкретной категории. У минеральных, синтетических и полусинтетических (синтетические масла, комбинированные с минеральными), безусловно, существуют различия в работе, которые проявляются в различном (сильном/не сильном) изменении химических свойств при воздействии одних и тех же факторов.

Минеральные базовые масла.

Для большинства минеральных масел, скорость окисления увеличивается в два раза при увеличении общей температуры выше 75 °С. Из-за этого, синтетические масла часто предпочитаются для высоких температурных применений, чтобы

предотвратить быстрое окисление масла. Также, очень важно обращать внимание на то, что в минеральных базовых маслах должно содержаться как можно меньшее количество ароматических соединений. Ввиду того, что ароматические соединения более склонны к насыщению кислородом. Поэтому процесс окисления для таких базовых масел будет происходить быстрее, что приведет к разрушению молекул масла [2, 331 е.]

Синтетические масла.

Чаще всего, базовые синтетические компоненты используют для изготовления всесезонных моторных масел с наилучшими низкотемпературными свойствами и широким диапазоном вязкостных классов. На основе минеральных же такие масла не могут быть созданы.

Из-за того, что минеральные масла неустойчивы к высоким температурам, синтетические масла часто предпочтительнее для применений, дабы предотвратить быстрое окисление масла.

Конечно, у некоторых подвидов масел

могут быть недостатки (в плане химических свойств). Но они устраняются с помощью рационального сочетания синтетических компонентов разных классов и тщательного подбора присадок. Производители масел умеют улучшать полную окислительную устойчивость базового масла с помощью жесткого контроля его химической структуры, что, безусловно, позитивно сказывается на общей производительности работы [6, 98.120 с].

Разница между минеральными, полусинтетическими или полностью синтетическими базовыми маслами, заключаются в том, что полусинтетические и синтетические масла проходят классификационные испытания, как правило, со

значительным превышением предъявляемых требований, а минеральное только удовлетворяет им, иногда показывает результат, близкий к предельно допустимому [7].

Как минеральные, так и синтетические базовые масла, разлагаются под воздействием четырех механизмов [4, 152.154

с.]:

1) Окисления; 2) Термической деструкции; 3) Давления при высоких температурах (высокотемпературного напряжения); 4) Гидролиза.

Продукты окисления масла, термической деструкции, давления, гидролиза, могут привести к непредсказуемым последствиям для механизма (табл. 2).

Причина / признак / показатель Последствия

1. Наличие карбоновой кислоты -Кислотная коррозия металлических поверхностей

2. Увеличение кислотного числа -Усиление окисления масла -Формирование шлака и нагара

3. Образование шлака и нагара -Кислородосодержащие побочные продукты формируют большие молекулы с большим молекулярным весом

4. Увеличение молекул масла -Увеличение вязкости

5. Значительное повышение температуры -Химическое изменение молекул масла

6. Длительное нагревание -Образование горячих трещин -Разъедание углеродистой основы масла

7. Образование горячих трещин -Снижение вязкости масла

8. Гидролиз сложных эфиров -Распад связи сложных эфиров масла -Изменение химических и физических свойств -Побочные продукты реакции

9. Побочные продукты реакции -Увеличение коррозионности масла -Катализирование дальнейшей реакции

10. Неправильное применение масла -Увеличение износа, вязкости -Нарушение работы механизма

Таблица 2

Влияние продуктов окисления масла на механизмы

Все механизмы являются результатом изменений молекул базового масла. Происходящие изменения часто различны по своей химической природе, что подтверждается результатами исследований отработанного масла. По этой причине, очень важно знать какая вероятность протекания того или иного механизма. Огромная ответственность лежит на про-

изводителях масла, которым необходимо учитывать все возможные факторы и проводить тестирования масла в различных условиях. Но также важно учитывать требования эксплуатации, применяя то или иное смазочное масло там, для каких конкретно механизмов оно разработано. Иначе могут быть серьезные последствия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глинка. Н. Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. - 27-е изд., стереотипное / Под ред. В. А. Рабиновича. - Л. : Химия, 1988. - 704 с.

2. Зорин И. А., Корнеев С. В., Финагин К. В., Влияние окисления базовых минеральных моторных масел на их трибологические характеристики // Омский научный вестник. - 2012. - № 1 (107). - С. 330-333.

3. Нефтепродукты. Справочник, под ред. Б. В. Лосикова, М., 1966.

4. Сафонов А. С., Ушаков А. И., Гришин В. В. Химотология горюче-смазочных материалов - СПб. : НПКИЦ. - 2007. - 488 с.

5. Теоретические основы химмотологии, под ред. А. А. Браткова. - М., 1985.

6. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочное издание. Под ред. В. М. Школьникова. - М., 1989.

7. Site of Mobil 1™ Synthetic and Mineral Greases. Similarities and Differences. PressReleases: February 11, 2015.

REFERENCES

1. Glinka. N. L. Obshchaya khimiya: Uchebnoe posobie dlya vuzov. - 27-e izd., stereotipnoe / Pod red. V. A. Rabinovicha. - L. : Khimiya, 1988. - 704 s.

2. Zorin I. A., Korneev S. V., Finagin K. V., Vliyanie okisleniya bazovykh mineral'nykh motornykh masel na ikh tribologicheskie kharakteristiki // Omskiy nauchnyy vestnik. -2012. - № 1 (107). - S. 330-333.

3. Nefteprodukty. Spravochnik, pod red. B. V. Losikova, M., 1966.

4. Safonov A. S., Ushakov A. I., Grishin V. V. Khimotologiya goryuche-smazochnykh materialov - SPb. : NPKITs. - 2007. - 488 s.

5. Teoreticheskie osnovy khimmotologii, pod red. A. A. Bratkova. - M., 1985.

6. Topliva, smazochnye materialy, tekhnicheskie zhidkosti. Assortiment i primenenie. Spravochnoe izdanie. Pod red. V. M. Shkol'nikova. - M., 1989.

7. Site of Mobil 1™ Synthetic and Mineral Greases. Similarities and Differences. PressReleases: February 11, 2015.

Материал поступил в редакцию 23.12.2016

© Ерошкин Н. А., 2016