CC BY
43
УДК 621.892.1
Б. И. Ковальский, д-р техн. наук, проф., (391)2062926, Labsm@mail.ru
(Россия, Красноярск, СФУ ИНиГ),
В.Г. Шрам, асп., 89504014163, Shram18rus@mail.ru
(Россия, Красноярск, СФУ ИНиГ),
Н. Н. Малышева, канд. техн. наук, доц., 89131905779, Nataly.NM@mail.ru
(Россия, Красноярск, СФУ ИНиГ),
Е.Г. Кравцова, ассистент, 89130333528, Labsm@mail.ru
(Россия, Красноярск, СФУ ИНиГ)
А.Н. Сокольников, канд. техн. наук, доц, зав. кафедрой, 89233760395, asokolnikov@bk.ru (Россия, Красноярск, СФУ ИНиГ)
ИССЛЕДОВАНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ НА ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ
Представлены результаты испытания синтетических моторных масел на термоокислительную стабильность, предложен коэффициент термоокислительной стабильности для сравнения масел, установлены аномальные явления процессов окисления.
Ключевые слова: коэффициенты поглощения светового потока, относительной вязкости, термоокислительной стабильности, летучесть.
В работах [1-5] термоокислительная стабильность смазочных материалов исследовалась при статических температурах в диапазоне от 150 до 180 °С, что позволило установить их сопротивляемость окислению при каждой температуре, определить зависимость ресурса от температуры и тем самым обосновать температурную область применения исследуемого масла. Однако в реальных условиях эксплуатации техники температурный режим изменяется в некоторых пределах и определяется внешними температурными условиями и режимами эксплуатации, которые также изменяются. Поэтому целью настоящего исследования является определение термоокислительной стабильности смазочных материалов при циклическом изменении температуры испытания при постоянном времени испытания, при каждой температуре.
Исследование проводилось при использовании прибора для определения термоокислительной стабильности; фотометра; малообъемного вискозиметра и электронных весов.
Проба масла массой 100±0,1 г термостатировалась в приборе для определения термоокислительной стабильности в течение шести часов с перемешиванием мешалкой с постоянной частотой вращения 300 об/мин при температуре 150 °С. После этого проба окисленного масла взвешивалась для определения массы испарившегося масла. Затем отбирались пробы для определения вязкости, которые фотометрировались с целью опре-
254
деления коэффициента поглощения светового потока. После измерения отобранные пробы сливались в прибор и измерялась их масса. После этого устанавливалась температура испытания на 10 °С выше и продолжались испытания по вышеописанной технологии. Диапазон изменения температуры от 150 до 180 °С называется циклом повышения температуры, а от 180 до 150 °С - циклом понижения температуры. Продолжительность окисления испытуемого масла определяется достижением значений коэффициента поглощения светового потока Кп равного 0,7-0,8 ед.
Для исследования выбраны синтетические моторные масла: 1. Man-nol Elite 5w-40 SL/CF; 2 - Spectral Polarm 0w-40 SJ/CF; 3 - Castrol GTX 0w-30 SL/CF. Все масла являются всесезонными и универсальными, применяются как для бензиновых, так и дизельных двигателей. Первое и третье масла относятся к одной группе эксплуатационных свойств для бензиновых двигателей SL, а второе - к группе SJ более низкий. Для дизельных двигателей группа одинаковая - CF. Масла 1 и 2 испытывались при циклическом изменении температуры испытания от 150 до 180 °С, а масло 3 в диапазоне от 160 до 190 °С.
На рис. 1 представлены зависимости коэффициента Кп от времени окисления. Масло Mannol Elite 5w-40 SL/CF (кривая 1) выдержало 10 циклов повышения температуры и 10 циклов понижения. Масло Spectral Polarm 0w-40 SY/CF (кривая 2) выдержало 6 циклов повышения температуры и 7 - понижения, а масло Castrol GTX 0w-30 SL/CF (кривая 3) выдержало 8 циклов повышения и 8 циклов понижения температуры испытания, причем в диапазоне от 160 до 190 °С, а коэффициент Кп составил всего 0,17 ед.
Поэтому наибольшим сопротивлением окислению характеризуется масло Castrol GTX. Однако данное масло имеет по классификации одинаковую группу эксплуатационных свойств с маслом Mannol Elite - SL, что указывает на несовершенство системы классификации синтетических масел.
Для масла Spectral Polarm (кривая 2) зависимость Кп = f (t) имеет
отличительные особенности, заключающиеся в том, что начиная с шестого цикла повышения температуры испытания от 150 до 180 °С окислительные процессы значительно ускоряются и в циклах от седьмого до двенадцатого коэффициент Кп подвержен значительным колебаниям, как в сторону увеличения, так и уменьшения, причем в двенадцатом цикле повышения температуры значения коэффициента Кп аномально увеличиваются, что не наблюдается в других синтетических маслах. Кроме того в седьмом цикле понижения температуры испытания коэффициент Кп увеличивается, а в восьмом цикле повышения температуры значение коэффициента Кп понижается. Такое явление может объясняться процессами коагуляции продуктов окисления, при которых в начале создаются центры коагуляции, к которым "стягиваются" продукты окисления, образуя сгустки, а при
фотометрировании световой поток, при незначительных размерах сгустков, огибает их, что приводит к осветлению масла.
20 60 100 140 ISO 220 260 300 340
Рис. 1. Зависимость коэффициентов поглощения светового потока Кп
от времени окисления синтетических моторных масел при циклическом изменении температуры в диапазоне от 150 до 180 °С: 1 - Mannol Elite 5w-40 SL/CF; Spectrol Polarm 0w-40 SY/CF; 3 - Castrol GTX 0w-30 SL/CF: четные цифры - циклы повышения температуры; нечетные цифры - циклы
понижения температуры
Вязкость при окислении синтетических масел оценивалось коэффициентом относительной вязкости к м , определяемым отношением
М-
К М=М о / М исх , (1)
где цo и ц исх - вязкости окисленного и товарного масел соответственно.
На рис. 2 представлены зависимости коэффициента относительной вязкости К ц от времени окисления синтетических моторных масел. Установлено, что вязкость масла Mannol Elite (кривая 1) в течение одиннадцати циклов изменения температуры испытания - стабильна и ниже товарного примерно на 10 %. Начиная с одиннадцатого до четырнадцатого циклов она уменьшается на 23 %, а затем увеличивается и в конце двадцатого цикла (366 ч) увеличилась на 27 % по сравнению с товарным маслом.
Для масла Spectrol Polarm наблюдается тенденция снижения вязкости в течение семи циклов испытания на 40 %, а затем увеличения и после 224 ч испытания она увеличилась на 5 % по сравнению с товарным маслом.
Рис. 2. Зависимость коэффициента относительной вязкости К^
от времени окисления синтетических моторных масел при циклическом изменении температуры в диапазоне от 150 до 180 °С
(усл. обозн. см. на рис. 1)
Масло Castrol GTX характеризуется стабилизацией вязкости в течение одиннадцати циклов изменения температуры на уровне выше товарного на 7 %. Дальнейшее окисление приводит к ее увеличению на 40 % после 274 ч. Данное масло испытывалось в диапазоне изменения температур от 160 до 190 °С. В этой связи можно утверждать, что пусковые свойства наилучшие у масла Spectrol Polarm.
Летучесть синтетических масел (рис. 3) наименьшая у масла Castrol GTX, а наивысшая у масла Spectrol Polarm (кривая 2). Показатель летучести после шести часов испытания характеризует концентрацию легких фракций и воды в маслах. По полученным данным видно, что вязкость синтетических масел не влияет на летучесть, так наименьшая вязкость у масла Castrol GTX (0w-30), однако летучесть у него наименьшая (кривая 3) более того оно испытывалось в диапазоне температур 160-190 °С.
У масла Mannol Elite вязкость наибольшая (5w-40), однако летучесть меньше чем у масла Spectrol Polarm у которого она меньше - 0w-40.
При окислении синтетических масел изменяются оптические свойства и летучесть, поэтому показателем термоокислительной стабильности предложен коэффициент E тос определяемый суммой
EТОС = KП + KG , (2)
где Kп - коэффициент поглощения светового потока; Kg - коэффициент летучести:
KG = m /Ы, (3)
где m и Ы - соответственно массы испрявшегося масла и масла оставшегося за определенный период времени окисления.
20 60 100 140 ISO 220 260 300 340
Рис. 3. Зависимости летучести от времени окисления синтетических моторных масел при циклическом изменении температуры в диапазоне от 150 до 180 °С (усл. обозн. см. на рис. 1)
Зависимости коэффициента термоокислительной стабильности ЕтОС от времени окисления представлены на рис. 4. Коэффициент Eтос- это комплексный параметр, позволяющий сравнивать различные масла и определять их температурный диапазон работоспособности.
20 60 100 140 ISO 220 260 300 340
Рис. 4. Зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от времени окисления синтетических моторных масел при циклическом изменении температуры в диапазоне от 150 до 180 °С
(усл. обозн. см. на рис. 1)
Согласно полученным данным, предельной температурой работоспособности является температура для масел: Mannol Elite 5w-40 SL/CF -180 °С; Spectral Polarm 0w-40 SY/CF - 170 °С; Castrol GTX 0w-30 SL/CF -200 °С.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Предложенные средства измерения и методика испытания смазочных материалов при циклическом изменении температуры позволяют определить изменения оптических свойств, летучести и вязкости при окислении, что позволяет сравнивать различные масла и сделать выводы о соответствии их классификации по группам эксплуатационных свойств.
2. Получение дополнительной информации о термоокислительной стабильности смазочных материалов по изменению таких параметров как коэффициент поглощения светового потока, вязкость и летучесть позволяет на стадиях проектирования осуществлять обоснованный их выбор.
3. Предложен коэффициент термоокислительной стабильности смазочных материалов, учитывающий изменение оптических свойств и летучести, при термостатировании, оценить их сопротивляемость окислению и определить предельную температуру работоспособности.
Список литературы
1. Сорокин Г. М. Применение прямого фотометрирования для оценки работоспособности моторных масел / Сорокин Г. М., Б. И. Ковальский // Трение и износ. 1984. Т.5, № 6. С. 978-982.
2. Ковальский Б. И. Фотометрический метод оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, Г. Г. Назаров // Зав. лаборатория. 1997, № 12. С. 65.
3. Ковальский Б. И. Методы и средства повышения эффективности использования смазочных материалов / Б. И. Ковальский // Монография. Новосибирск: Наука, 2005. 342 с.
4. Пат. 2057326 РФ МКИ 3601N25102. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, Л. Н. Деревягина, И. А. Кириченко. 1996. Биол. № 9.
5. Сорокин Г. М. Термоокислительная стабильность трансмиссионного масла ТСГИП / Сорокин Г.М., Ковальский Б.И., Безбородов Ю.Н., Малышева Н.Н. // вестник машиностроения. 2008. № 6. С. 30.
B.I. Kowalski, V.G. Shram, N.N. Malysheva, E.G. Kravtsova, A.N. Sokolnikov
STUDY OF SYNTHETIC MOTOR OILS ON THERMOOXIDATIVE STABILITY AT TEMPERATURE CYCLING
The results of testing synthetic motor oils on the thermo-oxidative stability, the proposed rate of thermooxidative stability of the oil for comparison, fitted anomalous effects of oxidation.
Key words: absorption coefficients of luminous flux, the relative viscosity, thermal-oxidative stability, volatility.
Получено 28.09.12
