CC BY
20
ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ DOI: 10.26730/1999-4125-2019-1-29-35
УДК 621.892.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОДУКТОВ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ, ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ НА ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛЬНОГО МОТОРНОГО МАСЛА ЛУКОЙЛ СТАНДАРТ 10W-40 SF/CC
STUDIES OF THE IMPACT OF PRODUCTS OF TEMPERATURE DESTRUCTION AND PRELIMINARY THERMOSTATING ON THE ANTIWEAR PROPERTIES OF MINERAL ENGINE OIL, LUKOIL STANDARD 10W-40 SF / CC
Рябинин Александр Александрович,
кандидат техн. наук, e-mail: s-ryabinin@mail.ru Alexander A. Ryabinin, С.Sc. in Engineering
Сибирский федеральный университет, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79/10. Siberian Federal University, 79/10, pr. Svobodniy, Krasnoyarsk, 660041.
Аннотация: Научное и практическое значение представляют исследование влияния продуктов образующихся при предварительном термостатировании на процессы протекающие при окислении моторного масла и противоизносные свойства. С этой целью применен комплекс приборов включающий: прибор для испытаний на термостойкость масел в диапазоне температур от 160 до 300 °С; фотометрическое устройство для прямого фотометрирования; прибор для определения термоокислительной стабильности; малообьемный вискозиметр; прибор для испытания трущихся материалов; цифровой микроскоп; лабораторные весы, позволяющие определять оптические свойства, кинематическую вязкость, испаряемость и противоизносные свойства окисленных и термостатированных масел.
Данная работа представляет результаты исследования влияния продуктов температурной деструкции, предварительного термостатирования на противоизносные свойства минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC. Определено влияние предварительного термостатирования на противоизносные свойства, подобраны оптимальные температуры предварительного термостатирования при которых происходит повышение противоизносных свойств в сравнении термостатированных моторных масел при определенных температурах и товарного моторного масла не подвергающегося температурному воздействию.
Ключевые слова: продукты температурной деструкции, предварительное термостатирование, температурная стойкость, термоокислительная стабильность, вязкость, противоизносные свойства, потенциальный ресурс.
Abstract: the study of the impact ofproducts generated during the preliminary thermostating on the processes occurring during the oxidation of engine oil and on anti-wear properties has a scientific and practical importance. For this purpose, a set of instruments was used including: a device for testing the heat resistance of oils in the temperature range from 160 to 300°C; photometric device for direct photometry; a device for determining thermal and oxidative stability; low-volume viscometer; a device for testing friction materials; digital microscope; laboratory scales, allowing to determine the optical properties, kinematic viscosity, evaporation and anti-wear properties of oxidized and thermostatically controlled oils.
This paper presents the results of a study of the effect of the products of temperature decomposition and preliminary thermostating on the anti-wear properties of Lukoil Standard 10W-40 SF / CC mineral engine oil. The effect of preliminary thermostating on antiwear properties has been determined, optimal temperature values of preliminary thermostating have been selected at which there is an increase in anti-wear properties when comparing thermostated engine oils at certain temperatures and commercial oil that has not been exposed to temperature
impact. 5 figures. 11 sources
Key words: temperature destruction products, preliminary temperature control, temperature resistance, ther-mal-oxidative stability, viscosity, anti-wear properties, potential service life.
Введение. Высокие показатели температурной стойкости и противоизносных свойств позволяют увеличить эксплуатационный ресурс моторных масел, который в свою очередь является одним из основных требований применяемых к смазочным материалам. Химический состав, полярность базового масла, состав композиций присадок показатели от которых зависят противоизносные свойства моторных масел, а так же вязкостно-температурные характеристики масла с присадками, которые определяют температурные пределы его применения [1]. Противоизносные свойства масел зависят от их способности формировать хемосорбци-онные и химически модифицированные граничные слои на поверхностях трущихся деталей. Предотвращение коррозионного износа поршневых колец и цилиндров является нетрализирующая способность, важнейшая характеристика способности масла, показателем которой является щелочное число. Придание маслу достаточной нейтрализиру-ющей способности путем введения в его состав дитиофосфатов для предотвращения коррозионно-механического изнашивания и модифицирования поверхностей трения тяжелонагруженных сопряжений во избежание задиров или усталостного выкрашивания. Для улучшения противоизносных свойств при граничной смазке в масла вводят присадки содержащие серу, фосфор, галогены, бор, а так же бензольные дисперсанты. Множественность факторов, влияющих на износ деталей двигателей, принципиальные различия режимов трения и изнашивания узлов затрудняют оптимизацию противоизносных свойств моторных масел.
температурной стойкости, молообьемный вискозиметр, фотометрическое устройство для прямого фотометрирования масел, трехшариковая машина трения со схемой "шар-цилиндр".
Результаты исследования и их обсуждение.
Минеральное моторное масло Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC относится к всесезонным универсальным применяется в бензиновых и дизельных двигателях, класс вязкости по SAE J300 10W-40, а группа эксплуатационных свойств по API для бензиновых двигателей SF, а дизельных СС. Данное масло термостатировалось в диапазоне температур от 160 до 300 °С с повышением температуры на 20 °С. Время испытания составило 8 часов определялись противоизносные свойства по коэффициенту поглощения светового потока на трехшарико-вой машине трения [5].
Согласно справочным данным [1], масло необходимо менять при достижении верхнего или нижнего предела вязкости. Верхним пределом считается повышение вязкости испытуемого масла более чем на 40 % относительно вязкости товарного масла, нижним пределом - падение вязкости на 20 % относительного вязкости товарного масла. С этой целью на графических зависимостях К^ =/(t) (рисунок 1) нанесены штриховые линии, соответствующие значениям коэффициента относительной вязкости 1,4 и 0,8 ед.
Изменение вязкости окисленного предварительно термостатированного минерального масла оценивалось коэффициентом относительной вязкости К^, определяемым выражением
Методика исследования описана в работах [2-3] и предусматривает применение таких измерительных средств как прибор для определения
£"ц=До/Цисх, (1)
где Цо - кинематическая вязкость окисленного
К,х
9
\ ' -- © 6
\ ->5
---- t> ч
2U -1U Ы1 ни
Рис. 1. Зависимость коэффициента относительной вязкости от времени окисления товарного (1) и термостатированного (2-9) минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC при температурах термостатирования: 2 - 160 °С; 3 - 180 °С; 4 - 200 °С; 5 - 220 °С; 6-240 °С; 7 - 260
°С; 8-280 °С; 9- 300 °С
11, -ММ
0.4 0,3 0,2 ОЛ О
И ■■■ ■■■ ■■■ III ■■■ ■■■ ■■■ III
*■ Г1 ■1
L 11 111ПГ11 1 [
тов. 160 180 200 220 240 260 280 ЗОО X,
°с:
Рис. 2. Гистограмма изменения значения показателя износа товарного и окисленного моторного масла после предварительного термостатирования минерального моторного масла Лукойл
Стандарт 101¥-40 £Р/СС
масла, мм2/с.
Цисх - кинематическая вязкость исходного товарного масла до испытания, мм2/с.
Вязкость в данном случае зависит от образующейся концентрации продуктов деструкции и определяет критическую температуру применения масел, при которой она либо увеличивается на 40 %, либо уменьшается на 20 %. Установлено, что для исследованных проб масел с различными температурами предварительного термостатирования в пробах масел, термостатированных при температурах 160 и 280 °С, вязкость падает ниже нижнего допустимого предела. Меньший диапазон колебаний вязкости предварительно термостатированного масла относительно вязкости товарного масла установлен для пробы, термостатированной при 260 °С.
Исследованиями процессов самоорганизации и температурной стойкости предварительно термостатированных моторных масел различных базовых основ установлено [5], что в области первичных продуктов деструкции улучшение противоиз-носных свойств происходит наиболее интенсивно. При переходе от первичных продуктов деструкции во вторичные интенсивность изменения противо-износных свойств замедляется. Такие изменения противоизносных свойств объясняются различиями в структуре и свойствах граничных слоев, которые зависят от концентрации продуктов деструкции.
Анализ приведенных уравнений позволяет сделать вывод о влиянии температуры предварительного термостатирования масла на противоизнос-ные свойства и скорость изменения условной концентрации продуктов деструкции на фрикционном контакте, т. е. чем больше значение критерия противоизносных свойств, тем выше противоизносные свойства масла.
Противоизносные свойства предварительно термостатированных масел оценивались по среднеарифметическому значению диаметра пятна износа на трех шарах на установке для исследования трущихся материалов [6]. Результаты
исследования представлены на рисунке 2.
Установлена общая тенденция изменения противоизносных свойств от времени испытания. Из рисунка 2 видно, что противоизносные свойства предварительно термостатированных масел улучшаются. При оценке противоизносных свойств установлено, что в области первичных продуктов окисления улучшение противоизносных свойств происходит интенсивно, диапазон показателя износа в усредненном значении составляет от 0,42 до 0,25 мм [13-14]. При переходе первичных продуктов окисления во вторичные интенсивность изменения противоизносных свойств замедляется, и усредненные значения диапазона составляют уже от 0,25 до 0,2 мм. Происходящие изменения противоизносных свойств можно охарактеризовать различной концентрацией в структуре и свойствах граничных слоев, которые в свою очередь зависят от концентрации продуктов деструкции [7-10]. В связи с этим необходимо определять изменения противоизносных свойств от концентрации продуктов окисления и температуры предварительного термостатирования смазочных масел.
В качестве такого комплексного показателя использован предложенный ранее [11] критерий противоизносных свойств предварительно термостатированных масел П, ед/мм2 [15]. Данный критерий определяется как отношение коэффициента Кп, характеризующего изменение оптических свойств масел и зависящего от температурного режима испытания, к площади пятна износа 5":
П= £ . (2)
Критерий позволяет дать характеристику условной концентрации продуктов температурной деструкции на исследуемой площади фрикционного контакта [3].
Зависимости критерия противоизносных свойств П от коэффициента поглощения светового потока Кп представлены на рисунке 3.
Зависимость П =/(К„) описывается линейным
Рис. 3. Зависимости критерия противоизносных свойств от коэффициента поглощения светового
потока товарного (1) и термостатированного (2-9) минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC при температурах термостатирования: 2 - 160 °С; 3 - 180 °С; 4 - 200 °С; 5 - 220 °С; 6 - 240 °С; 7 - 260 °С; 8 - 280 °С; 9 - 300 °С Таблица 1 - Регрессионные уравнения зависимостей (рисунок 3)
Параметр Регрессионные уравнения
Без термостатирования П = 4,13 Кп
160 °С П = 4,38 Кп
180 °С П = 4,48 (Кп - 0,027)
200 °С П = 4,97 (Кп - 0,04)
220 °С П = 5,18 (Кп-0,127)
240 °С П = 5,23 (Кп-0,100)
260 °С П = 7,08 (Кп-0,163)
280 °С П = 4,48 (Кп-0,040)
300 °С П = 3,95 (Кп-0,120)
Коэффициенты корреляции колеблются в диапазоне от 0,9958 до 0,9984.
II, ММ"1
Рис.4. Гистограммы изменения критерия противоизносных свойств окисленных моторных масел после предварительного термостатирования минерального моторного масла Лукойл Стандарт
10W-40SF/CC.
Рис. 5. Зависимость влияния предварительного термостатирования минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10\¥-40 бТ^/СС от температуры термостатирования
П = ап (КП - КП.н), (3)
где ап - скорость изменения условной концентрации продуктов деструкции на фрикционном контакте, 1/мм2;
Кп - коэффициент поглощения светового потока при испытании:
Кп н - начальное значение коэффициента поглощения светового потока, обусловленное предварительным термостатированием.
Анализ приведенных уравнений и гистограммы изображенной на рисунке 4 позволяет сделать вывод о влиянии температуры предварительного термостатирования масла на противоизнос-ные свойства и скорость изменения условной концентрации продуктов деструкции на фрикционном контакте [16, 17], т. е. чем больше значение критерия противоизносных свойств, тем выше противо-износные свойства масла [12].
Для оценки влияния температуры предварительного термостатирования на противоизносные свойства смазочных масел предложен коэффициент влияния предварительного термостатирования, определяемый отношением:
Кш= ^п.тов ^ (4)
где Яптс - скорость изменения условной концентрации продуктов деструкции на фрикционном контакте предварительного термостатированного масла, 1/мм2;
Яптов - параметр, характеризующий скорость изменения условной концентрации продуктов деструкции на фрикционном контакте товарного масла, 1/мм2.
На рисунке 5. представлена зависимость коэффициента влияния предварительного термостатирования масел от температуры термостатирования. Выводы:
Согласно проведенным исследованиям установлено, влияние температуры предварительного термостатирования масла влияет на противоизносные свойства и скорость изменения условной концентрации продуктов деструкции на фрикционном контакте и как следствие повышение работоспособности смазочного масла.
Из графика изображенного на (рисунок 5) видно, что при температуре предварительного термостатирования 260 °С для минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10\\М0 ББ/СС критерий противоизносных свойств выше критерия, полученного у товарного масла на 74 %, следовательно, при такой температуре термостатирования противоизносные свойства лучше, чем при остальных температурах предварительного термостатирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник / И. Г. Анисимов, К. М. Бадышева, С. А. Бнатов и др.; Под ред. В. М. Школьникова. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999. - 596 с.
2. Рябинин A.A. Влияние предварительного термостатирования моторных масел различной базовой основы на оптические свойства / A.A. Рябинин // Вестник КузГТУ. - 2016. - №3. - С. 92-96.
3. Рябинин A.A. Влияние предварительного термостатирования на оптические свойства частично-синтетического моторного масла Лукойл Ссупер 10W-40 SG/CD / A.A. Рябинин // Вестник КузГТУ. - 2016. -№4.-С. 83-87.
4. Мышкин, Н.К. Определение температурной стойкости граничных слоев / Н.К. Мышкин. В.А. Кон-чиу //Трение и износ. - 1981. - Т. 11. -№ 4. - С. 725-728.
5. Рябинин A.A. Метод контроля влияния предварительного термостатирования на
термоокислительную стабильность и противоизносные свойства моторных масел: дисс. ... канд. техн. наук / A.A. Рябинин. - Красноярск, 2017. - 113 с.
6. Пат. № 2428677 Рос. Федерация: МПК G 01 № 19/02. Устройство для испытания трущихся материалов и масел / Б.И. Ковальский, Ю Н. Безбородов, О.Н. Петров, В.И. Тихонов: заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». - № 2010119754/28; заявл. 17.05.2010; опубл. 10.09.2011. Бюл.№25.
7. Шрам, В.Г. Исследование влияния продуктов температурной деструкции на противоизносные свойства синтетических моторных масел / В.Г. Шрам, Б.И. Ковальский, О.Н. Петров // Вестник КрасГАУ. Красноярск. - 2013. - № 1 (76). - С. 102-107.
8. Шрам, В.Г. Исследование влияния продуктов температурной деструкции на противоизносные свойства гидравлического масла HLP-10 / В.Г. Шрам, Б.И. Ковальский, О.Н. Петров, Ю.Н. Безбородов, A.A. Игнатьев // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15. - № 13. - С. 137-140.
9. Шрам, В.Г. Влияние механической деструкции и продуктов температурной деструкции на противоизносные свойства минеральных моторных масел. Ч. 2 /В.Г. Шрам, Б.И. Ковальский, О.Н. Петров, Ю.Н. Безбородов, А Н. Сокольников // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15. -№ 13.-С. 149-152.
10. Ковальский, Б.И. Исследование механохимических процессов моторных масел при граничном трении скольжения / Б.И. Ковальский, А.Н. Сокольников, О.Н. Петров, A.B. Кузьменко // Транстрибо. IV международный симпозиу м по транспортной триботехнике: сб. тр. - СПб., 2010. - С. 86-91.
11. Пат. № 2454654 Рос. Федерация: МПК G 01 № 3/56, G 01 № 33/30. Способ определения качества смазочных масел / Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, H.H. Малышева, A.B. Кузьменко, М.М. Рунда, Е.Г. Мальцева; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». -№ 2011107418/28; заявл. 25.02.2011; опубл. 27.06.2012. Бюл. № 18.
12. Гарзанов, Е.Г. Техническая диагностика поршневых газоперекачивающих агрегатов по анализу отработанного масла / Е.Г. Гарзанов, В.А. Ильин [и др.] // Трение и износ. - 1982 - Т.З.-№ 2. - С. 284-289.
13. Соколов, А.И. Изменение качества масел и долговечность автомобильных двигателей / А.И. Соколов. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1976. - 120 с.
14. Маркова, JI.B. Современные требования к контролю работоспособности масла дизельного ДВС / JI.B. Маркова, Н.К. Мышкин, X. Конг [и др.] // Трение и износ. - 2002. - Т. 23. - № 4. - С. 425-435.
15. Скиндер, Н.И. Портативный комплекс средств для экспресс-диагностики работающего моторного масла / Н.И. Скиндер, Ю.А. Гурьянов // ХТТМ. - 2001 - Т. 1. - С. 38-40.
16. Fhoenes, H.W. Evfahrungen mit der Vickers - Emgelse - uenpumpe / H.W. Fhoenes, K. Baner, P. Herman// schiertechnik Tribologie. - 1978 - №4, August. S9.
17. Studt, P. Boundary Lubrication: adsorption of oil additives on steel and ceramic surfaces and its influence on friction and wear // Tribology Int. - 1989 (22). - № 2. - P. 111-119.
REFERENCES
1. Fuels, lubricants, technical fluids. Assortment and application: Reference book /1. G. Anisimov, K. M. Badysheva, S. A. Bnatov, and others; Ed. V.M. Shkolnikova. Ed. 2nd pererab. and add. - M .: Publishing center "Techinform", 1999. - 596 p.
2. Ryabinin A. A. Effect of preliminary thermostating of motor oils of various basic bases on optical properties / A.A. Ryabinin // Bulletin KuzGTU. - 2016. - №3. - C. 92-96.
3. Ryabinin A. A. The effect of preliminary thermostating on the optical properties of partially synthetic motor oil Lukoil Super 10W-40 SG / CD / A. A. Ryabinin // Bulletin KuzGTU. - 2016. - №4. - C. 83-87.
4. Myshkin, N.K. Determination of temperature resistance of boundary layers / N.K. Myshkin, V.A. Konchiu // Friction and wear. -1981. - V. 11. - № 4. - p. 725-728.
5. Ryabinin A.A. The method of controlling the effect of pre-temperature on the thermo-oxidative stability and anti-wear properties of motor oils: diss. ... Cand. tech. Sciences / A.A. Ryabinin. - Krasnoyarsk, 2017. -113 P-
6. Pat. No. 2428677 Ros. Federation: IPC G 01 № 19/02. A device for testing friction materials and oils. Kovalsky, Yu.N. Bezborodov, ON Petrov, V.I. Tikhonov; applicant and patent holder of FGOU VPO "Siberian Federal University". - № 2010119754/28; declare 05/17/2010; publ. 09/10/2011. Bul.№25.
7. Scar, V.G. Study of the effect of temperature degradation products on the antiwear properties of synthetic motor oils / V.G. Scar, B.I. Kovalsky, ON Petrov // Herald KrasGAU. Krasnoyarsk. - 2013. - № 1 (76). - pp. 102-107.
8. Scar, V.G. Study of the effect of temperature destruction products on the anti-wear properties of hydraulic oil HLP-10 / V.G. Scar, B.I. Kovalsky, ON Petrov, Yu.N. Bezborodov, A.A. Ignatiev // Bulletin of Kazan Technological University. - 2012. - V. 15. -№ 13. - P. 137-140.
9. Scar, V.G. The effect of mechanical destruction and temperature destruction products on the anti-wear properties of mineral motor oils. Part 2 / V.G. Scar, B.I. Kovalsky, ON Petrov, Yu.N. Bezborodov, A.N. Sokolni-kov// Bulletin of Kazan Technological University. -2012. -T. 15. -№ 13. - P. 149-152.
10. Kovalsky, B.I. Investigation of mechanochemical processes of motor oils at boundary sliding friction / B.I. Kovalsky, A.N. Sokolnikov, ON Petrov, A.V. Kuzmenko // Transtribo. IV International Symposium on Transport Tribotechnics: Sat. tr. - SPb., 2010. - P. 86-91.
11. Pat. No. 2454654 Ros. Federation: IPC G01 No. 3/56, G01 No. 33/30. Method for determining the quality of lubricating oils / B.I. Kovalsky, Yu.N. Bezborodov, N.N. Malysheva, A.V. Kuzmenko, M.M. Runda, E.G. Maltsev: applicant and patent holder of FGOU VPO "Siberian Federal University". - № 2011107418/28: declare February 25, 2011: publ. 27.06.2012. Bui. No. 18.
12. Garzanov, E.G. Technical diagnostics of piston gas pumping units for the analysis of waste oil / E.G. Garzanov, V.A. Ilyin [and others] // Friction and wear. - 1982 - V. 3. - № 2. - p. 284-289.
13. Sokolov, A.I. Change of oil quality and durability of automobile engines / A.I. Sokolov. - Tomsk: Publishing house Tom. University, 1976. - 120 p.
14. Markova, L. V. Modem requirements for monitoring the performance of diesel engine oil / L. V. Markova, N.K. Myshkin, H. Kong [and others] // Friction and wear. - 2002. - V. 23. - № 4. - P. 425^135.
15. Skinder, N.I. Portable complex of means for express diagnostics of working engine oil / N.I. Skinder, Yu. A. Guiyanov // HTTM. - 2001 - Т. 1. - p. 38-40.
16. Fhoenes, H.W. Evfahrungen mit der Vickers - Emgelse - uenpumpe / H.W. Fhoenes, K. Baner. P. Herman // schiertechnik Tribologie. - 1978 - №4, August. S9.
17. Studt, P. Boundary Lubrication: Tribology Int. - 1989 (22). - № 2. - P. 111-119.
Поступило в редакцию 11.03.2019 Received 11 March 2019
