Влияние медного катализатора на окислительные процессы в минеральном моторном масле М-10-Г2к Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

- получить параметрические уравнения связи буксования с коэффициентом использования сцепного веса трактора на различных почвенных фонах;

- установить максимальные и допустимые значения тягового КПД трактора, определяющие ширину рациональных тяговых диапазонов на почвенных фонах разной твердости; определить условия рационального агрегатирования тракторов с переменными массоэнергетическими параметрами в составе почвообрабатывающих агрегатов на различных фонах.

Литература

1. Кутьков, Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства / Г.М. Кутьков. - М.: Колос, 2004. - 504 с.

2. Селиванов, Н.И. Рациональное использование тракторов в зимних условиях / Н.И. Селиванов; Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2006. - 339 с.

-----------♦'------------

УДК 621.895.075 А.А. Метелица, Б.И. Ковальский,

Н.Н. Малышева, В.С. Даниленко

ВЛИЯНИЕ МЕДНОГО КАТАЛИЗАТОРА НА ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В МИНЕРАЛЬНОМ МОТОРНОМ МАСЛЕ М-10-Г2к

В статье приведены результаты испытания минерального моторного масла М-10-Г2к на термоокислительную стабильность с медным катализатором и без него. Установлены особенности влияния медного катализатора на окислительные процессы.

Надежность трибосистем определяется износостойкостью материалов пар трения и качеством смазочного материала, однако вопросы влияния последнего изучены недостаточно. Известно [1-2], что при определенных условиях трения на поверхностях трущихся деталей образуются защитные пленки, которые можно рассматривать как продукт взаимодействия металла с компонентами смазочного материала. Эти явления особенно активно протекают в условиях граничного трения скольжения.

Целью настоящей работы является количественная оценка влияния металлов на окислительные процессы, протекающие в смазочных материалах.

В качестве испытательных образцов выбрано минеральное моторное масло М-10-Г2к (ГОСТ 8581-78) и медная пластина диаметром 50 мм и толщиной 2 мм (ГОСТ 859-66). Изменения в смазочном материале оценивались по коэффициенту поглощения светового потока, вязкости и летучести. Испытания проводились на приборе для определения термоокислительной стабильности смазочных масел в диапазоне температур от 130 до 190°С. В процессе испытания температура испытуемого масла поддерживалась автоматически в пределах ±2°С. Проба испытуемого масла массой 100 г заливалась в стеклянный стакан и перемешивалась стеклянной мешалкой. Через определенные промежутки времени отбиралась проба, которая подвергалась фотометрированию, измерялась вязкость и летучесть. Влияние металлического катализатора оценивалось в сравнении с результатами, полученными при окислении испытуемого масла без катализатора.

Зависимости коэффициента поглощения светового потока от времени и температуры испытания представлены на рис. 1. Характерной особенностью полученных зависимостей является наличие двух изгибов, т.е. процесс окисления происходит в три стадии с образованием начальных, промежуточных и конечных продуктов окисления, однако первый изгиб отчетливо наблюдается в диапазоне температур 130-160°С. Поэтому зависимость Кп = f(t) можно представить тремя линейными участками, угол наклона которых к оси абсцисс определяет скорость окисления.

Влияние катализатора проявляется при температурах от 130 до 160°С, причем при температуре испытания 170 °С и выше катализатор практически не оказывает влияние на окислительные процессы. При температурах от 130 до 160 °С медный катализатор ускоряет окислительные процессы.

20 60 100 140 180 220 260 300

Рис. 1. Зависимость коэффициента поглощения светового потока Кп от времени и температуры испытания минерального моторного масла М-10-Г2к: 1 - 190°С; 2 - 180°С; 3 - 170°С; 4 - 160°С;

5 - 150°С; 6 - 140°С; 7- 130°С; 1-7- масло без катализатора; 1-7'- масло с медным катализатором

Так, при значении коэффициента Кп = 0,3 при температуре 160°С скорость окисления с катализатором увеличилась в 1,38 раза, при температуре 150°С - в 1,43 раза, а при температуре 140°С - в 2,16 раза.

Изменение вязкости при окислении масла с катализатором и без него оценивалось относительной вязкостью Ар, определяемой выражением:

АЦ = Цо/ Цисх ,

где Цо/ Уисх - соответственно вязкость окисленного масла и исходного, сСт.

Арі

Рис. 2. Зависимость относительной вязкости Ау от времени и температуры испытания минерального моторного масла М-10-Г2к (усл. обозначения см. на рис. 1)

Зависимости относительной вязкости (рис. 2) от температуры и времени испытания товарного масла М-10-Г2к с медным катализатором и без него имеют тенденцию увеличения с увеличением времени испытания. Кроме того, интенсивность роста относительной вязкости зависит от температуры испытания. Так, значение Ау = 1,2 с увеличением температуры испытания достигается за более короткое время (рис. 3), однако от температуры испытания 190 до 150°С различия во времени составляет не более 20 ч, а для температуры 140°С оно составляет более 100 ч.

Рис. 3. Зависимость времени окисления масла до значения относительной вязкости Ау = 1,2 от температуры испытания моторного масла М-10-Г2к: 1 - масло без катализатора;

2 - масло с медным катализатором

Влияние продуктов окисления на вязкостные свойства рассмотрены зависимостью Ау = /(Кп) (рис. 4). Установлена общая тенденция увеличения вязкости с ростом коэффициента поглощения светового потока, однако продукты окисления при испытании масла с катализатором в меньшей степени влияют на изменение вязкости. Можно предположить, что медь способствует более глубокому окислению масла с образованием конечных продуктов окисления, а концентрация промежуточных продуктов при этом значительно меньше, так как они, главным образом, влияют на вязкость. Это предположение подтверждается зависимостями (рис. 1), где наблюдается более интенсивное увеличение коэффициента поглощения светового потока при окислении масла с катализатором.

Арі

Рис. 4. Зависимость относительной вязкости от времени и коэффициента поглощения светового потока при испытании минерального моторного масла М-10-Г2к (усл. обозначения см. на рис. 1)

Рис. 5. Зависимость коэффициента термоокислительной стабильности Ктос от времени и температуры испытания минерального моторного масла М-10-Г2к (усл. обозначения см. на рис. 1)

Коэффициент термоокислительной стабильности Ктос, учитывающий изменение вязкости, и коэффициент поглощения светового потока (рис. 5) зависит как от температуры, так и времени испытания. Зависимости Ктос =/(Ц представляют кусочно-линейную функцию, которая имеет изгиб, вызванный изменением механизма окисления и состава продуктов окисления. Изгиб зависимостей объясняется появлением конечных продуктов окисления, в большей степени влияющих на коэффициент поглощения светового потока.

Механизм окисления моторного масла и влияние на него катализатора можно охарактеризовать зависимостью коэффициента термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока. Данные зависимости (рис. 6) оценивают влияние продуктов окисления на вязкость и оптические свойства. В случае равнозначного их влияния на вязкость и оптические свойства, зависимость Ктос =/№ будет наклонена к оси абсцисс под углом 45° (штриховая линия).

Рис. 6. Зависимость коэффициента термоокислительной стабильности Ктос от коэффициента поглощения светового потока Кп и температуры испытания минерального моторного масла М-10-Г2к

(усл. обозначения см. на рис. 1)

При угле наклона больше 45° продукты окисления большее влияние оказывают на вязкость масла. По данным зависимостям видно, что медный катализатор (кривые со штрихом) незначительно влияет на уменьшение угла их наклона, что объясняется его влиянием на уменьшение вязкости масла при окислении.

Зависимости КТОс =f(КП) при значении коэффициента поглощения светового потока Кп = 0,2 имеют изгиб, вызванный образованием продуктов окисления, более интенсивно влияющих на оптические свойства масла. Очевидно, что катализатор в начале окисления до значения Кп = 0,2 практически не оказывает влияние на окислительные процессы и образующиеся в этот период продукты окисления имеют одинаковый состав, а концентрация их зависит от температуры испытания.

Участок зависимости Ктос =ДКп) после изгиба характеризует интенсивность образования конечных продуктов окисления, которые более активно влияют на оптические свойства при окислении масла в присутствии катализатора, вызывая увеличение коэффициента поглощения светового потока.

На рис. 7 представлены зависимости летучести масла от температуры испытания при времени испытании, равном 20 часам. По данным рис. 7 видно, что летучесть масла без катализатора и с ним до температуры испытания 160°С имеет небольшие различия, а после этой температуры различия более грамма. Кроме того, при температурах больше 160°С летучесть масла резко увеличивается, поэтому температура в 160°С определяет температурную область работоспособности исследуемого масла. Катализатор в этой области существенного влияния не оказывает. При температурах больше 160°С влияние катализатора проявляется за счет увеличения молекулярной связи в результате интенсивных окислительных процессов, поэтому летучесть уменьшается.

Одним из объективных параметров окислительных процессов является скорость их протекания в зависимости от температуры и времени испытания (рис. 8). Данные зависимости можно описать тремя участками: первый характеризуется резким увеличением скорости окисления в первые часы испытания; на втором участке происходит уменьшение скорости, а на третьем участке - увеличение скорости окисления. Резкое увеличение скорости окисления на первом участке объясняется образованием начальных продуктов, которые на втором участке превращаются в промежуточные. Скорость химической реакции образования промежуточных продуктов зависит от концентрации начальных продуктов, поэтому реакция окисления замедляется. На третьем участке с образованием конечных продуктов скорость увеличивается из-за их влияния на оптические свойства, так как конечные продукты оптически непрозрачны.

130 140 150 160 170 130 190

Рис. 7. Зависимость летучести от времени и температуры испытания минерального моторного масла М-10-Г2к (время испытания 20ч) (усл. обозначения см. на рис. 3)

Медный катализатор качественно не изменяет процесс окисления, который можно описать также тремя участками, однако катализатор влияет на количественные характеристики процесса. Так, для температур испытания от 170 до 190°С скорость окисления масла с катализатором практически одинакова со скоростью окисления товарного масла.

Рис. 8. Зависимость скорости окисления Укп от времени и температуры испытания минерального моторного масла М-10-Г2к (усл. обозначения см. на рис. 1)

При температурах от 130 до 160°С скорость окисления масла с катализатором превышает значения ее при окислении товарного масла, а в некоторый период времени испытания они равны для температур

130°С и 140°С. Таким образом, катализатор из меди ускоряет окислительные процессы в диапазоне температур от 130 до 160°С особенно в момент образования конечных продуктов окисления, который наступает значительно раньше, чем у масла без катализатора.

Если сравнить скорости окисления при температурах 190°С и 130°С после 20 часов испытания, то они для товарного масла соответственно составят 0,029-11 и 0,0004“ч, т.е. уменьшилась в 72,5 раза, а с катализатором она уменьшилась в 36,3 раза. Изменение скорости окисления при снижении температуры на 10°С от 190 до 180°С при испытании товарного масла в течение 20 часов соответственно составит 0,029-11 и 0,016“ч, т.е. скорость уменьшается в 1,81 раза. При изменении температуры испытания от 150°С до 140°С скорость окисления соответственно составит для товарного масла 0,0029-11 и 0,0012-ч т.е. уменьшается в 2,42 раза, а с катализатором она составит 0,0033 и 0,0012, т.е. скорость уменьшается в 2,75 раза.

Если принять время испытания, равное 40 часам, то скорость окисления при температуре выше 160°С как с катализатором, так и без него, значительно увеличивается, поэтому температура 160 °С является для испытуемого масла критической.

________т ..I..............—1------------1______________11

130 140 150 160 170 180

Рис. 9. Зависимость скорости окисления от температуры испытания минерального моторного масла М-10-Г2к (время испытания 40 ч) (усл. обозначения см. на рис. 3)

Таким образом, проведенными испытаниями показано влияние меди на окислительные процессы в минеральном моторном масле, при этом увеличивается коэффициент поглощения светового потока, вязкость и уменьшается летучесть. Однако активность катализатора проявляется в определенном диапазоне температур (ниже 160°С).

Литература

1. Гершман, И.С. Реализация диссипативной самоорганизации поверхностей трения в трибосистемах / И.С. Гершман, Н.А. Буше// Трение и износ. - 1995. - Т. 10. - № 1. - С. 61-70.

2. Кужаров, А.С. Молекулярные механизмы самоорганизации при трении / А.С. Кужаров, С.Б. Булгаревич, А.А. Кужаров [и др.] // Трение и износ. - 2002. - Т. 23. - № 6. - С. 645-651.

----------♦'------------