CC BY
1
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 539.621
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-8-246-247
ЗАВИСИМОСТИ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ МАСЛА И-20А ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ СВЕРХЩЕЛОЧНОГО СУЛЬФОНАТА КАЛЬЦИЯ
И.А. Шульгин, А.Д. Бреки, Н.Е. Стариков, Е.Б. Седакова, Г.В. Цветкова
В статье приведены результаты экспериментальных исследований триботехнических свойств смазочных композиций на основе масла И-20А в зависимости от концентрации в них сверхщелочного сульфоната кальция. Установлено, что добавление сверхщелочного сульфоната кальция в базовое масло И-20А в различных концентрациях способствует повышению предельной нагрузочной способности смазочного слоя, его несущей способности, противоза-дирных и противоизносных свойств. Выявлены закономерности изменения триботехнических характеристик смазочных композиций в зависимости от концентрации сверхщелочного сульфоната кальция.
Ключевые слова: нагрузка сваривания, индекс задира, критическая нагрузка, показатель износа, сверхщелочной сульфонат кальция, смазочное масло.
Известно, что распространёнными многофункциональными добавками к маслам являются сверхщелочные сульфонаты щелочноземельных металлов. Эти присадки проявляют прекрасные моющие свойства, защищают от коррозии, а также в некоторой мере увеличивают смазочные способности. Сверхщелочные сульфонаты щелочноземельных металлов содержат в своём составе мицеллы карбоната щелочноземельного металла, которые обладают способностью нейтрализовывать кислые продукты окисления, и связывать попадающую в масло воду, что предотвращает протекание процессов коррозии [1]. Также эти присадки обладают прекрасными моющими свойствами за счёт возможности включения загрязнений внутрь мицеллы или, в случае крупных частиц загрязнения, адсорбции заряженных мицелл на поверхности частиц и их солюбилизация [2]. Важным фактором защиты трущихся поверхностей от механического и коррозионного воздействия является образование граничных плёнок, состоящих из аморфного кальцита. Этот материал обладает достаточно низким коэффициентом трения, и хорошей разделительной способностью. Поэтому применение сверхщелочных сульфонатов (в частности, сверхщелочного сульфоната кальция) положительно влияет на трибологические свойства смазочно-охлаждающих жидкостей. Также плёнка кальцита дополнительно защищает поверхность металла от возможного контакта с коррозионными факторами среды [3, 4]. Одним из распространённых смазочных масел является масло марки И-20А, не содержащее присадок, применяющееся в машинах и механизмах промышленного оборудования, условия работы которых, не предъявляют особых требований к антиокислительным и антикоррозионным свойствам масел [5]. Если же такие требования появляются, наряду с повышением противоизносных свойств и несущей способности смазочного слоя в условиях интенсификации нагрузок и скоростей в современных механизмах и машинах, то возникает необходимость введения присадок в масло И-20А. Поскольку триботехнические свойства смазочных композиций на основе масла И-20А, содержащих сверхщелочной сульфонат кальция изучены недостаточно, то возникает необходимость данных поисковых исследований, особенно в условиях импортозамещения.
Материалы и методика исследования. Для приготовления смазочных композиций использовались базовое масло И-20А по гост ГОСТ 20799-88 [5] (табл.1).
Таблица 1
Характеристики базового масла И-20А |5|_
Наименование показателя Допустимые значения по ГОСТ
Вязкость кинематическая при 40°С, мм2/с 29-35
Кислотное число, мг КОН/г, не более 0,03
Температура, °С: вспышки в открытом тигле, не ниже 200
Температура, °С: застывания, не выше -15
Цвет, ед. ЦНТ, не более 2,0
Зольность, %, в пределах 0,005
Массовая доля, %: серы, не более 1,0
Стабильность против окисления приращение кислотного числа, мг КОН/г, не более: 0,30
Стабильность против окисления приращение смол, %, не более: 2,0
В качестве присадки был использован сверхщелочной сульфонат кальция в диапазоне концентрации (по массе) от 0 до 10% с шагом 1%.
Исследования проводились на четырехшариковой машине трения ЧМТ-1 в соответствии с ГОСТ 9490-75 [6, 9, 10]. Определялись такие триботехнические характеристики смазочных композиций как показатель износа йи, индекс задира Из, критическая нагрузка Рк и нагрузка сваривания Рс, после чего строились их зависимости от концентрации присадки С. На основании анализа диаграммы рассеяния и опыта предыдущих исследований, формировали уравнение регрессии триботехнической характеристики У по X (концентрации С) [7]. Параметры выбранного уравнения находили, применяя метод наименьших квадратов. На основании экспериментальных данных изображали диаграмму рассеяния и на ней строили график уравнения регрессии У по X.
Для оценки тесноты связи в нелинейной регрессионной модели вычисляли индекс корреляции по формуле
[7, 8]:
Кух —
1 -
(1)
где Лух — индекс корреляции, ух1 — теоретическое значение результирующего признака у (рассчитанное по уравнению регрессии), уь — значение результирующего признака у, у — среднее арифметическое, Щх — коэффициент детерминации.
Для расчёта Лух составляли специальную вспомогательную таблицу. Оценивали значимость уравнения регрессии У по X. Полученное уравнение регрессии значимо на уровне а, если фактически наблюдаемое значение статистики [8]:
р — •
> V,
(2)
где тх — число параметров при переменной х. Фактическое значение Е-критерия Рехр сравнивали с табличным при уровне значимости а — 0,05 и числе степеней свободы к1 — тх и к2 — пр — тх — 1.
Результаты и их обсуждение. На основе полученных экспериментальных результатов реализовали выявление закономерностей изменения триботехнических характеристик в зависимости от концентрации сверхщелочного сульфоната кальция в масле. Данные для проведения регрессионного анализа приведены в сводной таблице 2.
Данные для регрессионного анализа
Таблица 2
Концентрация сверхщелочного суль-фоната кальция С, % 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Рс, кГс 106 150 168 178 184 188 193 200 211 224 237
Рк, кГс 47 50 52 56 57 60 66 75 82 86 89
Из, кГс 18 24 25 26 26 27 29 31 33 36 38
Ои, кГс 0,56 0,27 0,27 0,27 0,28 0,27 0,28 0,27 0,27 0,27 0,28
На основании априорной информации, диаграммы рассеяния, опыта предыдущих исследований, сформировали уравнение регрессии нагрузки сваривания Рс по С:
Рс(С) — Рсо + 1р-С + АРС—:
(3)
1+Грс с
где Рс — нагрузка сваривания, С —концентрация присадки, Рс0 — величина нагрузки сваривания при концентрации присадки С — 0, 1рс — интенсивность линейного изменения нагрузки сваривания с ростом концентрации, АРс —приращение нагрузки сваривания при её нелинейном изменении, уРс — резкость нелинейного изменения нагрузки сваривания.
Параметры выбранного уравнения (3) находили, применяя метод наименьших квадратов:
Рс(С) — 106 + 8,44 • С + 41 —: ""
-. (4)
1+18 С у '
По данным таблицы 2 изображали диаграмму рассеяния и на ней строили график уравнения регрессии Рс(С) по С (рис.1).
250
200 -
150-
50-
РсСО.кГс
Рехр > ^0.05;2;8
100" Рс(С) = 147-8,44-С -
41
1-18-С
С,%
-
2 4 6 8
Рис. 1. Зависимость Рс от С
10
Для расчёта РРсС и Е-критерия составляли специальную вспомогательную таблицу (табл.3).
247
Р
Таблица 3
Таблица для расчёта ЯРС и ¡ '-критерия_
пр С1 Ра. Рс(Сг) (Ра — Рс)2 (Ра—Р(Сд)2
1 0 106 106 6298,58678 0
2 1 150 153,2821 1250,58678 10,7722152
3 2 168 162,7719 301,495868 27,33311431
4 3 178 171,5745 54,2231405 41,28646553
5 4 184 180,1984 1,85950413 14,45249558
6 5 188 188,7495 6,95041322 0,561676052
7 6 193 197,2639 58,3140496 18,18044411
8 7 200 205,7572 214,22314 33,14495344
9 8 211 214,2372 657,22314 10,47973188
10 9 224 222,7085 1492,7686 1,668059298
11 10 237 231,1735 2666,31405 33,94832715
Среднее 185,3636
Сумма 13002,5455 191,8274826
Индекс корреляции между Рс и С вычисляли по формуле (1):
Крсс =
1 -
^(Ра-РсСсд)2
Е^Ра-Рс)2
= 0,9926.
Значимость уравнения регрессии (4) проверяли с помощью критерия Фишера по формуле (2):
„ 0,99262 11-2-1
грт =-г--— 267.
ехр 1-0,99262 2
Фактическое значение Е-критерия Рехр сравнивали с табличным при уровне значимости а = 0,05 и числе степеней свободы к1 =2 и к2 =8. Табличное значение равно Р0 05.2.в — 4,46. Поскольку Рехр > Р0 05.2.в то на уровне значимости 0,05 признаётся статистическая значимость уравнения регрессии в целом. Коэффициент детерминации РрсС — 0,985 показывает, что вариация нагрузки сваривания на 98,5% обусловлена регрессией или изменчивостью концентрации присадки сверхщелочного сульфоната кальция. Соответственно вариация нагрузки сваривания на 1,5% обусловлена воздействием неучтённых в модели переменных, к которым относятся химический состав базового масла И-20А, а также характеристики масла, приведённые в таблице 1 и другие.
Далее, на основании априорной информации, диаграммы рассеяния, опыта предыдущих исследований, сформировали уравнение регрессии критической нагрузки Рк по С:
Рк(С) = Рко + V С + АРк — 1 +Л^к • с, (5)
где Рк — критическая нагрузка, Рк0 — величина критической нагрузки при концентрации присадки С = 0, 1Рк — интенсивность линейного изменения критической нагрузки с ростом концентрации, ЛРк —приращение критической нагрузки при её нелинейном изменении, уРк — резкость нелинейного изменения критической нагрузки.
Параметры выбранного уравнения (5) находили, применяя метод наименьших квадратов:
Рк(С) = 47 + 3,5 •С + 1 — 1 + 10 с. (6)
По данным таблицы 2 изображали диаграмму рассеяния и на ней строили график уравнения регрессии Рк(С) по С (рис.2).
Ш^РкСО.кГс
120-90 6030-
Рехр > ^0.03:2; 8
РК(С) = 48- 3,3 С-
1- ЮС
с,%
—I-»-
2 4 6 8
Рис. 2. Зависимость Рк от С
10
Для расчёта РРкС и Е-критерия составляли вспомогательную таблицу (табл.4). Индекс корреляции между Рк и С вычисляли по формуле (1):
Рр.г =
1 — ^))2 =0,955.
ЕиРш—Рк)2
Значимость уравнения регрессии (6) проверяли с помощью критерия Фишера по формуле (2):
0,9552 11 — 2 — 1
р =------ 41 5
*ехр 1 — 0,9552 2 - 41,5. Фактическое значение Е-критерия Рехр сравнивали с табличным при уровне значимости а = 0,05 и числе степеней свободы к1 =2 и к2 =8. Табличное значение равно Р0,05; 2; 8 — 4,46. Поскольку Рехр > Р0,05; 2; 8 то на уровне значимости 0,05 признаётся статистическая значимость уравнения регрессии в целом. Коэффициент детерминации
Рркс = 0,91 показывает, что вариация критической нагрузки на 91% обусловлена регрессией или изменчивостью концентрации присадки сверхщелочного сульфоната кальция. Соответственно вариация критической нагрузки на 9% обусловлена воздействием неучтённых в модели переменных, к которым относятся химический состав масла И-20А, а также его характеристики, приведённые в таблице 1 и другие.
Таблица 4
Таблица для расчёта ЯРкС и ¡ '-критерия_
п„ Р* Рк(СУ (Рш — Рк)2 (Рк1 — Рк(Сд)2
1 0 47 47 340,5702479 0
2 1 50 51,40909 238,8429752 1,985537164
3 2 52 54,95238 181,0247934 8,716553569
4 3 56 58,46774 89,38842975 6,089750085
5 4 57 61,97561 71,47933884 24,75669288
6 5 60 65,48039 29,75206612 30,03469867
7 6 66 68,98361 0,297520661 8,901908344
8 7 75 72,48592 91,11570248 6,320620873
9 8 82 75,98765 273,7520661 36,14830082
10 9 86 79,48901 422,1157025 42,39297776
11 10 89 82,9901 554,3884298 36,11891003
Среднее 65,45455
Сумма 2292,727273 201,4659502
На основании априорной информации, диаграммы рассеяния, опыта предыдущих исследований, сформировали уравнение регрессии индекса задира Из по С:
Из(С) = из0 + + Жз-^+И-;, (7)
где Из — индекс задира, Из0 — величина индекса задира при концентрации присадки С = 0, 1Из — интенсивность линейного изменения индекса задира с ростом концентрации, АИз —приращение индекса задира при его нелинейном изменении, уИз — резкость нелинейного изменения индекса задира.
Параметры выбранного уравнения (7) находили, применяя метод наименьших квадратов:
Из(С) = 18 + 1,55 •С + 3 —-3-.
(8)
По данным таблицы 2 изображали диаграмму рассеяния и на ней строили график уравнения регрессии Из(С) по С (рис.3).
70 Ф И3(С),кГс
5642-28.Г 14-
И3(С) = 21 - 1,33 С-
1-7 С
Рехр > ^0.05;2;8
С,%
—
2 4 6 8
Рис. 3. Зависимость Из от С
10
Для расчёта с и Е-критерия составляли вспомогательную таблицу (табл.5).
Таблица для расчёта с и критерия
Таблица 5
п„ с1 Из1 Из(су (Из1 — И3)2 (Из1—Из(Сд)2
1 0 18 18 109,2975207 0
2 1 24 22,175 19,84297521 3,330625
3 2 25 23,9 11,9338843 1,21
4 3 26 25,51364 6,024793388 0,236549551
5 4 26 27,09655 6,024793388 1,202425631
6 5 27 28,66667 2,115702479 2,777777889
7 6 29 30,23023 0,297520661 1,51347225
8 7 31 31,79 6,479338843 0,6241
9 8 33 33,34737 20,66115702 0,120664805
10 9 36 34,90313 56,9338843 1,203134766
11 10 38 36,45775 91,11570248 2,378545858
Среднее 28,45455
Сумма 330,7272727 14,59729575
Индекс корреляции между Из и С вычисляли по формуле (1):
=
N
1 — =о,9777.
^(Из-И)2
Значимость уравнения регрессии (8) проверяли с помощью критерия Фишера по формуле (2):
249
— 86,6.
р = 0,9т2 11 ехр 1—0997772 _
Фактическое значение Е-критерия Рехр сравнивали с табличным при уровне значимости а = 0,05 и числе степеней свободы к1 =2 и к2 =8. Табличное значение равно Р0 05.2.8 — 4,46. Поскольку Рехр > Р0 05.2.8 то на уровне значимости 0,05 признаётся статистическая значимость уравнения регрессии в целом. Коэффициент детерминации = 0,956 показывает, что вариация индекса задира на 95,6% обусловлена регрессией или изменчивостью концентрации присадки сверхщелочного сульфоната кальция. Соответственно вариация индекса задира на 4,4% обусловлена воздействием неучтённых в модели переменных, к которым относятся химический состав базового масла И-20А, а также характеристики масла, приведённые в таблице 1 и другие.
Далее, на основании априорной информации, диаграммы рассеяния, опыта предыдущих исследований, сформировали уравнение регрессии показателя износа йи по С:
0И(С)=-
; + Пи
1+Гв^С ' ~"Л" (9)
где йи — показатель износа, йи0 — величина показателя износа при концентрации присадки С = 0%, ОиЛ — величина показателя износа в диапазоне концентрации, на котором отсутствует существенное влияние присадки, у0и — резкость нелинейного изменения показателя износа.
Параметры выбранного уравнения (9) находили, применяя метод наименьших квадратов:
(10)
0и(0= 0056-0265 +0,265.
1+12С
По данным таблицы 2 изображали диаграмму рассеяния и на ней строили график уравнения регрессии ВИ(С) по С (рис.4).
1фО„(С),мм
0.8 -0.6 0.4 0.2
О, 56-0,265 1 I 12 С +°-265
Л
^е™ > '""о
2 4 6 8 10
Рис. 4. Зависимость от С
Для расчёта Л0 с и Е-критерия составляли вспомогательную таблицу (табл.6).
Таблица для расчёта Ярис и ¡-критерия
Таблица 6
Ош Ши1—Ош)2 (Вщ—Ви(СУ)2
1 0 0,56 0,56 0,068074 0
2 1 0,27 0,287692 0,000846 0,000313
3 2 0,27 0,2768 0,000846 4,62Е-05
4 3 0,27 0,272973 0,000846 8,84Е-06
5 4 0,28 0,27102 0,000364 8,06Е-05
6 5 0,27 0,269836 0,000846 2,69Е-08
7 6 0,28 0,269041 0,000364 0,00012
8 7 0,27 0,268471 0,000846 2,34Е-06
9 8 0,27 0,268041 0,000846 3,84Е-06
10 9 0,27 0,267706 0,000846 5,26Е-06
11 10 0,28 0,267438 0,000364 0,000158
Среднее 0,299091
Сумма 0,075091 0,000738
Индекс корреляции между 0и и С вычисляли по формуле (1):
Кп^г =
М
1—
= 0,995.
Значимость уравнения регрессии (10) проверяли с помощью критерия Фишера по формуле (2):
0,9952 11-1-1
Гехп = -7--— 906,6.
ехР 1-0,9952 1
Фактическое значение Е-критерия Рехр сравнивали с табличным при уровне значимости а = 0,05 и числе степеней свободы к1 = 1 и к2 =9. Табличное значение равно Р0,05;1; 9 — 5,117. Поскольку Рехр > Р0:05-1;9 то на уровне значимости 0,05 признаётся статистическая значимость уравнения регрессии в целом. Коэффициент детерминации Р'оИс = 0,99 показывает, что вариация показателя износа на 99% обусловлена регрессией или изменчивостью концентрации присадки сверхщелочного сульфоната кальция. Соответственно вариация показателя износа на 1% обусловлена воздействием неучтённых в модели переменных, к которым относятся химический состав базового масла И-20А, а также характеристики масла, приведённые в таблице 1 и другие.
Заключение. На основании проведённого исследования можно сделать следующие основные выводы:
1. При увеличении концентрации сверхщелочного сульфоната кальция в смазочном масле И-20А наблюдается повышение предельной нагрузочной способности смазочного слоя, характеризуемой нагрузкой сваривания. Нагрузка сваривания меняется нелинейно на диапазоне концентрации сверхщелочного сульфоната кальция
от 0 до = 2%, при превышении 2% наблюдается её линейный рост. Нагрузка сваривания в диапазоне концентрации сверхщелочного сульфоната кальция от 2 до 10% оказалась на 37-55% больше, чем у базового масла.
2. При увеличении концентрации сверхщелочного сульфоната кальция в смазочном масле И-20А наблюдается повышение несущей способности смазочного слоя, характеризуемой критической нагрузкой. Критическая нагрузка меняется практически линейно на диапазоне концентрации сверхщелочного сульфоната кальция от 0 до 10%. Критическая нагрузка в диапазоне концентрации сверхщелочного сульфоната кальция от 1 до 10% оказалась на 6-47% (в 1,9 раза) больше, чем у базового масла.
3. При увеличении концентрации сверхщелочного сульфоната кальция в смазочном масле И-20А наблюдается повышение противозадирных свойств смазочного слоя, характеризуемых индексом задира. Индекс задира меняется нелинейно на диапазоне концентрации сверхщелочного сульфоната кальция от 0 до = 1%, при превышении 1% наблюдается его линейный рост. Индекс задира в диапазоне концентрации сверхщелочного сульфоната кальция от 1 до 10% оказался на 25-52,6% (в = 2,1 раза) больше, чем у базового масла.
4. При увеличении концентрации сверхщелочного сульфоната кальция в смазочном масле И-20А наблюдается улучшение противоизносных свойств смазочного слоя, характеризуемых показателем износа. Показатель износа уменьшается нелинейно на диапазоне концентрации сверхщелочного сульфоната кальция от 0 до = 2%, при превышении 2% он практически не меняется. Показатель износа в диапазоне концентрации сверхщелочного сульфоната кальция от 2 до 10% оказался в = 2раза меньше, чем у базового масла.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00178, https://rscf.ru/proiect/22-19-00178.
Список литературы
1. Baker R.F. Sulfonates as corrosion inhibitors in greases / R.F. Baker, P.F. Vaast // NLGI Spokesman, 1991, Vol. 54, No 11. P. 465-469.
2. Виппер А.Б. Солюбилизирующее действие присадок различного строения и его влияние на свойства смазочных масел / А.Б. Виппер и др. // Нефтехимия. 1968. Т. 5. № 5. С. 798 - 806.
3. Bosman R. The Micro-structure of Calcium Sulphonate Complex Lubricating Grease and its Change in the Presence of Water / R. Bosman, P. M. Lugt // Tribology Transactions, 2018, Vol. 61, No. 5. P. 842-849.
4. Giasson S. Study of boundary film formation with overbased calcium sulfonate by PM-IRRAS spectroscopy / S. Giasson, T. Palermo, T. Buffeteau, B. Desbat, J.M. Turlet // Thin Solid Films, 1994, Vol. 252. P. 111 - 119.
5. ГОСТ 20799-88. Масла индустриальные. Технические условия. Межгосударственный стандарт. М.: Стандартинформ. 2005. 5 с.
6. ГОСТ 9490-75. Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине. Межгосударственный стандарт. М.: ИПК Издательство стандартов. 1975. 8 с.
7. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: учебник для студентов вузов, обучающихся по экономическим специальностям. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007. 551 с.
8. Чалганова А.А. Построение нелинейных моделей парной регрессии с использованием табличного процессора Excel. Учебное пособие по дисциплине «Эконометрика». Санкт-Петербург: РГГМУ, 2022. 90 с.
9. Бреки А.Д. Триботехнические характеристики материалов пар трения и смазочных сред в условиях самопроизвольных изменений состояний фрикционного контакта: диссертация ... доктора технических наук: 05.02.04 / Бреки Александр Джалюльевич; [Место защиты: ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»]. Санкт-Петербург, 2021. 378 с.
10. Бреки А.Д. Триботехнические характеристики материалов пар трения и смазочных сред в условиях самопроизвольных изменений состояний фрикционного контакта: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.02.04 / Бреки Александр Джалюльевич; [Место защиты: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого]. Санкт-Петербург, 2021. 43 с.
Шульгин Игорь Андреевич, аспирант, igorshulgin@polihimnpp. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,
Бреки Александр Джалюльевич, д-р техн. наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории трения и износа, albreki@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Институт проблем машиноведения РАН,
Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, starikov_taii@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Седакова Елена Борисовна, д-р техн. наук, профессор, заведующая лабораторией трения и износа, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Институт проблем машиноведения РАН,
Цветкова Галина Викторовна, канд. техн. наук, доцент, tsvetkova_gv@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
DEPENDENCES OF TRIBOTECHNICAL CHARACTERISTICS OF LUBRICATING COMPOSITIONS BASED ON I-20A OIL ON THE CONCENTRATION OF ULTRA-ALKALINE CALCIUM SULFONATE
I.A. Shulgin, A.D. Breki, N.E. Starikov, E.B. Sedakova, G.V. Tsvetkova
The article presents the results of experimental studies of tribotechnical properties of lubricating compositions based on I-20A oil, depending on the concentration of ultra-alkaline calcium sulfonate in them. It has been established that the addition of ultra-alkaline calcium sulfonate to the base oil I-40A in various concentrations contributes to an increase in the limiting load capacity of the lubricating layer, its bearing capacity, extreme pressure and anti-wear properties. The patterns of changes in the tribotechnical characteristics of lubricating compositions depending on the concentration of ultra-alkaline calcium sulfonate have been revealed.
Key words: welding load, bully index, critical load, wear index, ultra-alkaline calcium sulfonate, lubricating oil.
Shulgin Igor Andreevich, postgraduate, igorshulgin@polihimnpp. ru, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University,
Breki Alexander Dzhalyulevich, doctor of technical sciences, professor, leading researcher at the friction and wear laboratory, albreki@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Institute of Problems of Machine Science of the Russian Academy of Sciences,
Starikov Nikolay Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, starikov_taii@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sedakova Elena Borisovna, doctor of technical sciences, professor, head of the friction and wear laboratory, elenasedakova2006@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Institute of Problems of Mechanical Engineering of the Russian Academy of Sciences,
Tsvetkova Galina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, tsvetkova_gv@mail. ru, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
УДК 539.621
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-8-252-253
ЗАВИСИМОСТИ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА
ОСНОВЕ МАСЛА И-20А ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ДИАЛКИЛДИТИОФОСФАТА ЦИНКА
И.А. Шульгин, А.Д. Бреки, С.Г. Чулкин, Г.В. Цветкова, Н.Е. Стариков
В статье приведены результаты экспериментальных исследований триботехнических свойств смазочных композиций на основе масла И-20А в зависимости от концентрации в них диалкилдитиофосфата цинка. Установлено, что добавление диалкилдитиофосфата цинка в базовое масло И-20А в различных концентрациях способствует повышению предельной нагрузочной способности смазочного слоя, его несущей способности, противозадирных и про-тивоизносных свойств. Выявлены закономерности изменения триботехнических характеристик смазочных композиций в зависимости от концентрации диалкилдитиофосфата цинка.
Ключевые слова: нагрузка сваривания, индекс задира, критическая нагрузка, показатель износа, диалкил-дитиофосфат цинка, смазочное масло.
Диалкилдитиофосфат цинка является одной из самых широко применяемых присадок к маслам, в том числе масляным СОЖ. Эта присадка увеличивает окислительную стабильность масла, нейтрализует кислые продукты окисления, защищая от коррозии, а также образует трибологическю плёнку на поверхности металла, значительно уменьшающую износ. Механизм его антиокислительного воздействия был хорошо изучен и заключается в поглощении гидроперекисей и свободных радикалов [1]. Противоизносные свойства и механизм образования трибологической плёнки диалкилдитиофосата цинка также хорошо изучен [2-4]. Диалкилдитиофосфат цинка в растворе в масле может находиться в сольватированном виде или в форме димеров. Он способен хемосорбироваться на поверхности металла. Затем, происходит более глубокая реакция, ионный обмен цинка на железо и связь образовавшейся молекулярной плёнки с поверхностью металла усиливается. При более сильном механическом или термическом воздействии реакция идёт более полно, диалкилдитиофосфат цинка разлагается с образованием неорганических сульфидов цинка и железа. За счёт образования последних диалкилдитиофосфат цинка, находясь в среде базового смазочного масла, может проявлять некоторые противозадирные свойства.
Одним из распространённых смазочных масел является масло марки И-20А, не содержащее присадок, применяющееся в машинах и механизмах промышленного оборудования, условия работы которых, не предъявляют особых требований к антиокислительным и антикоррозионным свойствам масел [5]. Если же такие требования появляются, наряду с повышением противоизносных свойств и несущей способности смазочного слоя в условиях интенсификации нагрузок и скоростей в современных механизмах и машинах, то возникает необходимость введения присадок в масло И-20А. Поскольку триботехнические свойства смазочных композиций на основе масла И-20А, содержащих диалкилдитиофосфат цинка изучены недостаточно, то возникает необходимость данных поисковых исследований, особенно в условиях импортозамещения.
Материалы и методика исследования. Для приготовления смазочных композиций использовались базовое масло И-20А по гост ГОСТ 20799-88 [5] (табл.1).
