§ 31. Противоизносные и антикоррозионные свойства

В процессе работы трущихся пар их поверхности из­нашиваются. Происходит это потому, что в большинстве узлов трения, особенно в двигателях внутреннего сгора­ния, не всегда удается обеспечить жидкостное трение. В отдельных случаях наблюдается граничное трение, что влечет за собой механический износ поверхностей. Под действием высоких скоростей, нагрузок, температуры, при неправильном подборе смазочного материала может наблюдаться разрыв пленки — масляное голодание, при котором образуются задиры. Кроме механического поверхности деталей подвер­жены и химическому (коррозионному) износу. С корро­зией металлов приходится сталкиваться повсеместно. При работе двигателей детали соприкасаются с агрес­сивными продуктами окисления углеводородов масел, парами воды, окислами серы, образующимися при сгора­нии топлива, что вызывает коррозию. Предохранить трущиеся поверхности от износа — одно из основных назначений любого смазочного мате­риала. Это важнейшее свойство оценивают несколькими показателями качества: прочностью масляной пленки (смазывающие свойства), вязкостью, индексом вязкости, отсутствием абразивных механических примесей.

Длительное время считалось, что для уменьшения из­носа необходимо применять масла высокой вязкости, так как они образуют прочный масляный слой, выдержива­ющий значительные нагрузки и скорости. Именно по этой причине раньше для зубчатых передач использовали высоковязкий нигрол. Теперь доказано, что наибольший износ происходит в период пуска и прогрева механизма. Высоковязкие масла при низкой температуре загустева­ют и не поступают к трущимся поверхностям. Поскольку нормальная подача масла нарушена, трущиеся детали длительное время работают в самом неблагоприятном режиме масляного голодания. Естественно, при этом резко возрастает интенсивность изнашивания и увеличи­ваются затраты энергии на преодоление внутреннего трения. Если использовать менее вязкие масла, то усло­вия пуска и прогрева облегчаются, и благоприятный ре­жим жидкостного трения устанавливается быстрее.

Вязкостные свойства чрезвычайно важны при гидро­динамическом режиме смазки. Если же происходит гра­ничное трение, то основным показателем становится способность масла образовывать на поверхностях проч­ные пленки. Оценивают прочность пленки максимальной нагрузкой, которую она может выдержать, не разрушаясь и не допуская непосредственного контакта поверхностей. Зависит эта характеристика в основном от химического состава масел, главным образом, наличия в нем полярно-активных соединений. Для узлов трения современных машин нередко используют масла, содержащие противоизносные присадки, Особенно они необходимы для транс­миссионных и некоторых других масел, которые работа­ют при очень высоких нагрузках.

В качестве присадок для уменьшения износа используют поверхностно активные органические соединения, в состав которых входят фосфор, сера, хлор. При темпе­ратуре до 150° С они на поверхности трения за счет электрических сил сцепления образуют прочные пленки, защищающие поверхности не только от износа, но и от задиров, натиров и усталостного разрушения. Когда температура увеличивается, активные вещества приса­док вступают в химическое взаимодействие с метал­лом, повышая пластичность его поверхностных сло­ев. Поэтому при больших нагрузках металл не раз­рушается. При этом поверхности сглаживаются, так как уменьшается количество микронеровностей.

Эксплуатационные свойства самых высокосортных с эффективными присадками масел полностью сводятся на нет, если в них содержится хотя бы небольшое коли­чество абразивных механических примесей. В этом слу­чае износ резко возрастает, на поверхностях появляют­ся риски, царапины. Происходит это потому, что пыль состоит из частиц кварца различного размера, твердость которых выше, чем многих металлов. Когда загрязненное масло попадает на поверхности трения, кварц сдирает стружку металла, в результате чего и возрастает износ.

В стандартах и технических условиях на большинст­во смазочных материалов наличие механических примесей не допускается. Только в маслах с присадками может быть до 0,015% примесей органического происхож­дения (составляющие самих присадок). И совершенно, необходимо, чтобы выходящие с нефтеперерабатывающего завода чистые масла в таком же состоянии доходили до потребителя.

Масла должны надежно предохранять детали от кор­розии, интенсивность которой зависит от агрессивных продуктов, находящихся в свежем масле или образую­щихся в процессе работы. Значительную коррозию вы­зывают минеральные кислоты, поэтому стандартами в свежих маслах их присутствие не допускается. Органи­ческие кислые продукты, активность которых значи­тельно ниже, присутствуют всегда. Их количество оце­нивают кислотным числом, которое показывает, сколько миллиграммов едкого кали необходимо для нейтрали­зации кислот, содержащихся в 1 г масла (обозначается мг КОН/г).

В процессе работы количество органических кислот в масле возрастает, они не взаимодействуют с черными металлами, но разрушают цветные, из которых, напри­мер, состоят подшипниковые сплавы. Кроме того, из ка­меры сгорания в картер двигателя с выхлопными газа­ми попадают окислы серы и кислоты. Эти коррозионно-активные вещества постепенно накапливаются в масле. И чем больше серы содержится в топливе, тем быстрее увеличивается коррозийность масел. Моющие присадки частично нейтрализуют серную кислоту с образованием неактивных солей, задерживаемых впоследствии фильт­рующими устройствами. Однако возможны такие усло­вия работы, когда эти присадки не обеспечивают нужной эффективности.

Широкое использование топлива с довольно высоким содержанием серы потребовало специальных мер для защиты поверхностей двигателя от коррозии. Наиболее эффективный способ — применение антикоррозионных присадок, в качестве которых применяют вещества, со­держащие фосфор или серу. Эти активные элементы образуют на поверхности металла защитные пленки, ко­торые хотя и разрушаются кислотами, но постоянно вновь восстанавливаются под действием новых порций свежего масла. Таким образом, поверхность металла надежно защищается от коррозионного разрушения.

На скорость коррозионного износа существенное влияние оказывает вода. В свежих маслах ее наличие стандартами не допускается. Но она может накапли­ваться при неправильных перевозках, хранении и за­правке машин. Кроме того, пары попадают в масло при работе двигателя с прорывающимися газами, которые содержат много воды, образующейся' при сгорании во­дорода топлива. Поэтому одно из основных условий предотвращения химического износа — полное отсутст­вие влаги в используемых маслах.

Кроме указанных параметров (кислотное число, во­дорастворимые кислоты, вода), стандартами нормирует­ся также эксплуатационный показатель, непосредствен­но оценивающий действие масла на металл: коррозионность. Существует несколько способов ее оценки, но принцип один; известное количество масла, нагретого до заданной температуры, омывает металлические (ча­ще свинцовые) пластины. После испытания, продолжи­тельность которого зависит от выбранного метода, пла­стины взвешивают. По потере их массы в граммах на квадратный метр (г/м²) и подсчитывают коррозионность. Значение коррозионности с указанием способа оп­ределения (абсолютная величина различна в зависимости от метода) приводят в паспортах. Чем она меньше, тем лучше антикоррозионные свойства.