Повышение качества моторных масел путем введения присадок – ингибиторов коррозии (стр. 5 )

В общий износ автомобилей свой вклад вносят все виды трения и изнашивания, а также оба типа и большинство видов коррозии (рис. 1).

Рис. 1 Виды общего износа машин и механизмов

Переход на хорошо очищенные минеральные, полусинте­тические и синтетические базовые масла, на масла, получае­мые с помощью гидропроцессов, позволит улучшить запуск двигателей при низких (до -40 °С) температурах и эконо­мить топливо на 2—5 % (масс.) за счет уменьшения потерь на трение в гидродинамическом режиме смазки. Однако та­кие масла имеют и недостатки, главным из которых является низкая несущая способность масляной пленки и увеличение отдельных видов износа [47-50]. Поэтому новые базовые масла требуют применения новых присадок и новых компо­зиций присадок (пакетов), уменьшающих все виды износа. В связи с этим значительное распространение получают новые типы масло растворимых ПАВ в качестве ант фрикционных и защитно-анти фрикционных присадок и композиций на их основе, гак называемые „пакеты присадок третьего поколе­ния", способные уменьшать потери на трение и снижать все без исключения виды износа.

Таблица 1.

Отдельные виды износа и коррозии узлов и агрегатов легковых автомобилей и типы защитных нефтепродуктов

Условные обозначения: А - гидро - и газоабразивный, 3 - при заедании, К - навигационный, М - механический, О - окислите;гьный, П - усталост­ное выкрашивание (питтинг), У - усталостный износ, Ф - фреттинг-износ, Э - электроэрозионный (электрический), АК - атмосферная коррозия, ВИ - водородный износ, ВО - водородное охрупчивание, ГК - газовая и зольная коррозия, ГЭ - гидро - и газоэрозионный, эрозионный, КК - кислотная, КО - контактная, КР - коррозионное растрескивание, КТ - кор­розия при трении, КУ - коррозионно-усталостный износ, МК - межкристаллитная, РК - расслаивающая, ФК - фреттинг-коррозия, ФХ - физико-химический (механохимический) износ (эффект Ребиндера), ХК - химическая, ЩК - щелевая, ЭП - электрохимический питтинг, ЭХ - электрохимическая коррозия

Основой в таких присадках и композициях служат без­зольные органические соединения и масло растворимые ПАВ, содержащие благородные легирующие элементы — никель, кобальт, хром, чаще всего — молибден [47—59]. Маслораство-римые ПАВ такого типа образуют в зоне трения маногослой-ные адсорбционно-хемосорбционные пленки с внедрением легирующих металлов в поверхность зоны грения. Поверх хемосорбционноЙ фазы образуются адсорбционные слои ПАВ с высокой энергией адгезионного и низкой энергией когезионного взаимодействия. Именно такая пленка обеспе­чивает снижение потерь на трение, экономит до 5—7 % топли­ва благодаря снижению отдельных видов износа за счет умень­шения или полной ликвидации вредного воздействия воды и водорода.

2. ВЛИЯНИЕ МАСЕЛ И ПРИСАДОК НА ТРЕНИЕ И ОТДЕЛЬНЫЕ ВИДЫ ИЗНОСА

2.1. ВЛИЯНИЕ БАЗОВЫХ МАСЕЛ И ПРИСАДОК

В соответствии с развитием представлений о трении, коррозии и износе совершенствовались и создавались новые методы ис­пытаний [47-59]. Так, во ВНИИНП, в НАМИ и в других орга­низациях антифрикционные свойства масел и присадок оце­нивают на машинах трения ЧШМ, МАСТ-1 и др., на зарубеж­ных трибометрах Т-62 (фирма „Денисон"), „Февиль" (фир­ма „Фефиль"), „Лабеко" (фирма „Лабеко"), СРВ (фирма ЦРЦ), на модельных и полноразмерных стендовых карбюра­торных и дизельных двигателях, при испытании автомобилей на стенде „бегущий барабан", а также при полигонных и эксплуатационных испытаниях различных автомобилей.

Разработаны и усовершенствованы методы оценки уста­лостного выкрашивания — питтинга („противопиттинговых свойств" масел и присадок) на стенде „кулачок—толка­тель" (11].

Разработаны и апробированы лабораторные методы оцен­ки усталостного износа (циклической усталости), корро­зионной усталости, электрохимического ниттинга, фреттинга и фреттинг-коррозии, контактной коррозии, коррозии при трении [47-59].

Используются методы оценки химической и смешанной химическо-электрохимической коррозии в лабораторных условиях (различные варианты окисления масел) и на стендо­вых двигателях.

Минеральные масла и изопарафиновые масла неспособны вытеснять воду с поверхности металла; диоктилсебацинату, а также синергетическим смесям эта способность присуща.

В табл. 4 и 5 приведены обобщающие данные по влиянию базовых масел и маслорастворимых ПАВ на отдельные виды износа [47—59]. Если вязкость базового масла играет решаю­щую роль при снижении механического и молекулярно-механического (деформационного и адгезионного) износа при трении, то некоторые другие виды износа в большей степени зависят не от вязкости, а от химического состава базового масла.

Как видно из данных табл. 4 и 5, далеко не все жидкие среды и тем более присадки (ПАВ) способны уменьшать отдельные виды износа.

Так, в отличие от минеральных масел изопарафиновые масла имеют более низкие функциональные свойства по отношению к трению, коррозии и износу и увеличивают износ большинства видов, причем усталостный (цикличес­кий) износ и усталостное выкрашивание (питтинг) — в зна­чительной степени. Поверхностно-активный и достаточно полярный диоктилсебацинат обладает плохими противокор­розионными свойствами и ухудшает усталостные виды износа.

Способность синтетических масел но сравнению с мине­ральными маслами увеличивать отдельные виды износа объясняется их большей коррозионной активностью, более Низкими демпфирующими и диссипатнными свойствами, пониженной кавитационной стойкостью, меньшим содержа­нием „естественных" масло растворимых ПАВ, большей способностью к водородному износу при трении, т. е. к более легкому отщеплению водорода в результате трибохи-мических реакций с последующим внедрением водорода в металл [501.

По данным табл. 4 и 5 противоизносные, противозадирные, некоторые антифрикционные и другие присадки усили­вают отдельные виды износа, что связано в первую очередь с их повышенной коррозионной агрессивностью, особенно при высоких температурах и в присутствии воды.

Кроме того, в этом случае в устье образующихся ми­кротрещин могут сказываться эффект Ребиндера и расклини­вающие силы Дерягина.

Способностью защищать узлы трения от всех исследо­ванных видов износа обладают только специальные защит­но-антифрикционные присадки ПАФ-4 (ЭКОМИН).

Рис. 3. Строение защитных пленок:

а ~ защита антифрикционными присадками адсорбционного действия; б — антифрикционными и противоизноснычи присадками хемосорбционного действия; в — металла лакирующим и присадками или микрочастицами металлов; г — ингибиторами коррозии и антифрик­ционными присадками ацеорбционно-хемосорбционного действии; 1 - исходная структура металла; 2 - зона наклепа (деформированные обработкой металла зерна измененного химического состава, искаженная решетка, пустоты, трещины, вода, кислород, водород — до 1 мкм) ;3 — поверхностный слой (адсорбированные газы и вода, остатки СОЖ — до 0,5 мм; 4 — слой адсорбированных молекул с энергией связи молекул ПАВ и металла £,=3,1 кДж/моль (по Папеу); 5 — полимолекулярные упорядоченные слои ПАВ с энергией связи по активным группам Е2 — 3,7 кДж/моль, по концевым метилъным группам с £, = 0,026 кДж/моль и по углеводородным радикалам с Е, = 0,2 кДж/мопь; 6 - граничный слой масла; 7 — молекулы анти­фрикционных присадок и других мае,-г о рас творимых ПАВ (ингибито­ров коррозии) адсорбционного действия (сложные эфиры, жирные кислоты, кислые эфиры и пр.) ; 8 — выход дислокаций, активные зо­ны зарождение микротрешин; 9 — не полностью с ольв а тированные ка­тионы металла (перерожденный электролит) , зоны анодного растворе­ния; 10 — стенки микротрещины, водородное охрупчивание; II — вершина (устье) микротрещнны, расклинивающие силы ПАВ, воды, водорода; 12 — молекулы воды; 13 — хемосорбционный слой (фаза), содержащий С, Н, S, О, N, Мо и другие элементы — до 1 мкм, на по­верхности возможно образование в зонах контакта MoS, или Мо - и S-содержащих органических полимерных пленок — по 100 мкм (энер­гия связи молекул хемосорбированных ПАВ с металлом Еъ > > 400 кДж/моль) ; 14 — молекулы антифрикционных присадок хе-мосорбиионного действия; 15, 16 — мицеллы присадок; 17 — полу-пластичная зона трнбо-термоокислительного разложения и конденса­ции противоиэносных присадок (энергия связи £", > 10 кДж/моль); 18 - сервовитная пленка (фазовая пленка меди); 19 — молекулы ПАВ, обеспечивающие избирательный перенос (глицерин, некоторые сложные эфиры); 20 ~ молекулы медьсодержащих ПАВ; 21, 22 - мицеллы соответствующих ПАВ; 23 - микрочастички меди, оксида меди (I) или других металлов (от 300 мкм); 24 - медный спляв (бронза); 25 - хемосорбционный слой ингибиторов коррозии и антифрикционных присадок но мкм, содержащий С, Н, S, О, Мо, Ni, Co и другие легирующие добавки; 36 - „залечивание" образую­щейся активной зоны масло-растворимыми ПАВ; 27 - ингибиторьт коррозии - доноры электронов; 2S - ингибиторы коррозии - акцеп­торы электронов; 29, 30 - мицеллы соответствующих ПАВ; 31-33 — смешанные мицеллы

Именно такая структура пленки - типа „сэнд­вич" — обеспечивает хорошие антифрикционные свойства, уменьшение коэффициентов трения в широком диапазоне температур (вплоть до 250 °С) и хорошие защитные и противоизносные свойства.

Обладая, высокой полярностью и поляризуемостью под воздействием электромагнитных полей основного металла, маслорастворимые ПАВ переходных металлов характери­зуются высокой электрической проводимостью в объеме масла и образуют на поверхности пленки с полупроводнико­вой, доменной, структурой и относительно высокой электри­ческой проводимостью. В свою очередь высокая электричес­кая проводимость таких пленок предотвращает или значительно уменьшает злектро эрозионный (пробой) и электро­динамические виды износа за счет снижения потока магнит­ной индукции и уменьшения электрического сопротивления в зоне контакта узлов трения (32].