3) высокой устойчивостью к окислению, предотвращающей значительные изменения химического состава смазочных масел в процессе их работы;
4) моющими свойствами, влияющими на снижение склонности масел к образованию различного состава смолистых отложений на рабочих поверхностях и в смазочной системе;
5) низкой коррозионной активностью;
6) удовлетворительными защитными свойствами, позволяющими маслу предохранять металл от атмосферной коррозии.
Смазочные масла также должны обладать низкой испаряемостью, пенообразующей способностью, не вступать в соединение с водой (эмульгироваться), не оказывать отрицательного влияния на уплотнительные материалы, не быть токсичными, не подвергаться биоповреждениям, не изменять своих свойств при хранении и регенерации, легко транспортироваться, не вызывать загрязнения окружающей среды и т. д.
Несомненно, к важным факторам обеспечения длительного и эффективного срока службы автомобильной техники относится не только высокое качество ее эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, но и качество применяемых топливно — смазочных материалов (ТСМ) и других препаратов автохимии. Как уже неоднократно отмечалось, основным способом повышения функциональных свойств смазочных материалов является применение дополнительных присадок и добавок.
Различные препараты для применения в качестве каких‑либо добавок к топливно — смазочным материалам изначально были созданы для повышения их противоизносных, антифрикционных, экономических и экологических свойств, т. е. для профилактики износа и поддержания техники в работоспособном состоянии. Большинство из них и сейчас выпускается для этих целей.
В настоящее время, наряду с принятыми и широко распространенными показателями (противоизносными, защитными, антикоррозионными, диспергирующими, стабилизирующими, вязкостно — температурными, антиокислительными, противопенными и др.), для моторных масел введены новые — демпфирующие, противопиттинговые и др. Для их обеспечения разрабатываются новые технологии производства базовых масел и присадок к ним.
Питтинг — (англ. p it — делать ямки) — местная коррозия металлической поверхности вследствие разрушения граничных слоев смазки, ограниченная точкой или малой областью, которая имеет форму каверны. Питтинг уменьшается в присутствии присадок, снижающих напряжения сдвига, таких как дисульфид молибдена или графит.
При эксплуатации машин и механизмов происходят значительные химические и физические изменения в маслах, т. е. изменяются их состав и свойства, что влияет на эксплуатационные свойства масел. Для предотвращения подобных изменений в большинство смазочных масел вводят специальные вещества и их композиции. В зависимости от состояния и растворимости в масле эти вещества получили разные названия. Органические маслорастворимые продукты составляют самую распространенную группу и называются присадками. Твердые нерастворимые вещества, как правило, неорганического происхождения, называются антифрикционными добавками, а полимерсодержащие композиции — модификаторами. Имеются также кондиционеры и рекондиционеры металла.
Кондиционер (рекондиционер) металла (поверхности) (англ. air — condition — состояние воздуха) — вещество и механизм воздействия на металл (поверхность), позволяющие восстанавливать структуру и состав металла (поверхности), на который он воздействует посредством доставки необходимых компонентов (среды и энергии) от внешних источников (препаратов), а также придавать трущимся поверхностям высокие антифрикционные и противоизносные свойства.
Существует более ста органических и металлоорганических присадок, предназначенных для повышения устойчивости масел к окислению, абсолютного значения их вязкости, а также смазочной способности. Одновременно они снижают зависимость вязкости масла от температуры, температуру застывания, замедляют коррозию металлических поверхностей, уменьшают нагары на деталях двигателей и т. д.
По своему действию присадки разделяют на: противоизносные, антифрикционные, антиокислительные, вязкостные (загущающие), депрессорные, противопенные и др. (табл. 5).
Таблица 5. Некоторые функциональные присадки, используемые в смазочных маслах
Дисперсант — присадка, которая способствует поддержанию твердых загрязнений в картерном масле в состоянии коллоидной суспензии, предотвращая образование шламов и лаков на деталях двигателя. Обычно это беззольные, не содержащие металла соединения, используемые в сочетании с детергентами.
В основном присадки вводят в масла в небольших количествах: от долей до нескольких процентов (в композициях их общая концентрация может доходить до 15 % и более). Исключение составляют вязкостные присадки, которых может добавляться до 20…30 %, что значительно изменяет свойства базовых масел. Высокий уровень концентрации присадок приводит к тому, что незначительное изменение баланса, например, вследствие попадания в масло топлива, влаги, а также окисления при работе существенно снижает его стабильность. Поверхностно — активные вещества (ПАВ) присадок теряют свои свойства, вступая в реакцию с влагой и топливом, в результате снижается не только эффективность их применения, но и ухудшаются трибологические свойства базовых смазочных материалов.
По химическому составу присадки к смазочным материалам представляют собой производные различных органических соединений — алкилфенолов, аминов, дитиофосфорных, дитиокарбаминовых, салициловых кислот и ряда других веществ.
Присадки состоят из молекул одной или нескольких полярных групп и одной или нескольких неполярных. Полярные группы обусловливают адсорбцию молекул ПАВ присадок на границе между маслом и металлом. По группе активной (полярной) составляющей присадки подразделяют на серо-, фосфор-, кислород-, хлор-, азот— и борсодержащие. Неполярные группы (алкильные радикалы, нафтеновые или ароматические кольца и их сочетания) определяют растворимость присадок в маслах.
Большинство базовых присадок являются техническими продуктами, представляющими собой раствор активного компонента в масле или другом растворителе. В таком виде под различными условными названиями и индексами выпускаются производные мочевины, сульфонаты, сукцинимиды, эфиры фосфорной кислоты и многие другие присадки.
Рассмотрим основные группы присадок к смазочным маслам.
Для предотвращения или уменьшения образования лаковых отложений и осадков на преимущественно горячих металлических рабочих поверхностях, предупреждения пригорания поршневых колец, а также повышения коллоидной стабильности масла (поддержание во взвешенном состоянии примесей органического и неорганического характера — сажи, нагара, частиц солей свинца размером 0,04 мкм, которых в масле может быть до 10 %) в моторные масла вводят моющие (детергенты) и диспергирующие (диспергенты) присадки.
Моющие присадки блокируют агломерацию асфальтенов в твердые частицы (нагар) размером 0,6…1,5 мкм. Таким образом они препятствуют возникновению и росту отложений на металлических поверхностях, повышению вязкости масла и возникновению шлама, чем значительно снижают абразивный износ деталей двигателя.
Шлам — темный осадок, по консистенции подобный гелю, который накапливается на неподвижных внутренних поверхностях двигателя. Обычно легко удаляется, если не превращается под действием нагрева в углеродистые отложения. Его образование связывают с перегрузкой масла нерастворимыми загрязнениями.
Моюще-диспергирующие присадки условно делят на зольные и беззольные. В молекуле зольных присадок содержатся полярные группы, которые адсорбируются на частицах — продуктах окисления масла, препятствуя их росту и предотвращая образование отложений и лаков на деталях двигателя. Зольные моющие присадки повышенной щелочности способствуют нейтрализации кислот, оксидов азота, ди- и триоксидов серы (что особенно важно в случае дизельных видов топлива), образовавшихся при окислении масла в процессе эксплуатации двигателя. Это достигается за счет протекания щелочной реакции. Моющие присадки выбирают в зависимости от условий работы масла, особенностей конструкции двигателя и специфики его эксплуатации. Концентрация моющих присадок в масле составляет 3…15% (иногда выше). Она не должна быть слишком большой, иначе может наблюдаться повышенное абразивное изнашивание из‑за высокой зольности масла.
Число нейтрализации — мера кислотности или щелочности масла. Число представляет собой массу в миллиграммах кислоты (НСl) или основания (КОН), требуемых для нейтрализации одного грамма масла.
При производстве отечественных моторных масел применяют детергенты трех классов: алкилфеноляты, сульфонаты и алкилсалицилаты щелочноземельных металлов. В нормальных солях содержатся стехиометрические соотношения количества металлов, соответствующие щелочности кислот, а щелочные (высокощелочные, суперщелочные, гиперщелочные) соли содержат значительное количество оксидов металлов, гидроксидов, карбонатов и т. д. в коллоидно — дисперсной форме. Моющие присадки, содержащие соли металлов, долгое время находили широкое применение. Однако в последнее время их применение стало ограничиваться в связи с повышением доли беззольных дисперсантов и антиокислительных присадок.
Практически одновременно с проблемой улучшения моющих свойств масел встала задача повышения их окислительной стабильности при повышенных рабочих температурах. При высоких температурах в присутствии атмосферного воздуха происходит окисление (старение) смазочного материала.
В оптимально очищенных минеральных маслах изначально содержатся природные сернистые и азотные ингибиторы, обеспечивающие стабильность и срок службы масел, достаточные для применения во многих областях, но они не отвечают всем необходимым требованиям в случае моторных и трансмиссионных масел. К тому же сера, являясь эффективным ингибитором окисления, оказывает коррозирующее действие. Соединения, в которых одновременно содержатся сера и фосфор, значительно эффективнее, чем ингибиторы, содержащие эти элементы по— отдельности, поэтому они применяются главным образом в виде ингибиторов для моторных масел.