Классификация нефтянных масел (Смазочная способность)
Основными функциями нефтяных масел являются снижение трения между твердыми поверхностями движущихся деталей, уменьшение износа и предотвращение его крайних форм - задира, заедания и сваривания металлических поверхностей. В соответствии с этим различают антифрикационное и противоизносное действия масел, эффективность проявления которых в узлах трения определения суммарным понятием смазочная способность, или смазочное действие. Под смазочной способностью следует понимать способность масел обусловливать малое сопротивление контактирующих поверхностей тангенциальным силам сдвига и высокое сопротивление сближению их под действием нормальной нагрузки. Чем меньше первая составляющая и больше вторая, тем выше смазочная способность масла. Различают два основных режима трения, в которых проявляется действие масел-жидкостей (гидродинамический и граничный. В условиях жидкостного трения трущиеся поверхности разделены непрерывным слоем смазочного материала, в условиях граничного трения-его тонкой (0,1-0,5 мкм) и неравномерной пленкой. В реальных условиях в большинстве случаев трение смешанным: и жидкостным, и граничным.
Антифрикационное действие масел (уменьшение силы или коэффициента трения) основано на объемном и граничном эффектах. В случае высокой скорости скольжения и малых контактных нагрузок поверхности соприкасающихся тел разделены непрерывным объемом слоем смазочного материала, и его антифрикционное действие определяется значением вязкости. При этом высокое внешнее трение между твердыми поверхностями заменяется низким внутренним трением вязкостного течения масла.
Вязкость масел выбирают в зависимости от режима работы узла трения (максимального удельного давления и скорости скольжения). В высоконагруженных узлах трения тихоходных машин используют высоковязкие масла, в малонагруженных и быстроходных узлах - средне- и маловязкие. В условиях гидродинамического режима трения полностью предотвращается фрикционный износ поверхностей, однако в чистом виде такой режим проявляется редко. Если режим гидродинамического трения не соблюдается, то антифрикционное действие масла зависит от состава и свойств тончайших граничных пленок, образующихся на металлических поверхностях. Их образование-самопроизвольный процесс, связанный с присутствием в маслах поверхностноактивных соединений (смолисто-асфальтеновых веществ, серосодержащих и других соединений).
При жидкостном трении основную роль в проявлении антифрикционного действия масла играют состав и строение входящих в него углеводородов, при при граничном трении этот эффект зависит прежде всего от состава растворенных в масле природных ПАВ и специально вводимых добавок. Термическая стабильность граничного слоя: при 70-100С в результате десорбции поверхностно-активных веществ, составляющих граничный слой, происходит его разрушение. В связи с этим для большинства масел с ростом температуры коэффициент трения увеличивается. Однако масла с химически активными веществами при повышенных температурах могут образовывать на металлической поверхности прочную химическую пленку, что приводит к снижению коэффициента трения f. Для сохранения постоянства этой величины в масла, работающие при высоких температурах, предложено вводить присадки, обладающие высокой физико-химической (адсорбционной) и химической активностью. При этом важна кинетика взаимодействия химически активных компонентов масла (при невысоких температурах), то эффект не проявляется; если она слишком велика, то смазочное действие сменяется коррозией или коррозионно-механическим износом.
В условиях граничной смазки микронеровности металлических поверхностей приводят к деформации отдельных микроучастков или отрыву микрочастиц металла при перемещении поверхностей. Постепенное изменение размеров соприкасающихся деталей в результате внешнего трения называют износом. Причинами износа могут являться также абразивное действие инородных твердых частиц (абразивный износ) и химическое действие некоторых продуктов, содержащихся в маслах (корозионный износ). На износ влияют величина и способ нагружения узла трения, температура и скорость перемещения металлических поверхностей, состав и свойства масла, металла и внешней среды.
При высоких и продолжительных нагрузках граничный слой смазочного материала не предохраняет металл от разрушения. На нем появляются царапины, происходят схватывание и задир значительных участков поверхности. Трение без задира обеспечивается при химическом модифировании (пластифицировании) тонкого поверхностного слоя металл . Поэтому для обеспечения нормальной работы узлов трения при тяжелых режимах в масла необходимо вводить серо-, фосфор- и хлорорганические соединения.
Таким образом, смазочное действие масел зависит от многих физических, физико-химических и химических явлений и обусловлено процессами адсорбцин и хемосорбции на поверхностях твердого тела и их модифицированием.
