Смазочные добавки: Полное руководство

Смазочные материалы заставляют мир вращаться. Как только что-то движется, необходимо использовать смазку для уменьшения трения или износа между поверхностями. Но что делает смазочные материалы такими уникальными в нашей отрасли? Это просто базовое масло?

Нет, именно здесь по-настоящему проявляется сила присадок к смазочным материалам, на что многие не обращают внимания. В этой статье больше внимания уделяется невоспетым героям отрасли, их типам, функциональным возможностям и некоторым проблемам.

Зачем нам нужны присадки к смазочным материалам?

Прежде чем углубиться в мир присадок, давайте вернемся к основам: зачем они нужны? Смазочный материал состоит из базового масла и присадок. В зависимости от типа масла для различных применений будут использоваться различные соотношения присадок. Кроме того, у каждого производителя смазочных материалов своя уникальная формула.

Чтобы упростить задачу, мы можем приготовить чашку чая. Первое, что нам понадобится, - это немного горячей воды в чашке. Это может быть наше базовое масло. Его можно использовать сам по себе (некоторые люди пьют горячую воду или используют его для других целей), но если мы хотим заварить чашку чая, мы должны добавить что-то еще.

В зависимости от цели, с которой вы пьете чай, вы можете выбрать тот или иной вкус. Возможно, с мятой для улучшения пищеварения или для повышения концентрации внимания, или с ромашкой для успокоения.

Эти ароматизаторы могут соответствовать различным типам масел: трансмиссионным, турбинным или моторным. Различные смеси подходят для различных областей применения.

Теперь, когда мы добавили чайный пакетик в горячую воду (и некоторые люди могут пить чай в таком виде), другим нужно добавить подсластитель или молоко. Это добавки к базовому маслу (горячей воде).

В зависимости от предпочтений человека, который пьет чай, количество подсластителей может варьироваться (мед, стевия или сахар) и молока (обычное, обезжиренное, овсяное, без молока). Комбинаций может быть бесконечное множество!

То же самое можно сказать и о присадках к готовым смазочным материалам. В зависимости от типа масла (ароматизатор для чая, например, трансмиссионное или турбинное масло) и его применения (человек, пьющий чай, предпочитает в своем рационе продукты без молока или сахара) комбинация смазочных добавок и их соотношение могут отличаться. Процентное содержание присадок может варьироваться от 0,001 до 30% в зависимости от типа масла.

Готовая смазка будет обладать свойствами базового масла и присадок в сочетании. Давайте немного подробнее рассмотрим, как работают эти присадки и их характеристики.

Типы присадок к смазочным материалам

Существует множество типов присадок к смазочным материалам и различные рецептуры от разных поставщиков. В этом разделе мы рассмотрим наиболее распространенные присадки, входящие в состав готовых смазочных материалов.

Средства для снижения температуры застывания

Все жидкости имеют определенную температуру, при которой они могут эффективно течь. Скорость перемещения жидкости зависит от ее вязкости и текущей температуры. Как следует из названия, средства, снижающие температуру застывания, могут помочь снизить температуру, при которой течет смазочный материал 1.

Средства, улучшающие индекс вязкости

Средства, улучшающие индекс вязкости are also known as Viscosity Modifiers2. They assist the lubricant in increasing its viscosity at higher temperatures, allowing lubricants to operate in wider temperature ranges.

Модификаторы трения

Когда две поверхности трутся друг о друга, возникает трение. В зависимости от типа и степени трения на некоторых поверхностях может наблюдаться износ при сварке и даже при склеивании. В этом случае могут помочь модификаторы трения, снижающие силы трения, связанные с колебаниями при скольжении и шумами.

Пеногасители (Antifoam)

Некоторые смазочные материалы поддаются пенообразованию в своих системах. Образование пены существенно влияет на работу смазочного материала и может привести к чрезмерному износу из-за недостатка смазки (они разрушают поверхность смазочного материала), кавитации (из-за наличия пузырьков воздуха) и даже повышенному окислению (из-за наличия воздуха, попавшего в систему). Пена также может влиять на способность жидкости передавать тепло или охлаждать. Пеногасители или антипенные добавки уменьшают количество образующейся пены.

Ингибиторы окисления (антиоксиданты)

Большинство смазочных материалов подвержены окислению. В процессе окисления образуются свободные радикалы, которые, распространяясь, образуют алкильные или пероксильные радикалы и гидропероксиды, которые в конечном итоге вступают в реакцию с другими веществами с образованием побочных продуктов окисления. Во время фазы размножения антиоксиданты обычно используются для нейтрализации свободных радикалов или разложения гидропероксидов 3. Как таковые, эти присадки являются экономичными по своей природе, поскольку они защищают базовое масло от окисления, истощая его запасы.

Существует множество видов антиоксидантов, в том числе фенольные и ароматические азотистые соединения, сложные фенолы, ароматические амины, дитиофосфаты цинка и некоторые другие.

Ингибиторы ржавчины и коррозии

Если в месте, содержащем железо, присутствуют кислород и вода, то может образоваться ржавчина. Коррозия влияет на цветные металлы в присутствии кислот в смазочном средстве1. Большинство элементов оборудования довольно легко поддаются коррозии, поэтому эти ингибиторы были разработаны для смягчения этого воздействия путем образования защитных слоев на поверхностях оборудования.

Моющие и диспергирующие средства

Детергенты и диспергаторы часто путают, поскольку они обычно работают сообща, предотвращая накопление отложений в маслах. Детергенты нейтрализуют предшественники отложений (особенно в моторных маслах), в то время как диспергаторы задерживают потенциальный осадок или материалы, образующие лак4.

Противоизносные присадки

Противоизносные присадки снижают трение и износ, особенно в граничных условиях смазывания. Они предназначены для снижения износа, когда система подвергается умеренным нагрузкам2.

Присадки для защиты от экстремальных давлений

Присадки для защиты от экстремальных давлений обычно путают с противоизносными присадками, или их названия взаимозаменяемы. Однако противозадирные присадки начинают действовать, когда система испытывает высокие нагрузки, и пытаются предотвратить сварку движущихся деталей, в отличие от противоизносных присадок, которые действуют, когда система испытывает умеренные нагрузки.

Как работают присадки к смазочным материалам?

Каждая присадка по-разному воздействует на базовое масло и готовую смазку в целом. В этом разделе мы рассмотрим, как работает каждая из присадок к смазочным материалам и с какими проблемами они могут столкнуться.

Средства для снижения температуры застывания

Как отмечалось выше, средства, снижающие температуру застывания, помогают контролировать расход смазочного материала. Это достигается путем модификации кристаллов парафина, присутствующих в базовом масле для смазки. При более низких температурах жидкость обычно заливается с трудом из-за присутствия молекул парафина в базовом масле1.

Существует два основных типа средств, снижающих температуру застывания, а именно;

• Алкилароматические полимеры адсорбируются на кристаллах воска по мере их образования, предотвращая их рост и прилипание друг к другу. Это эффективно контролирует процесс кристаллизации и обеспечивает возможность заливки смазочного материала.
• Полиметакрилаты совместно кристаллизуются с воском, предотвращая рост кристаллов.

Хотя эти добавки не полностью предотвращают рост кристаллов воска, они снижают температуру, при которой образуются эти жесткие структуры. С помощью этих добавок можно добиться снижения температуры застывания до 28°C (50°F); однако общий диапазон обычно составляет 11-17°C (20-30°F).

Пороговые значения растворимости могут ограничивать использование присадок этого типа для достижения желаемого эффекта в базовом масле.

Средства, улучшающие индекс вязкости

Обычно эти присадки представляют собой длинноцепочечные высокомолекулярные полимеры, которые изменяют свою конфигурацию в смазочном материале в зависимости от температуры4. Когда смазка находится в холодной среде, эти полимеры принимают свернутую форму, что сводит к минимуму влияние на вязкость. С другой стороны, в жаркой среде они распрямляются, позволяя маслу загустевать.

Хотя более желательно использовать полимеры с высокой молекулярной массой (поскольку они обеспечивают лучший эффект сгущения), эти длинноцепочечные молекулы также подвержены разрушению из-за механического сдвига. Поэтому необходимо соблюдать баланс между молекулярной массой и устойчивостью к сдвигу при эксплуатации.

Еще одна задача, стоящая перед разработчиками рецептур, заключается в том, чтобы сбалансировать склонность полимера к сдвигу с ожидаемым повышением вязкости из-за окислительных процессов и снижением вязкости из-за разбавления топлива1.

Модификаторы трения

Обычно они конкурируют с противоизносными и противозадирными присадками (и другими полярными составами) за прочность поверхности. Однако они активизируются при температурах, когда присадки AW и EP еще не активны. Таким образом, они образуют тонкие мономолекулярные слои физически адсорбированных полярнорастворимых продуктов или трибохимические углеродные слои, снижающие трение, которые демонстрируют более низкие показатели трения, чем добавки AW и EP 2.

Существуют различные группы модификаторов трения в зависимости от их назначения. Некоторые из них представляют собой механически обрабатываемые FMS (твердые смазочные материалы, например, дисульфид молибдена, графит, ПТФЭ и т.д.), адсорбционные слои, образующие FMS (например, сложные эфиры жирных кислот и т.д.), слои для трибохимических реакций, образующие FMS, фрикционные полимеры, образующие FMS, и металлоорганические соединения.

Пеногасители (Antifoam)

Когда в смазочном материале образуется пена, крошечные пузырьки воздуха задерживаются либо на поверхности, либо внутри (так называемая внутренняя пена). Пеногасители адсорбируются на пузырьках пены и влияют на поверхностное натяжение пузырьков. Это приводит к слипанию и разрушению пузырьков на поверхности смазочного материала 1.

Для образования пены на поверхности, называемой поверхностной пеной, используются пеногасители с более низким поверхностным натяжением. Они обычно не растворяются в базовом масле и должны быть мелкодисперсными, чтобы оставаться достаточно стабильными даже после длительного хранения или использования.

С другой стороны, внутренняя пена, представляющая собой мелкодисперсные пузырьки воздуха в смазочном материале, может образовывать стабильные дисперсии. Обычные пеногасители предназначены для борьбы с пенообразованием на поверхности, но стабилизируют пенообразование внутри пены2.

Ингибиторы окисления

Как отмечалось выше, антиоксиданты обычно используются на этапе размножения для нейтрализации поглощающих радикалов или разложения гидропероксидов3. Существуют две основные формы антиоксидантов: первичные и вторичные.

Первичные антиоксиданты, также известные как поглотители радикалов, удаляют радикалы из масла. Наиболее распространенными типами являются амины и фенолы.

Вторичные антиоксиданты предназначены для удаления перекисей и образования в смазочном материале продуктов, не вступающих в реакцию. Некоторые примеры включают дитиофосфат цинка (ZDDP) и сульфированные фенолы.

Существуют также смешанные антиоксидантные системы, в которых два антиоксиданта взаимодействуют синергически. Одним из примеров является взаимосвязь между фенолами и аминами, при которой фенолы разрушаются раньше в процессе окисления, а амины - позже. Другой пример - использование первичных и вторичных антиоксидантов для удаления радикалов и гидропероксидов.

Ингибиторы ржавчины и коррозии

Ржавчина и ингибиторы коррозии обычно представляют собой длинные алкильные цепи и полярные группы, которые могут адсорбироваться на поверхности металла в виде плотно упакованных гидрофобных слоев.

Однако это поверхностно-активная добавка, и как таковая, она конкурирует за металлическую поверхность с другими поверхностно-активными добавками (такими как противоизносные или противозадирные присадки). Антикоррозионные присадки делятся на две основные группы: антикоррозионные присадки (для защиты черных металлов) и пассиваторы металлов (для цветных металлов2).

Ингибиторы коррозии обладают высокой полярной притягательностью к металлическим поверхностям. Они образуют прочную, непрерывную пленку, которая препятствует попаданию воды на поверхность металла. Следует также отметить, что загрязняющие вещества могут вызывать коррозию масла, так же как и органические кислоты.

Моющие и диспергирующие средства

Моющие средства - это полярные молекулы, которые удаляют вещества с поверхности металла, аналогично очищающему действию. Однако некоторые моющие средства также обладают антиоксидантными свойствами. Природа моющего средства особенно важна, поскольку металлсодержащие моющие средства содержат золу (обычно кальций, литий, калий и натрий)1.

С другой стороны, диспергаторы также являются полярными, и они удерживают загрязняющие вещества и нерастворимые компоненты масла во взвешенном состоянии в смазочном материале. Они сводят к минимуму слипание частиц, что, в свою очередь, сохраняет вязкость масла (в отличие от слипания частиц, которое приводит к загустению). В отличие от моющих средств, диспергаторы считаются беззольными. Обычно они работают при низких рабочих температурах.

Противоизносные присадки

Как правило, они полярны и содержат молекулы с длинной цепочкой, которые адсорбируются на металлических поверхностях, образуя защитный слой. Это может снизить трение и износ при слабом скольжении. Обычно эти присадки состоят из сложных эфиров, жирных масел или кислот, которые могут работать только при низких или умеренных нагрузках в системе.

Наиболее распространенным противоизносным средством является ZDDP, которое используется в моторных или гидравлических маслах. С другой стороны, для систем, требующих таких характеристик, также существуют беззольные фосфорные противоизносные средства, и обычно используется трикрейзлфосфат.

Присадки для защиты от экстремальных давлений

Поскольку противозадирные присадки активизируются только при более высоких температурах или нагрузках на систему, они получили название "Присадки против истирания".;

В отличие от противоизносных присадок, противозадирные присадки вступают в химическую реакцию со скользящими металлическими поверхностями, образуя относительно нерастворимые поверхностные пленки. Эта реакция происходит только при более высоких температурах, иногда в диапазоне 180-1000°C, в зависимости от типа используемой противоизносной присадки1.

Следует отметить, что даже при наличии в смазочном материале противоизносных присадок в период обкатки все равно будет наблюдаться некоторый износ, поскольку присадки еще не сформировали свои защитные слои на поверхностях.

Противоизносные присадки также должны быть разработаны для системы, которую они защищают, поскольку различные металлы обладают различной реакционной способностью (противоизносные присадки, предназначенные для систем "сталь-на-сталь", могут не подходить для систем из бронзы, поскольку они не обладают такой реакционной способностью по отношению к бронзе).

Противоизносные добавки также способствуют полировке поверхностей скольжения, поскольку они вступают в наиболее интенсивную химическую реакцию при контакте с шероховатостями и при самых высоких локальных температурах. Как правило, они изготавливаются из соединений, содержащих серу, фосфор, борат, хлор или другие металлы4.

Разрушаются ли со временем присадки к смазочным материалам?

Как отмечалось ранее, большинство присадок со временем изнашиваются, поскольку они используются для выполнения различных функций. Противоизносные присадки и присадки для защиты от ржавчины постоянно покрывают поверхности соприкасающихся металлов.

Это может привести к тому, что их первоначальная концентрация со временем будет снижаться, пока не достигнет точки, когда концентрация добавки станет слишком низкой для обеспечения какой-либо защиты. В этом случае она не разрушается, а истощается.

В прежние годы часто возникали проблемы с отделением присадок от готового смазочного материала из-за фильтрации. Однако с развитием технологий и совершенствованием практики это больше не является распространенной проблемой, с которой сталкиваются операторы.

В прошлом операторы часто замечали засорение фильтров и последующее снижение концентрации присадок, что делало масло незащищенным. Часто можно было заметить, что присадки оседают на дно бочки с маслом после того, как масло простояло в ней некоторое время.

По сути, присадки к смазочным материалам на самом деле не разлагаются со временем; скорее, их концентрация снижается, что способствует более быстрому разложению смазочного материала по сравнению с готовым смазочным материалом с более высокой концентрацией присадок.

Инновации и будущие тенденции в области присадок

Каким видится будущее присадок в нашей отрасли? Исчезнут ли они полностью?

По моим оценкам, мы еще очень далеки от того, чтобы это произошло. Индустрия смазочных материалов развивалась на протяжении многих лет, благодаря многочисленным достижениям химической отрасли, которая разработала более подходящие присадки, и производителей оборудования, которые подтолкнули химиков к разработке присадок к смазочным материалам, способных адаптироваться к изменениям в оборудовании.

Производители оборудования создают все больше компонентов, способных выдерживать более высокие температуры, повышенное давление и более сложные условия эксплуатации. Смазочные материалы также должны разрабатываться для этого конкретного применения, и технология присадок будет продолжать развиваться по мере расширения этих границ.

Мы также стремимся к созданию более экологичных продуктов, и добавки также входят в этот список. Большинство металлов, используемых при производстве добавок (таких как противоизносные добавки), токсичны для окружающей среды, и в настоящее время ведется поиск альтернативных материалов.

В области трибологии также продолжаются исследования способов снижения трения и износа. Наряду с этим проводятся исследования взаимодействия различных поверхностей и способов, с помощью которых смазочные материалы могут эффективно снижать коэффициент трения, что в некоторых случаях приводит к повышению энергоэффективности и топливной экономичности.

Присадки к смазочным материалам будут применяться еще некоторое время, поскольку все, что движется, нуждается в смазке, а базовые масла не обладают всеми необходимыми свойствами для работы при различных температурах и других условиях, с которыми сталкивается машина.

В то время как их структура будет изменяться, чтобы обеспечить более благоприятное воздействие на окружающую среду, их функции также будут изменяться в зависимости от будущих требований.

Как выбрать трансмиссионное масло для Вашего автомобиля

без комментариев

Как выбрать трансмиссионное масло для Вашего автомобиля Discover More When it comes to keeping your vehicle running smoothly and efficiently, selecting the right transmission and drivetrain oil is paramount. These oils play critical roles in reducing wear and tear, optimizing performance, and extending the lifespan of your vehicle. However, with the variety of options available on the market, choosing the most suitable product can be challenging. This guide will help you navigate the complexities of selecting

Подробнее »

Превосходство Rumanza Petrochemicals в ОАЭ: стимулирование инноваций

без комментариев

Румынская нефтехимия в ОАЭ: развитие инноваций Узнайте больше о Объединенных Арабских Эмиратах (ОАЭ), центре промышленных инноваций и прогресса, который всегда был в авангарде достижений в области нефтехимических технологий. Одним из ведущих участников этого прогресса является Rumanza Petrochemicals, компания, которая постоянно расширяет границы передового опыта. С разнообразным ассортиментом высококачественных нефтехимических продуктов, включая бензол, битум, дизельное топливо, мазут, топочный мазут, бензин, керосин, сжиженный природный газ (СПГ), сжиженный нефтяной газ (СУГ), масло для переработки резины, толуол,

Подробнее »

Руководство по типам аккумуляторных батарей и их применению в автомобилестроении.

без комментариев

Руководство по типам аккумуляторных батарей и их применению в автомобилестроении. Discover More Batteries play a pivotal role in the operation of vehicles, powering everything from the engine’s ignition to high-tech systems in modern cars. With advancements in technology, the range of automotive batteries has diversified, making it crucial for vehicle owners to understand their options. This guide explores different battery types, their applications, and maintenance practices to help you make informed decisions. Introduction to Automotive Batteries Automotive batteries are the heart

Подробнее »

Руководство по выбору автомобильного моторного масла для автомобиля

без комментариев

Руководство по выбору автомобильного моторного масла для автомобиля Discover More Selecting the right engine oil is crucial for ensuring the longevity and performance of your vehicle. With various types of engine oils available in the market, each tailored to specific engine types and driving conditions, understanding what suits your vehicle can seem challenging. This comprehensive guide will help you navigate through the maze of automotive engine oils and make an informed decision. Ensuring the health and longevity of your vehicle

Подробнее »