Файл: Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие.pdf

§ 8. Коррозийные свойства масел и методы

их оценки

Коррозийный, или химический, износ трущихся дета­ лей зависит от качества смазочного масла и количества тех агрессивных веществ, которые могут образоваться в масле или попасть в него во время работы. К таким веществам прежде всего относятся органические кислоты, водорас­ творимые (минеральные) кислоты и щелочи, активные сер­ нистые соединения и окислы серы, вода. Из перечисленных соединений в свежих маслах могут содержаться только органические кислоты, так как водорастворимые кислоты и щелочи, активные сернистые соединения и вода стан­ дартами не допускаются.

Органические кислоты оцениваются кислотным числом в мг/г, выраженным количеством мг едкого кали (КОН), необходимым для нейтрализации кислот, содержащихся в 1 г масла. Основная масса органических кислот удаля­ ется при очистке масел, но в небольших количествах эти кислоты всегда остаются. Под действием темпера­ туры (выше 60—70°) масло окисляется и кислотное число возрастает, иногда значительно (до 2,0—2,5 мг/г), следова­ тельно в процессе работы масел в установках и двигателях коррозийность масел может резко увеличиваться.

О п р е д е л е н и е к и с л о т н о г о ч и с л а м а ­ с е л . Сущность метода заключается в извлечении (рас­ творении) органических кислот этиловым спиртом и нейт­ рализации кислот спиртовым раствором едкого кали. Прибор для определения кислотного числа показан на рисунке 50. Чистую и сухую коническую колбу 2 взвешива­ ют на техноаналитических весах. На дно в центр колбы наливают тонкой струей 5—7 г испытуемого масла. Взве­ шивают колбу с маслом на тех же весах и определяют мас­ су масла Р.

В другую коническую колбу 1 наливают 50 мл 96%-ного этилового спирта-ректификата. Колбу закрывают воздуш­ ным холодильником (длинная стеклянная трубка, встав­ ленная в корковую пробку) и, ставят ее на закрытую элект­ роплитку, доводят спирт до кипения. При нагревании из спирта удаляется растворенная в нем углекислота. Горя­ чим спиртом, имеющим нейтральную реакцию, заливают испытуемое масло, закрывают колбу холодильником и ставят на ту же электроплитку, периодически легким встряхиванием перемешивая содержимое колбы.

231

желтовато-розовое окрашивание или при добавлении нитразинового индикатора — зеленоватое, то в испытуемом масле органические кислоты отсутствуют.

Содержимое колбы нейтрализуют 0,05 N спиртовым раствором едкого кали, осторожно приливая его в колбу 2, приоткрывая зажим 4 и встряхивая колбу. Титрование (нейтрализацию) ведут до тех пор, пока не будет замечено изменение окрашивания: при индикаторе алкалиблау ис­ чезнет сине-зеленое окрашивание и спирт приобретет жел­ товато-розовый цвет, а при нитрозиновом индикаторе исчезнет желтый цвет и спиртовой раствор приобретет зеленое (с оттенками) окрашивание. Изменение цвета указывает на полную нейтрализацию всех кислот. Коли­ чество израсходованной щелочи п отмечают по бюретке 3, записывают концентрацию спиртового раствора ще­

где п — количество щелочи, пошедшей на титрование, мл;

Т— титр (концентрация) спиртового раствора ще­ лочи, мг/мл;

Р— масса испытуемого масла, г.

Минеральные кислоты и щелочи вызывают очень силь­ ную коррозию металла, поэтому они не допускаются в све­ жих маслах. Эти соединения могут попасть в масло слу­ чайно при недостаточной очистке нефтепродуктов, когда серная кислота или щелочь, которой очищался продукт, не полностью удалена из него. В отдельных случаях мине­ ральные кислоты или щелочи могут попасть в товарные масла при плохом состоянии тары, при их транспорти­ ровке (например, в бензовозе перевозили аммиачную воду, а затем масло) и хранении. Эти случаи следует исключать. Наличие в масле водорастворимых кислот или щелочей проверяется реакцией водной вытяжки масла, она должна быть нейтральной.

Во время работы двигателя всегда наблюдается прорыв газов из камеры сгорания в картер двигателя. В зависи­ мости от литровой мощности, режима работы, техниче­ ского состояния двигателя, вязкости смазочного масла и других причин количество прорывающихся газов различ­ но — от нескольких литров до сотни в минуту. С газами в картер двигателя могут попадать окислы серы (S02, S03), образовавшиеся от сгорания серы топлива. При низ­

233

ких тепловых режимах двигателя окислы серы с парами воды, полученными в результате сгорания водорода топ­ лива, образуют сернистую и серную кислоты. Эти кисло­ ты, постепенно накапливаясь в масле, повышают его кор­ розийную активность. Чем больше серы содержится в топ­ ливе, тем выше может быть коррозийность масла.

Вода, содержащаяся в масле, также повышает его кор­ розийность. В свежих маслах вода не допускается, но при неправильной транспортировке, хранении и приме­ нении она может накапливаться в масле. В продуктах сгорания топлива всегда в значительных количествах со­ держатся пары воды, поэтому чем больше прорыв газов, тем интенсивнее в масле накапливается вода. Иногда вода попадает в масло из-за имеющихся неплотностей в системе водяного охлаждения двигателя.

Коррозию металлов, особенно цветных, могут вызывать и сернистые соединения, содержащиеся в масле. Причем при невысоких температурах (ниже 150°) активные сер­ нистые соединения вступают в химическую реакцию с ме­ таллом, образуя пленки, прочно удерживающиеся на ме­ талле, что в определенной степени препятствует коррозий­ ному и даже механическому износу. При высоких темпе­ ратурах эти защитные пленки разрушаются, что приводит к химическому износу металла. Сера соединяется с цвет­ ными металлами, входящими в состав современных под­ шипниковых сплавов. Такому коррозийному износу под­ вергаются вкладыши подшипников. В двигателях внут­ реннего сгорания рабочие температуры подшипников ниже тех, при которых происходит распад пленок, поэтому в них

коррозия от сернистых соединений масла обычно не наб­ людается.

Из вышеизложенного следует, что коррозийные свой­ ства масел зависят в основном от органических кислот, накапливающихся в них в процессе окисления. Поэтому те условия, при которых ускоряются процессы окисления масел, приводят к большему накоплению органических кислот. Не все кислоты, образующиеся в масле, одинаково агрессивны, высокомолекулярные кислоты действуют сла­ бее, а низкомолекулярные — сильнее.

Органические кислоты значительно слабее минераль­ ных, основном они разрушают цветные металлы (свинец, кадмий), являющиеся составной частью сплавов подшип­ ников. Экспериментальные наблюдения показывают, что свинцовистая бронза особенно сильно разрушается прина-

234

личин воды. Отработанное масло, содержащее 0,96% воды и имеющее кислотное число 1,23 мг/г, при испытании на специальной установке показало потерю веса пластинки на 24 мг. То же масло, но осушенное, дало потерю веса только на 3 мг.

По II. II. Черножукову, коррозию металла высокомо­ лекулярными органическими кислотами можно предста­ вить следующим образом. В работающем масле всегда (в больших или меньших количествах) содержатся кисло­ род и вода, вступающие в соединение с металлом и обра­ зующие гидроокиси металла, например РЬ(ОН)2. В даль­ нейшем гидроокись свинца вступает в реакцию обмена водорода органической кислоты (RC001I) на металл, в результате образуется соль (ВСООДРЬ и вода. В общем виде реакцию можно написать так:

М(ОН), + 2RCOOII —* (ИС00)2М+ 2Н20.

Кроме физико-химических показателей, косвенно ха­ рактеризующих свойства масел (кислотное число, вода, минеральные кислоты и щелочи), введен эксплуатацион­ ный показатель — коррозийность, непосредственно оце­ нивающий действие масел на металл. Стандартизировано несколько методов определения коррозийности.

Для приборных, индустриальных и некоторых других масел применяется ускоренный метод определения корро­ дирующего действия на металлы (ГОСТ 2917—45). Сущ­ ность метода заключается в фиксировании изменения по­ верхности металлических пластинок под действием масла при высокой температуре. Для этих испытаний применяют круглые с отверстием в центре пластинки строго опреде­ ленного класса обработки и заданных размеров. Марка металла устанавливается стандартом на испытуемое масло. В нагретое до 105° масло опускают две предварительно подготовленные металлические пластинки. Стакан с мас­ лом выдерживают 3 ч в термостате при температуре 100±2Э. Затем пластинки вынимают из масла, промывают и фикси­ руют изменение поверхности металла. Масло считается выдержавшим испытание, если на пластинках нет пятен, точек, налетов, а для цветных металлов — и зелени.

Коррозийность моторных масел оценивается по методу Пинкевнча (ГОСТ 5162—49) или по способу НАМИ (ГОСТ 8445—56). Оба метода дают хорошие результаты, но первый требует длительных (50 ч) испытаний.

235

тинки. Испытуемое масло 2 в ко­ личестве 80+1,2 г заливают в две пробирки, которые опус­ кают в предварительно нагретую до 140+2° масляную ванну. С помощью терморегулятора такая температура поддерживается весь период испытания. Одновременно в ванну можно погрузить восемь пробирок, т. е. опреде­ лить коррозийность четырех образцов масел. С помощью специального приспособления все пластинки, подвешен­ ные на подвижном кольце, одновременно опускают в го­ рячее^ масло и поднимают на воздух. Количество погру­ жений пластинок в масло — 15 раз в минуту. Тонкий слой нагретого масла, остающийся на пластинке при ее

поднятии, окисляется кислородом окружающего воз­ духа.

Опыт продолжается 50 ч. По окончании испытания выключают мотор и электроиагрев, пластинки вынимают из масла, тщательно промывают бензолом, высушивают на

236

фильтровальной бумаге и взвешивают. Коррозийность (К), г/м2, подсчитывают по формуле:

где G — изменение массы пластинки за 50 ч испытания, г; F — поверхность пластинки, м2.

М е т о д о п р е д е л е н и я п о т е н ц и а л ь н о й

пластинки, которая подвергается периодическому воздей­ ствию испытуемого масла и воздуха, нагретых до 140°. Схема прибора ДК-2 НАМИ показана на рисунке 52.

Рис. 52. Схема прибора ДК-2 НАМИ:

/ — свинцовые пластинки; 2 — фасонные колбы; 3 — кассета; 4 — масляная баня.

237

нагнетается в кассету 7, в которой расположены тесть свинцовых и две медных пластины. Далее масло разбрыз­ гивается на нагретые стенки бачка 2 и стекает вниз.

Соприкосновение образца с нагретыми стенками, пере­ мешивание с воздухом и контактирование с различными металлами приводят к интенсивному окислению масла, которое с большой скоростью и под давлением омывает поверхности пластин в кассете, вызывая их коррозию. Таким образом, при испытании имитируются условия ра­ боты масел в системе смазки двигателей. Интенсификация окисления позволила сократить время испытания до 2 ч.

Исследуемое масло в количестве 250 мл заливают в рас­ ходный бачок 2. В кассету предварительно устанавливают отполированные, взвешенные с точностью до 0,0002 г свинцовые пластины (медные пластины являются катали­ заторами окисления, и их не взвешивают). Температура при испытании масел с присадками поддерживается в пре­ делах 200+2°. По окончании испытаний масло из уста­ новки сливают. Увеличение вязкости и количество нерас­ творимого в петролейном эфире осадка позволяют опреде­ лить окисляемость масла. Свинцовые пластины тщательно промывают в спирто-бензольной смеси, просушивают и взвешивают. По потере массы (формула 56) подсчитывают действительную коррозийность.

Вопросы для повторения

1. По каким свойствам подбирают смазочные масла?

2. Как определяют вязкость при отрицательных температурах?

3.Изменяется ли вязкость при изменении температуры и как?

4.Как меняется вязкость при изменении давления?

5.Что такое индекс вязкости и как его определяют?

6. В каких случаях требуются масла повышенной вязкости?

7.В чем сущность процесса окисления масел?

8.Какие факторы влияют на окисление масел?

9.Что такое термоокислительная стабильность масел?

10.Что такое моющие свойства масел и как их можно определить?

И. От чего зависят противоизносные свойства масел?

12.От каких факторов зависят коррозийные свойства масел?

13.Что называется кислотным числом масел?

14.Как определяется кислотное число?

15.Как влияет сера, содержащая в масле, на изменение корро­ зийных свойств?

16.Как изменяются коррозийные свойства в процессе работы масла?

17.Как оценивается коррозийность масел?

18.Для чего и как определяют содержание железа в маслах?

19.Почему недопустимо содержание механических примесей и воды?

239