Файл: Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие..pdf

может произойти разрушение жидкостного масляного слоя и на­ ступить режим граничного трения. При граничном трении величи­ на коэффициента трения и износ трущихся деталей определяются не вязкостью масла, а другими его свойствами, получившими на­ звание противоизносных. В литературе встречается термин — сма­ зывающая способность.

Под противоизносными свойствами понимается способность ма­ сел образовывать на трущихся поверхностях тонкую пленку, пре­ пятствующую непосредственному контакту поверхностей и тем са­ мым способствующую снижению коэффициента трения и уменьше­ нию износа деталей в условиях граничного трения.

От противоизносных свойств в большой степени зависят надеж­ ность работы трущихся деталей и срок службы машин. Особенно большое значение эти свойства имеют для тяжелонагруженных узлов трения машин, как-то: шестеренчатые передачи трансмиссий, шариковые и роликовые подшипники, подпятники и т. п.

Виды и факторы износа. При трении тел наблюдаются следую­ щие виды износа трущихся поверхностей: механический, молеку­ лярно-механический и коррозионно-механический. К механическому износу относят абразивный и усталостный износы в результате истирания поверхностей абразивными частицами (металл, окислы металлов, песок, пыль и т. п.) и разрушение их под действием цик­ лических нагрузок.

Молекулярно-механический износ происходит в результате схватывания (сцепления) молекул контактирующихся металличе­ ских или других поверхностей.

Коррозионно-механический износ обусловливается воздействи­ ем кислорода воздуха или других химически активных веществ на трущиеся поверхности. Продукты коррозии отслаиваются от по­ верхности и являются абразивными частицами.

На процесс износа трущихся поверхностей оказывает влияние целый ряд факторов. Возникновение и интенсивность износа за­ висят от материала трущихся деталей, их конструкции и техноло­ гии изготовления, условий работы узлов трения, конструкции си­ стемы смазки, а также качества применяемых смазочных мате­ риалов.

Защита деталей от износа при граничном трении связана с об­ разованием адсорбированного слоя на смазываемых поверхностях. Свойства смазочного масла, способствующие образованию гранич­ ного слоя на металлических поверхностях, относят к противоизносным.

Противоизносное действие граничного слоя. Противоизносные свойства масел обусловливаются наличием в их составе веществ, имеющих полярные группы, или поверхностно-активных веществ. Эти вещества адсорбируются на металлических поверхностях и способны прочно удерживаться на них, образуя ориентированный слой, с числом молекул в состоянии покоя п = 400—500 и толщиной

§=0,9— 1,0 мкм.

260

Многие исследователи считают, и это подтверждено экспери­ ментально, что процесс смазки в условиях граничного режима тре­ ния основан на расклинивающем действии смазочного слоя, т. е. образования адсорбировавшимися молекулами масляных клиньев у выступов поверхностей в точках действительного контакта при относительном перемещении поверхностей.

Поверхностно-активные вещества, кроме того, химически взаимо­ действуют с поверхностью металла, в результате чего образуются продукты, способствующие уменьшению изнашивания поверх­ ностей.

Образование адсорбированного граничного слоя обусловлено процессами, протекающими на границе металл — масло, и зависит от свойств масла и ориентирующей способности металла. Метал­ лическая поверхность образует силовое поле, источником которого являются ионы, находящиеся на поверхности металлической ре­ шетки. Способность смазочного масла взаимодействовать с метал­ лической поверхностью объясняется наличием молекул полярных и поверхностно-активных веществ.

Металл

Рис. 77. Схема ориентации полярных молекул на поверхности металла:

а —о.—плоскость прочной связи; б—б —плоскость слабой связи;

в—в —неориентированный слой молекул.

Кполярным относятся вещества, имеющие полярные группы -г—

—СООН, — СОН, — СО, — СОО, к поверхностно-активным — ве­ щества, содержащие атомы серы, фосфора, хлора.

Полярные и поверхностно-активные молекулы под действием силового поля металла в виде диполей ориентируются на его по­ верхности (рис. 77). Полярные группы ориентируются к полярным группам, а углеводородные радикалы к углеводородным радика­

лам другого слоя молекул.

В плоскости контакта активных групп молекул силовое взаи­ модействие между ними очень прочное, а в плоскости соприкосно­

261

вения углеводородных радикалов значительно слабее. Поэтому смещение адсорбированных слоев масла происходит по этим плос­ костям, чем и обусловливается снижение коэффициента трения.

Граничный слой смазочного вещества при повышении темпе­ ратуры разрушается вследствие десорбции молекул. Критическая температура разрушения обычно не. превышает 200° С. В этих усло­ виях трущиеся поверхности лишаются защитного слоя, оголяются, а это приводит к их свариванию и заеданию. Хороший защитный эффект от износа в этом случае дает химическая пленка, обра­ зующаяся при взаимодействии некоторых веществ с металличе­ ской поверхностью.

Способы улучшения и оценки противоизносных свойств. Все смазочные масла обладают способностью снижать износ трущихся деталей при граничном трении, но в разной степени. Противоизносные свойства масел зависят от их химического состава.

Растительные масла и животные жиры в условиях граничного трения при умеренных температурах более надежно предохраняют трущиеся поверхности от износа, чем соответствующие им по вяз­ кости минеральные масла. Объясняется это тем, что они содержат большое количество глицеридов жирных кислот (эфиров глице­ рина). Однако растительные масла из-за недостаточной термоокис­ лительной стабильности в чистом виде для смазки машин практи­ чески не применяют, а иногда добавляют к минеральным маслам.

В последнее время довольно широкое применение получили синтетические масла на базе сложных органических эфиров и дру­ гих продуктов, обладающих хорошими противоизносными свой­ ствами.

Остаточные нефтяные масла, не подвергающиеся очистке, со­ держат большое количество смолистых веществ, а следовательно, серу- и кислородсодержащих соединений, обладают высокой сма­ зывающей способностью и хорошими противоизносными свойства­ ми. Но применение этих масел весьма ограничено. Они использу­ ются в основном в качестве компонентов трансмиссионных масел.

При очистке из моторых и других минеральных масел удаля­ ются полярные и поверхностно-активные вещества, поэтому базо­ вые масла в своем большинстве имеют сравнительно низкие противоизносные свойства. Многократная практика применения сма­ зочных масел показывает, что при добавлении к минеральным мас­ лам некоторых присадок их противоизносные свойства улучшают­ ся. Присадки снижают потери мощности на трение и уменьшают износ сопряженных деталей в условиях граничного трения

(табл. 32).

Все присадки, улучшающие противоизносные свойства масел, по характеру действия могут быть разделены на две группы: рас­ клинивающие и полирующие. К расклинивающим относятся жионые кислоты, высокомолекулярные эфиры и кетоны и другие кис­ лородсодержащие вещества.

262

Т а б л и ц а 32

Изменение коэффициента трения при введении в минеральные масла присадок

Кинетический коэффициент трения

В качестве присадок расклинивающего действия практическое применение получили кислоты: стеариновая (С17Н35СООН), олеи­ новая (С17Н34СООН), лауриновая (СцН2 зСООН), а также эфиры органических кислот R — С = 0

О — Rj.

Действие расклинивающих присадок связано с адсорбцией по­ лярных и поверхностно-активных веществ на металлических по­ верхностях и образованием прочного масляного клина, разделяю­ щего поверхности при их взаимном перемещении.

К полирующим присадкам относятся вещества, содержащие серу, фосфор и хлор: осерненные масла, сульфокислоты, ксантогенаты, осерненные полимеры, эфиры фосфорной и фосфиновой кис­ лот, совол, хлор-фосфорные соединения и др.

Осерненное масло, полученное путем обработки минеральных или растительных масел элементарной серой при температурах 150—250°С, было первой противоизносной присадкой.

На основе ксантогенатов практическое применение получили присадки Л3-23к и Л3-25к, ЛЗ-6/9, этилен-бис-бутилксантогенат

С4Н9 - О — С — S — СН2 — СН2 — S — С — О — CtH9.

Присадка ОТП представляет собой осерненный тетрамер про­ пилена, содержит сернистые соединения в виде сульфидов и ди­ сульфидов.

Из фосфорсодержащих присадок применяют: трибутилфосфиг, трикрезилфосфат, фосфорные эфиры жирных кислот.

Присадка совол является смесью тетра- и пентахлордифенила <СвН5 — СаНС14 и С6Н6 — QCU).

263