1.4. Перспективы смазочных масел

Постоянное совершенствование автомобилей и их двигателей, возрастание мощности, частоты вращения и нагрузок на узлы и агрегаты требует новых, более качественных смазочных масел. Поэтому ведутся поиски новых материалов. Перспективы развития смазочных масел можно ориентировочно разделить на три направления:

– синтетические масла;

– твёрдые смазочные материалы (покрытия);

– добавки к смазочным маслам.

1. Синтетические масла. Впервые процесс получения синтетических углеводородных смазочных масел был разработан русским учёным А. М. Бутлеровым в 70-х годах 19 века. Он показал, что газообразные и лёгкие жидкие непредельные углеводороды в присутствии различных катализаторов образуют сложные молекулы углеводородов, которые могут быть составной частью смазочных масел. Однако практического применения его разработок долгое время не было. Сравнительно несложные конструкции автомобилей и их двигателей обеспечивались смазочными материалами, производимыми из нефти.

Современный транспорт располагает мощными высокооборотными двигателями, имеет большие скорости и грузоподъёмность, которые требуют принципиально новых эксплуатационных материалов. Поэтому в конце прошлого века всё шире начали применять искусственные, синтетические масла.

Первыми синтетическими маслами были углеводородные. Они обладают высокой термической стабильностью, низкой испаряемостью и хорошими вязкостно-температурными свойствами. Синтетические масла хорошо смешиваются с нефтяными, образуя так называемую «полусинтетику», и с различными присадками.

Производятся и применяются и неуглеводородные синтетические:

– диэфирные масла на основе сложных эфиров многоатомных спиртов и карбоновых кислот. Однако следует помнить, что они агрессивны по отношению к уплотнительным материалам, в качестве которых можно применять стойкие фторуглеводородные полимеры. Эти масла широко применяют для приготовления незаменяемых смазок закрытых подшипников (сцепления, крестовин карданных валов и др.);

– полигликолевые масла получают из этилена и пропилена. Это высококачественные масла, но в силу высокой стоимости, они применяются в качестве добавок к моторным маслам и как составная часть тормозных жидкостей;

– силиконы – полимерные кремнийорганические соединения (силоксаны, полиорганосилоксаны), содержащие чередующиеся атомы кремния и кислорода; кремний также связан с органическими радикалами. Это бесцветные, прозрачные, маслянистые жидкости различной вязкости. Они обладают высокими температурно-вязкостными свойствами. Некоторые силиконы не изменяют свойств в течение 1000–1500 часов работы. Недостаток – плохие смазывающие свойства – устраняют путём введения противоизносных присадок. Используются как основа высококачественных пластичных смазок, в качестве антипенных присадок и добавок к амортизаторным жидкостям.

– фосфорорганические масла – сложные эфиры ортофосфорной кислоты. Обладают исключительно высокими смазочными свойствами и стойкостью к окислению. Образуют на поверхности деталей плёнки из фосфидов металлов, сильно удлинняя срок службы подшипников и других узлов трения. Широко используются как смазочные масла, технические и гидравлические жидкости, противоизносные и антикоррозионные присадки.

Из перечисленных синтетических масел наиболее перспективными являются диэфирные масла.

Свойства синтетических масел в сравнении с минеральными:

– высокий индекс вязкости – 150–170 ед.;

– ниже температура застывания – до минус 65 ºС;

– вязкость при температурах 250…300ºС в 2–3 раза выше, чем у равновязких им при 100 ºС минеральных масел;

– выше термическая стабильность;

– более низкая испаряемость, т. е. лучшая физическая стабильность;

– меньше склонность к образованию высокотемпературных отложений (применяемость в высокофорсированных теплонапряжённых двигателях);

– большая стойкость к окислению;

– срок службы до 5 и даже до 10 раз дольше, расход на угар меньше на 30–40%.

Несмотря на высокую стоимость (до 3–6 раз больше, чем у минеральных) применение долгоработающих и обеспечивающих значительное увеличение межремонтного пробега синтетических масел экономически целесообразно. В некоторых механизмах минеральные масла просто не обеспечат необходимых условий работы.

2. Твёрдые смазочные материалы (покрытия) применяются для обеспече-ния работы наиболее нагруженных деталей в условиях граничной смазки при тяжёлых эксплуатационных условиях. При этом исключить граничную смазку экономически невыгодно и не всегда возможно технически. Поэтому для обеспечения достаточной долговечности деталей, узлов и агрегатов применяют различные виды твёрдых смазочных материалов (покрытий). Основу таких смазочных материалов составляют дисульфиды молибдена МoS₂, графита, солей олова, кадмия, свинца, а также полимерные материалы – политетрафтор-этилен и другие. Твёрдые смазочные покрытия снижают вероятность задира высоконагруженных деталей в условиях масляного голодания, тем самым увеличивая ресурс узлов трения.

Трущиеся пары покрываются прочной плёнкой дисульфида молибдена, надёжно изолируются друг от друга как при жидкой смазке, обеспечивая высокие антифрикционные условия работы узла трения. Эти плёнки прочно сцепляются с деталями, устойчивы к контактным нагрузкам, имеют большое сопротивление разрыву и легко поддаются деформации. Твёрдые смазочные покрытия на основе МoS₂ выдерживают нагрузку до 30 МПа, их коэффициент трения уменьшается с повышением нагрузки и температуры. Плёнки обладают высокой химической и термической стабильностью и сочетаются со всеми видами смазок. Нетоксичны. Твёрдые смазочные покрытия на основе МoS₂ наносят на высоконагруженные детали газораспределительного механизма, карданных валов, агрегаты трансмиссии и другие. Практикуется нанесение таких покрытий и на юбки поршней. Ресурс работы деталей с покрытиями МoS₂ возрастает на 30–50%, выше надёжность их работы. Для поддержания защитного слоя в смазочные масла вводят присадки, содержащие дисульфид молибдена. Рекомендуемая толщина плёнки 5–15 мкм, более толстый слой подвержен растрескиванию и скалыванию при высоких нагрузках.

В последние годы всё более широкое применение находят твёрдые смазочные полимерные материалы, например на основе политетрафторэтилена или тефлона. Эти покрытия рекомендуются для всех двигателей.

Политетрафторэтилен добавляют в горячее, свежее масло работающего двигателя в соотношении 1:5. Образующаяся суспензия в течение пробега около 5000 км обволакивает все детали двигателя, проникает в микронеров-ности и образует прочно сцепляющееся полимерное покрытие толщиной 1–2 мкм. Применяется один раз на весь срок службы двигателя. Снижается трение, износ деталей и расход топлива.

3. Добавки к смазочным маслам получили в последнее время широкое распространение. Они могут улучшать условия трения, как на срок службы залитого масла, так и на более продолжительное время. В своём роде это дополнительные присадки к смазочным маслам, улучшающие те или иные их качества.

Интерес вызывают добавки препаратов, восстанавливающих изношенные поверхности путём своеобразного «напыления». В качестве примера можно привести препарат «Metal-5» (Франция). Этот препарат представляет собой дисперсию микрочастиц цинка, меди и серебра в масле. Его заливают в двигатель и микрочастицы металлов оседают в местах максимального трения сопряжённых пар (стенки цилиндров, подшипники трения и т. д.). В результате такой металлизации трущихся поверхностей, восстанавливается геометриче-ская форма деталей, возрастает мощность и снижается расход топлива и масла.

Представляется перспективной и добавка в моторные масла микрочастиц керамики, которые образуют защитный слой, как и в случае применения твёрдых смазочных покрытий, но этот слой, в силу пористости керамики, удерживает запас масла на трущихся поверхностях, обеспечивая смазку при невысоких нагрузках даже при отсутствии моторного масла в картере двигателя.

Необходимо отметить, что, к сожалению, часто встречаются добавки сомнительного качества и даже просто неработоспособные, могущие принести вред. Поэтому при использовании тех или иных добавок необходимо убедиться в их эффективности или избегать их применения.

Высококачественные добавки к смазочным маслам существенно повышают эксплуатационные и экономические показатели работы двигателей и автомобилей в целом.