Виды добавок к Смазочным материалам

В различных областях техники для снижения потерь, на трение и повышения, надёжности трибосопряжений широко применяется целый ряд композиций, содержащих добавки конкретного функционального назначения: модификаторы трения, кондиционеры металлов, реметаллизанты (восстановители) и т.п. Круг смазочных композиций непрерывно растёт за счёт разработки новых составов.

В последние десятилетия научные работники, специалисты известных фирм — производителей, смазочных материалов (СМ) и широкий круг потребителей проявляют интерес к проблеме улучшения комплекса триботехнических свойств СМ и смазочных композиций (масло+добавки) за счёт введения в СМ различного рода добавок. В качестве добавок, чаще всего используют комплексные препараты на основе тефлона и других фторсодержащих компонентов металлоорганических маслорастворимых соединений; солей металлов и растворов, содержащих ионы металлов; ультрадисперсных порошков металлов и сплавов (УДП). При использовании металлосодержащих добавок на поверхностях трения образуются тонкие металлические плёнки или соединения типа сульфидов, фосфидов и пр., улучшающие триботехнические характеристики сопряжений.

Качественные моторные и трансмиссионные масла содержат наборы присадок, улучшающих их свойства. Эффективность действия добавок обуславливается их химическими свойствами и концентрацией в смазочных материалах, а также приёмистостью последних, к добавкам (одинаковые добавки более активны для одних базовых материалов, чем для других). Добавки должны хорошо растворяться в смазочных материалах, обладать малой летучестью и не испаряться из них при хранении и эксплуатации в широком диапазоне температур; не вымываться водой и не подвергаться гидролизу; не взаимодействовать с конструкционными материалами, контактирующими со смазочными (за исключением случаев, когда такие реакции лежат в основе механизма действия самих добавок); сохранять свои функции в присутствии иных добавок и не оказывать на них депрессивного действия.

Современный товарный рынок насыщен большим количеством подобного рода препаратов, по характеру действия на локальные зоны трения их можно разделить на три представленные группы:

  1. Препараты, использующие принцип переноса мелкодисперсных частиц на контактирующие пары трения;
  2. Модификаторы с поверхностно активными веществами, позволяющие организовать новые соединения из продуктов износа, основного материала и имеющейся смазочной среды;
  3. Препараты, обладающие комплексным энергетическим воздействием, позволяющие не только регулировать (уменьшать) трение в зоне контакта, но и восстанавливать (залечивать) поверхностные микродефекты и выравнивать геометрический износ контактирующих поверхностей трения.

Из перечисленных выше препаратов, безусловно, каждый имеет свою рекомендованную область применения. Условия их применения, естественно, не одинаковы. Некоторые из них целесообразно применять на этапе обкатки механизма, другие на этапе нормального, установившегося износа, а следующие на этапе ремонта и восстановления механизма без разборки и т.д.

Главным недостатком имеющихся препаратов является ограниченность их действия по срокам, а также сложность в выборе самих сроков их действия. Например, приработочные составы будут оказывать только вредное влияние на этапе нормальной эксплуатации, увеличивая износ, а не вовремя введённый ремонтный состав может привести к повышенной нагрузке в зоне трения и к аварийной ситуации. Поэтому актуальным является вопрос о создании препаратов, одинаково продуктивно управляющих трением и износом как на этапе приработки, так и на этапе нормальной (штатной) эксплуатации, а также ремонта и восстановления изношенных поверхностей деталей трибосопряжений без разборки узла трения.

По главному назначению (определяющему свойству) добавки условно объединяют в несколько групп, основные из которых рассмотрены ниже.

Добавки, улучшающие смазочные свойства. Их действие обусловлено образованием на трущихся металлических поверхностях различных по химическому составу защитных плёнок.

Противоизносные добавки уменьшают износ поверхностей трения при относительно умеренных нагрузках и температурах. К таким добавкам относятся масла и жиры растительного и животного происхождения (например, горчичное масло, свиной жир); высшие жирные кислоты (например, олеиновая) и эфиры (например, сложный эфир пентаэритрита и себациновой кислоты); соединения, содержащие S (например, осерненное спермацетовое масло), Р (например, трикрезилфосфат), S и Р (например, диизооктилдитиофосфат, диалкилтиофосфатВа, цинк-бариевая соль изобутилового эфира арилдитиофосфорной кислоты), N (например, 1- бутилбензотриазол) и т.д. Концентрация добавок в смазочных материалах 0,1 - 3,0%.

Противозадирные добавки обеспечивают нормальную работу при высоких нагрузках трущихся поверхностей без задира и заедания, а также смягчают его, если оно происходит. Этим целям служат соединения, содержащие S, С1, S и Р и др. концентрация добавок не превышает 3-5%.

Антифрикционные добавки предназначены для снижения (модификации) трения сопряжённых поверхностей. К таким модификаторам относятся высшие жирные кислоты (например, стеариновая), мыла этих и нафтеновых кислот (например, стеарат А1, нафтенат Рb), эфиры глицерина и жирные амины, коллоидные дисперсии МоS2, графита и иных соединений, нерасстворимых в смазочных материалах (более перспективно применение веществ, образующих с ними устойчивые растворы, особенно ряда соединений Мо). Концентрация добавок, как правило, 0,1-0,5%.

Вязкостные или загущающие добавки повышают вязкость и улучшают вязкостно-температурные свойства смазочных материалов. В качестве таких добавок применяют обладающие большой вязкостью различные полимеры — главным образом полиизобутилен, полиметакрилаты, поливинилбутиловый эфир, а также полиалкилстиролы и т.д. Концентрация добавок 1-20%.

Металлоплакирующие добавки снижают износ тяжелонагруженных узлов трения за счёт образования на сопряжённых поверхностях тонкой металлической плёнки, называемой сервовитной.

Многофункциональные добавки обладают способностью одновременно улучшать несколько свойств смазочных материалов, заменяя целые композиции вводимых в них добавок, применение которых дорого и неудобно, а эффективность действия снижается вследствие взаимного, часто противоположного влияния компонентов. Многофункциональные добавки представляют собой смеси добавок разного действия (смешанные, или комплексные добавки) либо органические соединения, содержащие Б, Р, металлы, полярные функциональные группы. Пример комплексных добавок - смесь алкилфенолята Ва и диалкилфенилдитиофосфата Zn (соотношение 5:2), обладающая моющими, противоизносными, антиокислительными и антикоррозионными свойствами.

Индивидуальные многофункциональные добавки - в основном моющие: сукцинимиды (способны нейтрализовать кислые соединения, накапливающиеся в смазочных материалах, и, кроме того, улучшают их вязкостные свойства), Са-соль диалкилариддитио-фосфорной кислоты (повышает устойчивость к окислению, улучшает моющие и противоизносные свойства), диалкилдитиофосфат Zn (улучшает антиокислительные, противоизносные и антикоррозионные свойства) и т. д. Концентрация многофункциональных добавок 0,5-5,0%.

Фуллереносодержащие добавки - существенно улучшают противоизносные свойства пластичных смазок, снижают объёмный износ и интенсивность изнашивания, улучшают противозадирные свойства, увеличивают продолжительность работы узлов трения дозадира в условиях повышенной нагрузки.

Природные геомодификаторы трения (ГМТ) — минеральные ремонтно-восстановительные составы на базе порошков серпентинита. Концентрация добавок ГМТ до 5%.

Влияние данных препаратов на изношенные поверхности в настоящее время выяснено недостаточно. Проведённые единичные экспериментальные исследования, как на стендах, имитирующих те или иные пары трения, так и натурные испытания на реальных объектах и машинах, не позволяют сделать однозначные выводы о характере воздействия на узлы трения с точки зрения его остаточного ресурса. Неграмотное использование этих препаратов способно не только резко уменьшить эффект воздействия, но и привести к отрицательным последствиям, вплоть до аварийного разрушения механизма.

Антифрикционные препараты — мощное «лекарство» для механизма, однако его применение требует соответствующей методики и дозировки, зависящей от исходного состояния объекта, его применения, типа, рабочего объёма смазочного материала, степени износа. Процесс применения препаратов нельзя пускать бесконтрольно, в большинстве случаев необходимо проводить под наблюдением опытного специалиста с постоянной диагностикой и мониторингом процесса. Опытный специалист способен в случае необходимости скорректировать обработку.