Присадки, улучшающие смазывающие свойства

Действие этих присадок обусловлено образованием на трущихся металлических поверхностях различных по химическому составу защитных пленок.

Противоизносные и антифрикционные присадки. По принципу действия противоизносные присадки (anti-wear additives)делят на три группы:

• противоизносные присадки, увеличивающие липкость и смазываемость (в эту группу входят и модификаторы трения);

• противозадирные присадки (extreme pressure - EP);

• твердые Противоизносные и противозадирные присадки. Влияние разных присадок на коэффициент трения показано на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Влияние разных противоизносных присадок на изменение коэффициента трения от температуры: 1 - базовое парафиновое масло без присадок; 2 - слипкостными присадками; 3 - спротивозадирными ЕР присадками; 4-с липкостными и противозадирными ЕР присадками

Противоизносные присадки,увеличивающие липкость и смазываемость (lubricating additives, tackiness agents). При нормальном смазывании, из-за взаимодействия полярных групп молекул масла с поверхностью металла, на поверхностях трения образуется адсорбированная пленка масла. При граничном смазывании, сила трения и износ в значительной степени зависят от стойкости этой пленки и силы взаимодействия молекул масла с поверхностью метала, т.е. от смазывающей способности (lubricity)и липкости (tackiness)масла.

Для уменьшения износа и увеличения липкости, в масло вводятся противоизносные присадки (anti-wear additives) - жирные спирты, амиды, сложные эфиры, соединения фосфора и др., образующие химическую связь с поверхностью металла. При помощи таких присадок улучшается липкость даже при низкой вязкости масла. Чем больше проч­ность образованной пленки и чем сильнее она связана с поверхностью металла, тем мень-ше может быть вязкость масла для достижения такого же смазывающего эффекта и умень-­шения износа деталей, а с применением менее вязкого масла снижаются потери энергии на прокачиваемость.

Модификаторы трения (friction modifiers). Это присадки, регулирующие фрикционные свойства - коэффициент трения смазываемых поверхностей. В большинстве случаев требуется снижение потерь на трение, например в двигателе. Однако в некоторые агрегаты трансмиссии включены фрикционные механизмы - сцепления и тормоза мокро-­го типа, замедлители, блокирующие устройства, синхронизаторы и др., которые находятся в масле и должны обеспечить хорошее сцепление трущихся поверхностей и предотвраще­ние их проскальзивания (slippage). В этих случаях находят применение присадки, повы­шающие трение.

Модификаторы, понижающие трение (friction reducers). Для снижения потерь на трение в двигателе, а тем самым и для снижения расхода топлива, в масло вводятся присадки, уменьшающие коэффициент трения (рис. 1.9). В качестве таких присадок применяются соединения, в молекуле которых имеется сильная полярная группа, обеспечива­ющая хорошее прилипание и длинная линейная цепочка, обеспечивающая хорошее скольжение.

Рис. 1.9. Влияние модификатора трения на коэффициент трения: 1 - масло без модификатора трения; 2 - масло с модификатором трения. Заштрихованная площадь

эквивалентна экономии энергии

Применение подобных присадок, создает дополнительные возможности для создания "энергосберегающих" масел ("Fuel Economy oils", API SJ/EC, API SH/EC, API SH/ECII, ILSAC GF-1, ILSAC GF-2 и ILSAC GF-3)

Модификаторы, повышающие трение (friction enhancers). Такие присадки одновременно понижают возможность возникновения шума и вибраций, вследствии скольжения со скачками коэффициента трения, характерного в мощных узлах трансмиссий с тормозами мокрого типа. В качестве таких присадок применяются соединения, в молекуле которых имеется сильная полярная группа, обеспечивающяя хорошее прилипание и короткая линейная часть, при определенных условиях обеспечивающая хорошее сцепле­ние. Такими соединениями являются некоторые детергенты, сульфиды. Эти присадки добавляются в масла для гидромеханических передач, автоматических коробок передач, дифференциалов повышенного трения и др.

Присадки, вводимые с целью уменьшения шума и повышения плавности работы гидромеханических передач, называются противошумными присадками (antisguawk additives). Это производные природных жирных кислот и серы, фосфониевые кислоты. В масла, предназначенные для механизмов, работающих в условиях ограниченного скольжения, например в масла самоблокирующегося дифференциала (для подавления рывков и вибрации возникающих при работе агрегата), вводятся противовибрационные присадки (antichatter additives'). Это жирные кислоты, высшие спирты и амины, диалкилфосфиты и др. Противозадирные присадки, ЕР присадки (ЕР - extreme pressure additives). Термин "экстремальных нагрузок" и сокращение ЕР (extreme pressure) ввело в 1920-х го-

: дах Американское общество инженеров автомобилестроителей (SAE) для ^обозначения особой нагдузки^на зубья^цестерней трансмиссий, особенно_в гипоидных.передачах.

Адсорбционная пленка может разрушаться в результате высокой нагрузки и возникающего нагрева контактикурующих поверхностей металла (более 150 - 190°С). Вследствие этого, трение и нагрев поверхности металла повышаются еще больше, вплоть до сваривания, заедания, слипания деталей. Сваривание может быть подавлено присадкми, содержащими соединения серы, фосфора, хлора и др., которые в местах наивысшего трения и высоких температур разлагаются с выделением соответствующих активных элементов, реагирующих с металлом и образующих сульфидную, фосфидную, хлоридную твер­дую хемосорбционную пленку - твердую смазку. Такая пленка является значительно более стойкой, чем адсорбционная, и может защитить поверхности трения от износа в условиях большой нагрузки и высокой температуры. Поэтому присадки, образующие твердую хемосорбционную пленку, называются разделяющими противозадирными присадками, или присадками высокой предельной нагрузки (extreme pressure - ЕР). Так как активные элементы выделяются из присадок и реагируют с металлом только на выступах поверхности, в местах соприкосновения, то имеет место процесс выравнивания и полировки. Таким образом, противозадирные присадки одновременно являются разглаживающими и полирующими присадками. Роль фосфора и серы несколько различается: фосфор сильнее выравнивает поверхность и уменьшает износ, а сера уменьшает трение и усиливает разделяющее свойство хлора. В присутствии обоих этих элементов, масло смазывает хорошо как при большой нагрузке, так и при большой скорости скольжения.

В основном противозадирные присадки предназначены для повышения несущей способности (load-carrying capacity) трансмиссионных масел, особенно гипоидных передач, индустриальных масел и пластичных смазках (процессы выравнивания и полировки являются недопустимыми для хонингованных поверхностей двигателей внутреннего сгорания и строго лимитируются современными международными спецификациями для моторных масел). Часто применяют присадку универсального действия, имеющую в своем составе и фосфор, и серу - диалкилдитиофосфат цинка (ZDDP - zinc dialkil dithiophosphate. Диалкилдитиофосфат цинка отличается не только противозадирными, но и антиокнслительными, антикоррозионными и др. свойствами. Свойства этой присадки зависят от структуры и величины радикалов (R) и путем их комбинации возможно выя­вить одни или другие. Например, термостойкость присадки увеличивается при удлинении алкильной цепи. Алкильные соединения больше применяются в качестве противозадирных присадок, с арильными (ароматическими) радикалами, отличающимися большой термостойкостью.

Высокая химическая активность противозадирных присадок не всегда приводит к желаемому результату (при очень высокой химической активности образуется толстая пленка, которая плохо удерживается на поверхности металла). Кроме того, присадки, содержащие ocoбо активные соединения хлора и серы могут вызвать коррозию цветные металлов (особенно медных сплавов), поэтому масла с активными противозадирными присадками более пригодны для пар трения сталь-сталь и применять их для синхронизированных передач надо с большой осторожностью.

Количество и эффективность противозадирных присадок является признаком классификации трансмиссионных масел по АРІ, чем выше категория_(АР1 GL-3.GL-4, GL-5), тем больше их концентрация.

Твердые противозадирные присадки (solid additives) - в виде дисульфид молибдена, политетрафторэтилена (фторопласт, "тефлон", ПТФЭ, PTFE) и графита в масле имеют коллоидную структуру, а на поверхности трущихся деталей образуют твердую и прочную противоизносную и противозадирную пленку. Их критическая рабочая температура выше, чем других антифрикционных присадок. Уменьшение трения достигается за счет легкого скольжение слоистой присадки. Такие твердые присадки в основном добавляются для улучшения смазывающих свойств пластичных смазок, однако некоторые производители выпускают масла с дисульфидом молибдена. В настоящее время выпускается большое количество препаратов - добавок к маслам, которые заливаются в картер двигателя (qftermarket additives). Их основу, как правило составляет, одна из твердых приса­док, либо соединение молибдена, либо полиэтилентерефталата. Как нефтекомпании, так и автомобилестроители отрицательно смотрят на такие добавки и своим клиентам не рекомендуют их применять. Однако спрос на такую продукцию возрастает, особенно со стороны владельцев поддержанных автомобилей, Особую осторожность следует соблюдать при применении присадок, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ), применяемые для резки металлов. Действие этих присадок основано на разупрочнении поверхностей металлов (что приводит к значительному снижению трения и увеличению износа).