СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2005 года по МПК G01N25/00 

Изобретение относится к технологии оценки качества жидких смазочных материалов.

Известен способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов (патент РФ №2057326, G 01 N 25/02, 1996), который включает нагревание смазочного материала в присутствии воздуха, перемешивание и определение параметров.

Недостатком известного способа является низкая информативность о термоокислительной стабильности смазочных материалов, т.к. он определяет температуру начала окисления, скорость образования растворимых и нерастворимых продуктов окисления и не учитывает влияние продуктов окисления на окислительные процессы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов (патент РФ №2219530, G 01 N 25/00, 2003), включающий нагревание смазочного материала в присутствии воздуха, перемешивание, фотометрирование и определение параметров оценки процесса окисления. Испытывают пробу смазочного материала постоянного объема при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом, строят графическую зависимость изменения отношения коэффициента поглощения светового потока от времени испытания, продлевают линию зависимости после точки перегиба до пересечения с осью абсцисс и по абсциссе этой точки определяют время начала образования нерастворимых примесей, по точке перегиба зависимости определяют время начала коагуляции нерастворимых примесей, а по предельному значению коэффициента поглощения светового потока определяют ресурс работоспособности смазочного материала.

Известный способ обладает недостаточной информативностью о качестве товарных смазочных материалов, т.к. определяет только время образования нерастворимых примесей, время их коагуляции и ресурс работоспособности смазочного материала по предельному значению коэффициента поглощения светового потока окисленным смазочным материалом и не учитывает влияние продуктов окисления на окислительные процессы.

Задачей изобретения является повышение достоверности оценки качества смазочных материалов путем учета влияния продуктов окисления на окислительные процессы.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием, постоянного объема при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом и проводят оценку процесса окисления, согласно изобретению дополнительно определяют вязкость пробы смазочного материала, коэффициент термоокислительной стабильности К_тос из соотношения

K_тос=K_n μ _о/μ _исх,

где K_n - коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом;

μ _о и μ _исх - соответственно вязкость окисленного и исходного смазочного материала,

строят графическую зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока окисленным смазочным материалом, и по тангенсу угла наклона этой зависимости к оси абсцисс на участке до точки перегиба определяют скорость образования промежуточных продуктов окисления, по тангенсу угла наклона зависимости к оси абсцисс после точки перегиба определяют скорость образования конечных продуктов окисления и их влияние на увеличение вязкости испытуемого смазочного материала, а по координатам точки перегиба зависимости определяют начало образования конечных продуктов окисления.

Сравнительный анализ прототипа и заявляемого способа показал, что последний обладает следующими отличительными признаками.

Измерение коэффициента поглощения светового потока и вязкости окисляемого смазочного материала позволяет определить коэффициент термоокислительной стабильности исследуемого смазочного материала, учитывающего влияние процессов окисления на интенсивность образования продуктов окисления и влияние их на вязкость смазочного материала.

Построение графических зависимостей изменения коэффициента термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока окисленным смазочным материалом позволяет наглядно представить связь между этими показателями качества смазочного материала, а по тангенсу угла наклона этой зависимости к оси абсцисс на участке до точки перегиба определить скорость образования промежуточных продуктов окисления, по тангенсу угла наклона зависимости к оси абсцисс на участке после точки перегиба определить скорость образования конечных продуктов окисления и влияние их на вязкость испытуемого смазочного материала, а по координатам точки перегиба зависимости определить начало образования конечных продуктов окисления. Все эти показатели направлены на решение поставленной задачи - повышение достоверности оценки качества смазочных материалов.

На фиг.1 приведены зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока моторных масел на минеральной и полусинтетической основе: 1 - Sibi Motor Люкс 15W-40 SG/CD; 2 - Sibi Motor М-10-Г2к; 3 - Neste turbo LXE 15W-40 CH-4/SJ; 4 - elf Competition STI 10W-40 SJ/CF; 5 - Zic 5000 10W-40 CC-4/SH; 6 - ZICA 10W-40 SL; на фиг.2 - зависимости термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока индустриальных масел: 7 - И-12-А; 8 - И-40-А; на фиг.3 - зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока моторных синтетических масел: 9 - Mobil 5W-50 SJ/CF; 10 - Mobil OW-40 SJ/CF; на фиг.4 - зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока трансмиссионного масла 11 - Consol транс. 85W-90-GL-5.

Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов осуществляется следующим образом.

Пробу исследуемого смазочного масла постоянного объема нагревают до температуры в зависимости от базовой основы (минеральное, полусинтетические или синтетическое) и перемешивают с воздухом с помощью механического устройства. Температура испытуемого масла в процессе испытания должна поддерживаться постоянной (±1° С).

В процессе испытания через равные промежутки времени, например 2 часа, отбирают пробу смазочного материала для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока К_n окисленным маслом и вязкости (μ ). Испытания прекращаются по достижению коэффициента К_n значений, приблизительно равных 0,75-0,8.

По полученным результатам анализа определяют коэффициент термоокислительной стабильности К_тос испытуемого смазочного материала из соотношения

K_тос=K_n μ _о/μ _исх,

где К_n - коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом;

μ _о и μ _исх - соответственно вязкость окисленного и исходного смазочного материала.

Строят графическую зависимость коэффициента термоокислительной стабильности К_тос от коэффициента поглощения светового потока К_n (фиг.1-4), из которой видно, что она имеет два линейных участка с точкой перегиба A₁-А₁₁. На участке зависимости 0-A₁-А₁₁ при небольших значениях коэффициентов термоокислительной стабильности и поглощения светового потока происходят окислительные процессы с образованием промежуточных продуктов (перекиси углеводородов). Второй участок зависимости К_тос=f(K_n) после точки перегиба характеризуется более интенсивным увеличением коэффициента К_тос за счет образования конечных продуктов окисления (гидроперекиси) и более интенсивного увеличения вязкости испытуемого смазочного материала. В этой связи для оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов предложено три показателя.

Тангенс угла наклона зависимости К_тос=f(K_n) к оси абсцисс на участке O-A₁-А₁₁ до точки перегиба определяет скорость образования промежуточных продуктов окисления.

Тангенс угла наклона зависимости К_тос=f(K_n) к оси абсцисс на участке после точки перегиба определяет скорость образования конечных продуктов окисления и их влияние на увеличение вязкости испытуемого смазочного материала.

Координаты точки перегиба (A₁..._{A11) зависимости Ктос=f(Kn) определяют начало образования конечных продуктов окисления.}

Результаты анализа минеральных, полусинтетических и синтетических масел сведены в таблицу.

Результаты испытания смазочных материалов

ТаблицаНомер пробыМарка испытанного маслаБазовая основа
маслаТангенс угла наклона зависимости
К_тос=f(K_n)Координаты точки перегиба зависимости К_тос=f(K_n) по:Температура испытания, ° С   до точки перегибапосле точки перегибаK_тосK_n 1.Моторное Sibi Motor Люкс 15W-40 SG/CDминер.1,01,330,30,31802.Моторное Sibi Motor М-10-Г2кминер.1,01,670,230,231803.Моторное Neste turbo LXE 15W-40 CH-4/SJминер.1,01,10,330,331804.Моторное elf Competition STI 10W-40 SJ/CFполусин.1,01,140,330,331805.Моторное Zic 5000 10W-40 CC-4/SHполусин.1,01,850,240,231806.Моторное ZICA 10W-40 SLполусин.1,02,30,350,341807.Индустриальное И-12-Аминер.1,01,460,220,211508.Индустриальное И-40-Аминер.1,01,130,350,341509.Моторное Mobil 5W-50 SJ/CFсинтетич.0,752,50,410,5618010.Моторное Mobil OW-40 SJ/CFсинтетич.0,751,60,370,5118011.Трансмиссионное Consol транс. 85W-90-GL-5минер.1,171,330,540,46150

По данным таблицы видно, что тангенс угла наклона зависимости К_тос=f(K_n) до точки перегиба равен единице (т.е. 45° ) для минеральных моторных (фиг.1) и индустриальных масел (фиг.2), а также полусинтетических (фиг.1) моторных масел (пробы №1-8). Это значит, что скорость увеличения коэффициентов К_тос и К_n одинакова и промежуточные продукты окисления одинаково влияют на эти коэффициенты. Вязкость окисленного смазочного материала не оказывает влияния на величину коэффициента К_тос.

Для синтетических (фиг.3) моторных масел (пробы №9 и 10) тангенс угла наклона зависимости К_тос=f(K_n) до точки перегиба равен 0,75, что указывает на то, что скорость увеличения коэффициента К_тос меньше скорости увеличения коэффициента К_n. Промежуточные продукты окисления больше влияют на величину коэффициента К_n, чем на коэффициент К_тос. Это обусловлено тем, что вязкость этих масел при окислении уменьшается, и они обладают высокими вязкостно-температурными свойствами.

Для трансмиссионного (фиг.4) масла (проба 11) тангенс угла наклона зависимости К_тос=f(K_n) равен 1,17, что указывает на более интенсивное увеличение коэффициента К_тос за счет увеличения вязкости при окислении масла.

Таким образом, чем меньше величина тангенса угла наклона зависимости К_тос=f(K_n) к оси абсцисс до точки перегиба, тем лучшими вязкостно-температурными свойствами обладает смазочный материал.

Тангенс угла наклона зависимости К_тос=f(K_n) после точки перегиба характеризует скорость образования конечных продуктов окисления и влияние их на вязкость окисленного масла, поэтому чем этот угол меньше, тем меньше скорость загрязнения смазочного материала конечными продуктами окисления. К таким маслам относятся моторное минеральное №3, полусинтетическое моторное №4 и индустриальное №8. Высокой скоростью образования конечных продуктов окисления характеризуются синтетическое моторное масло проба №9, моторное полусинтетическое масло проба №6, моторное полусинтетическое масло проба №5.

Координаты точек перегиба зависимости К_тос=f(K_n) определяют начало образования конечных продуктов окисления (гидроперекисей), поэтому, чем больше значение коэффициента К_n и меньше значение коэффициента К_тос, тем лучшими термоокислительными свойствами характеризуется смазочный материал, и тем больший ресурс его работоспособности. Такими свойствами обладают синтетические моторные масла пробы №9 и №10 (фиг.3).

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить достоверность оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов и промышленно применимо.

Использование: для определения термоокислительной стабильности смазочных материалов. Сущность: заключается в том, что способ включает испытание пробы смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянного объема при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом, вязкость и коэффициент термоокислительной стабильности К_тос из соотношения К_тос=К_n μ_о/μ_исх, где К_n - коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом; μ_о и μ_исх - соответственно вязкость окисленного и исходного смазочного материала, строят графическую зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока окисленным смазочным материалом и по тангенсу угла наклона этой зависимости к оси абсцисс на участке до точки перегиба определяют скорость образования промежуточных продуктов окисления, по тангенсу угла наклона зависимости к оси абсцисс после точки перегиба определяют скорость образования конечных продуктов окисления и их влияние на увеличение вязкости испытуемого смазочного материала, а по координатам точки перегиба зависимости определяют начало образования конечных продуктов окисления. Технический результат: повышение достоверности оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов. 4 ил., 1 табл.

Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием, постоянного объема при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом и проводят оценку процесса окисления, отличающийся тем, что дополнительно определяют вязкость пробы смазочного материала, коэффициент термоокислительной стабильности К_тос из соотношения

К_тос=К_n μ_o/μ_исх,

где К_n - коэффициент поглощения светового потока окисленным смазочным материалом;

μ_о и μ_исх - соответственно вязкость окисленного и исходного смазочного материала,

строят графическую зависимость коэффициента термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока окисленным смазочным материалом, и по тангенсу угла наклона этой зависимости к оси абсцисс на участке до точки перегиба определяют скорость образования промежуточных продуктов окисления, по тангенсу угла наклона зависимости к оси абсцисс после точки перегиба определяют скорость образования конечных продуктов окисления и их влияние на увеличение вязкости испытуемого смазочного материала, а по координатам точки перегиба зависимости определяют начало образования конечных продуктов окисления.