Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов

Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для определения качества нефтепродуктов, и может быть применено для контроля термической стабильности термоокислительных процессов смазочных материалов.

Известен способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, включающий нагревание смазочного материала в присутствии воздуха, перемешивание, определение параметров процесса окисления. Испытанию подвергают пробу путем нагревания через определенные интервалы времени до определенной температуры с увеличением температуры в начале интервала с выдержкой ее в течение интервала, определяют оптическую плотность в конце каждого интервала времени, строят графическую зависимость оптической плотности от температуры окисления, по точке перегиба которой определяют температуру окисления (патент РФ № 2057326, МПК G01N 25/02, опубл. 1996).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, заключающийся в том, что смазочный материал постоянной массы нагревают в термостойком стеклянном стакане, как минимум, при трех температурах, превышающих температуру начала окисления, и перемешивают стеклянной мешалкой с постоянной скоростью вращения в течение не более 12 часов, причем через равные промежутки времени отбирают пробы для фотометрирования, определяют коэффициент поглощения светового потока окисленным маслом и испаряемость взвешиванием пробы до и после испытания, строят графические зависимости этих параметров от температуры испытания, а термоокислительную стабильность смазочного материала определяют по критической температуре работоспособности, температуре начала окисления и температуре начала испарения (патент РФ № 2274850, МПК G01N 25/02, опубл. 2003).

Известные способы обладают недостаточной информативностью о термоокислительной стабильности смазочных материалов, т.к. не определяют температурную область их применения и влияние окислительных процессов на смазочные материалы при длительном их применении, а также принадлежность их к группам эксплуатационных свойств.

Задачей изобретения является повышение информативности при определении качества смазочных материалов.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, включающем нагревание пробы испытуемого смазочного материала постоянной массы в присутствии воздуха, перемешивание, фотометрирование, определение коэффициента поглощения светового потока окисленным маслом и испаряемость взвешиваниям до и после испытания, построение графических зависимостей, по которым определяют параметры процесса окисления, согласно изобретению пробу смазочного материала испытывают в течение постоянного времени от максимальной температуры, превышающей температуру начала окисления с последующим ступенчатым ее понижением до значения, при котором наступает стабилизация коэффициента поглощения светового потока, затем температуру испытания смазочного материала ступенчато повышают до максимальной и повторно ее снижают до стабилизации коэффициента поглощения светового потока, установленный цикл изменения температуры повторяют до принятого значения коэффициента поглощения светового потока, отбирают пробу окисленного смазочного материала после каждой температуры испытания, фотометрируют, определяют коэффициент поглощения светового потока, испаряемость, скорость окисления и ее приращение, строят графические зависимости приращений скорости окисления и испаряемости от температуры испытания и скорости окисления смазочного материала от коэффициента поглощения светового потока, а термоокислительную стабильность испытуемого смазочного материала определяют по количеству циклов колебаний приращения скорости окисления до установленного значения коэффициента поглощения светового потока и по предельной температуре работоспособности, определяемой температурой, при которой приращение скорости окисления и испаряемости равны нулю.

Определение термоокислительной стабильности смазочного материала по количеству циклов колебаний приращения скорости окисления при периодическом ступенчатом изменении температуры от максимального значения до минимального, при котором наступает стабилизация коэффициента поглощения светового потока и повторение этого цикла до принятого в эксплуатации технике значения коэффициента поглощения светового потока, позволяет идентифицировать соответствие испытуемых смазочных материалов группе эксплуатационных свойств и более точно определить предельную температуру работоспособности смазочного материала, при которой приращение скорости окисления и испаряемости равны нулю. Все принятые параметры направлены на решение поставленной задачи.

На фиг.1, 2, 3 представлены зависимости приращения скорости окисления от температуры испытания соответственно минерального М-10-Г₂к, частично синтетического Visco 3000 10W-40 SL/CF и синтетического Mobil Synts 5W-40 SL/CF моторных масел; на фиг.4, 5, 6 - зависимости приращения скорости окисления от коэффициента поглощения светового потока тех же масел; на фиг.7, 8, 9 - зависимости приращения испаряемости от температуры испытания тех же масел.

Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов осуществляется следующим образом.

Пробу исследуемого смазочного материала постоянной массы (100 г) заливают в термостойкий стакан, на наружной поверхности которого намотан электрообогреватель и нагревают до температуры, превышающей температуру начала окисления 180°C, перемешивают стеклянной мешалкой с помощью электропривода. Температура испытуемой пробы смазочного материала поддерживается автоматически с точностью ±1°C. Применение стеклянного стакана и мешалки исключает влияние материалов на окислительные процессы.

Испытания проводят в течение постоянного времени, например 6 часов, от температуры 180°C с дальнейшим ее ступенчатым понижением на 10°C. После каждого испытания стакан с испытуемым смазочным материалом взвешивают с точностью до 0,1 г, определяют массу испарившегося продукта и отбирают пробу для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока К_П. Понижение температуры проводят до наступления стабилизации коэффициента поглощения светового потока К_П. После наступления стабилизации коэффициента К_П температуру испытания повышают ступенчато на 10°C до значения 180°C и затем ее ступенчато повторно снижают. Испытания проводят до значения коэффициента поглощения светового потока, равного 0,7÷0,8.

По результатам испытания определяют скорость окислительных процессов V₀ при каждой температуре из соотношения

где К_П - коэффициент поглощения светового потока;

t - время испытания, ч^-1;

и ее приращение от температуры испытания

ΔV_o=V_o2-V_o1,

где V_o2 и V_o1 - скорость окисления смазочного материала при соответствующих температурах, ч^-1.

Аналогично определяют приращение испаряемости смазочного материала от температуры испытания

ΔG=G₂-G₁,

где G₂ и G₁ - масса пробы смазочного материала после испытания при соответствующих температурах, г.

По результатам испытания строят графические зависимости приращения скорости окисления от температуры испытания (фиг.1, 2, 3), приращения скорости окисления от коэффициента поглощения светового потока К_п (фиг.4, 5, 6) и приращения испаряемости от температуры испытания (фиг.7, 8, 9).

Зависимости приращения скорости окисления и испаряемости от температуры испытания обозначены цифрой 0 - начало испытания, 1 - первый цикл снижение температуры испытания, 2 - второй цикл повышения температуры испытания до максимального значения и т.д.

Для минерального моторного масла М-10-Г₂к (фиг.1) при температуре 150°C приращение скорости окисления практически равно нулю, поэтому эта температура является предельной и определяет температурную область работоспособности минерального масла. Для частично синтетического моторного масла Visco 3000 10W-40 SL/CF (фиг.2) предельная температура составила 140°C, а для синтетического Mobil Synts 5W-40 SL/CF (фиг.3) - 160°C.

Зависимости приращения скорости окисления ΔV_o от коэффициента поглощения светового потока К_П показывают количество циклов снижения и повышения температуры, которые выдерживает испытуемый смазочный материал до коэффициента К_П=0,7÷0,8. Это значение коэффициента К_П=0,7÷0,8 является предельным для моторных масел, применяемых в двигателях внутреннего сгорания, и по достижению этого значения масла сливаются и заменяются на новые. Поэтому для минерального масла M-10-Г₂к (фиг.4) установлено три цикла изменения температуры испытания до значения коэффициента К_П=0,7÷0,8. Для частично синтетического моторного масла Visco 3000 10W-40 SL/CF (фиг.5) два цикла изменения температуры до коэффициента К_П=0,7, а для синтетического масла (фиг.6) количество циклов равно 15.

Зависимости приращения испаряемости моторных масел от температуры испытания показывают температуру, при которой приращение испаряемости равно нулю, поэтому она является предельной и определяет температурную область работоспособности испытуемого масла. Так, для минерального масла М-10-Г₂к (фиг.7) температура, при которой практически отсутствует испаряемость, равна 150°C для первого и третьего циклов испытания и 160°C для второго цикла испытания при ступенчатом увеличении температуры испытания. Поэтому предельной температурой работоспособности минерального масла по параметру испаряемости является температура 150°C.

Для частично синтетического масла Visco 3000 10W-40 SL/CF (фиг.8) приращение испаряемости равно нулю при температуре 150°C для первого цикла снижения температуры испытания и 140°C при втором цикле увеличения температуры испытания, поэтому предельной температурой работоспособности данного масла является температура 140°C.

Для синтетического масла Mobil Synts 5W-40 SL/CF (фиг.9) предельной температурой работоспособности по параметру испаряемости является температура 160°C.

На основе полученной информации о термоокислительной стабильности минерального, частично синтетического и синтетического моторных масел можно идентифицировать соответствие испытуемых смазочных материалов группе эксплуатационных свойств. Поэтому чем больше циклов ступенчатого снижения и повышения температуры испытания выдержал испытуемый смазочный материал и чем выше предельная температура его работоспособности по показателям приращения скорости окисления и испарения, тем должна быть выше группа эксплуатационных свойств и этот смазочный материал может применяться в двигателях с более нагруженными условиями эксплуатации и степенью форсирования.

Так, количество циклов определяет термоокислительную стабильность смазочного материала и предложено для идентификации или установления группы эксплуатационных свойств. По результатам испытания следует, что моторное масло Visco 3000 10W-40 SL/CF не может относиться к группе SL/CF, т.к. оно выдержало два цикла изменения температуры, а предельная температура его работоспособности равна 140°C, ниже чем у масел М-10-Г₂к и Mobil Synts 5W-40 SL/CF.

Предлагаемое техническое решение позволяет получить дополнительную информацию при определении термоокислительной стабильности смазочных материалов в широким диапазоне окисления по таким параметрам, как количество циклов колебаний приращения скорости окисления при ступенчатом снижении и повышении температуры испытания до установленного значения коэффициента поглощения светового потока, предельная температура работоспособности, определяемая температурой, при которой приращение скорости окисления и летучести равно нулю и промышленно применимо при идентификации и классификации по группам эксплуатационных свойств смазочных материалов.

Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, включающий нагревание пробы испытуемого смазочного материала постоянной массы в присутствии воздуха, перемешивание, фотометрирование, определение коэффициента поглощения светового потока окисленным маслом и испаряемости взвешиванием до и после испытания, построение графических зависимостей, по которым определяют параметры процесса окисления, отличающийся тем, что пробу смазочного материала испытывают в течение постоянного времени от максимальной температуры, превышающей температуру начала окисления с последующим ступенчатым ее понижением до значения, при котором наступает стабилизация коэффициента поглощения светового потока, затем температуру испытания смазочного материала ступенчато повышают до максимальной и повторно ее снижают до стабилизации коэффициента поглощения светового потока, установленный цикл изменения температуры повторяют до принятого значения коэффициента поглощения светового потока, отбирают пробу окисленного смазочного материала после каждой температуры испытания, фотометрируют, определяют коэффициент поглощения светового потока, испаряемость, скорость окисления и ее приращение, строят графические зависимости приращений скорости окисления и испаряемости от температуры испытания и скорости окисления смазочного материала от коэффициента поглощения светового потока, а термоокислительную стабильность испытуемого смазочного материала определяют по количеству циклов колебаний приращения скорости окисления до установленного значения коэффициента поглощения светового потока и по предельной температуре работоспособности, определяемой температурой, при которой приращения скорости окисления и испаряемости равны нулю.