Термоокислительная стабильность масел

С развитием авиационного двигателестроения повышаются тепловые напряжения и нагрузки на трущиеся детали двигателей. Масло в двигателе подвергается воздействию высоких температур, каталитическому влиянию различных металлов, большим давлениям, окислительному действию кислорода воздуха. Кислород воздуха вступает в реакцию с молекулами компонентов масла, что приводит к образованию совершенно новых продуктов – органических кислот, смол, асфальтенов, карбенов, карбоидов и пр.

Накапливание продуктов окисления в масле влечет за собой изменение и внешнего вида масла и его физико-химических свойств: масло темнеет, в нем появляются нерастворимые осадки, увеличивается его вязкость, возрастает кислотность и соответственно коррозионная агрессивность.

Способность масла противостоять окислению при повышенных температурах называется его термоокислительной стабильностью. Применение масел с низкой термоокислительной стабильностью может вызвать серьезные затруднения в эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте двигателей.

Окисление масла является главной причиной, вызывающей загрязнение деталей двигателя и системы смазки различного рода углеродистыми отложениями. Так, например, в поршневом двигателе на боковых поверхностях поршня, цилиндра, в поршневых канавках и внутренних поверхностях стенок поршня, шатунах, шестернях откладывается прочно скрепленная с поверхностью металла лакообразная пленка толщиной от нескольких десятков до 200...300 мкм. Из-за сходства с лаковыми покрытиями такие пленки называют лаковыми отложениями или лаками. Лаковые отложения способствуют перегреву двигателя и накоплению нагара, скрепляя его с металлической поверхностью. В лаках собираются интенсифицирующие износ поверхностей трения частицы нагара, пыли, износа и др. Накапливаясь в канавках поршневых колец, эта масса приводит к потере кольцом подвижности – его «пригоранию», в связи с чем нарушается герметичность между цилиндром и поршнем.

На стенках картера, фильтрах, в маслопроводах откладываются черные мазеобразные осадки, могущие нарушить подачу масла к узлам трения.

В газотурбинных двигателях наиболее часто встречаются следующие случаи загрязнения двигателя, вызванные окислением масла:

– появление лаковой пленки вдоль беговой дорожки подшипников;

– забивка элементов масляных фильтров откачивающих магистралей;

– отложение осадка на подшипниках турбины в виде «бахромы»;

– появление отложений в трубопроводах, канавках и жиклерах маслоподающих форсунок.

Поэтому одним из важнейших требований к смазочным маслам является их высокая термоокислительная стабильность.

Исходя из термоокислительной стабильности данного масла устанавливают предельную температуру его работоспособности и бремя стабильной работы. Чтобы удлинить срок службы двигателя и срок работы масла в двигателе, нужно, прежде всего, замедлить окисление масла.

Способность смазочных масел окисляться и осмоляться зависит от многих факторов, важнейшие из которых следующие: химический состав масла; температурные условия; длительность окисления; каталитическое действие металлов и продуктов окисления;

присутствие воды и механических примесей.

Различные типы углеводородов, входящие в масло, дают разные по химическому составу и физическим свойствам конечные продукты окисления. Парафиновые и нафтеновые углеводороды при окислении образуют растворимые в масле соединения (кислоты, смолы, оксикислоты), ароматические – нерастворимые в масле асфальтосмолистые вещества (асфальтены, карбены, карбоиды). Поэтому хорошо очищенные от ароматических веществ масла склонны к повышению вязкости и кислотности, но даже в тяжелых условиях работы двигателя дают малое количество отложений. Наибольшей стойкостью к окислению обладают малоразветвленные углеводороды, не имеющие боковых цепей. Более того, продукты окисления этих углеводородов – фенольные соединения – обладают свойством обрывать цепи окислительных реакций, т. е. предохранять от окисления остальные углеводороды. На этом свойстве основан метод усиления антиокислительных свойств масла – искусственного введения в него веществ фенольного характера (например, ионола).

Образующиеся в процессе окисления масла промежуточные продукты могут как ускорять, так и замедлять дальнейшие окислительные и полимеризационные процессы. Некоторые из углеводородных компонентов масел являются естественными антиокислителями. Перекисные соединения действуют в качестве катализаторов, ускоряющих окисление углеводородов масла и способствующих более глубокому окислению начальных продуктов.

Одним из важнейших способов улучшения термоокислительнои стабильности масел является применение различных антиокислительных и моющих присадок к маслам.