СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ИСТОРИЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Предполагается, что идея применения "смазочных масел" или смазочных материалов возникла с того времени, когда люди начали использовать инструменты.
Смазочное масло используется для различных целей: чтобы предотвратить излишнее трение и коррозию на поверхностях соприкосновения материалов, подавить тепловыделение, сохранять объекты в чистоте и создавать изоляционные и антикоррозийные эффекты.

Согласно историческим записям, оливковое масло использовалось для перемещения камня и пиломатериалов при строительстве колоссальных зданий в Древнем Египте; так же, как тогда животное жир использовался в качестве смазки в осях колес телег.
Термин "смазка" - "Grease" по-английски, который используется для описания смазочных материалов, возник из латинского слова "Grussu", что означает жир, потому что смазочные материалы выглядели похожими на жир в первые этапы применения.

В средние века широко использовались сложные машины из железа и меди, появились различные смазочные материалы, такие как китовое спермацетовое масло, касторовое масло, арахисовое масло и рапсовое масло.
Оно не предназначалось для того, чтобы полностью заменить и больше не использовать растительное масло или животный жир, и они были приняты в основном на основе практического опыта использования вместо научного анализа.

История современных смазочных масел началась с открытия нефтяного бурения и промышленной нефтепереработки в Пенсильвании, США в девятнадцатом веке.
В то время спермацетовое масло использовалось в качестве смазки для прядения и ткацких станков, но, было обнаружено, что смешивание его с сырой нефтью продлевает срок службы машины более чем на десять лет.
С тех пор смазочные материалы начали быстро заменяться смазочными продуктами на основе углеводородных соединений, полученных из природной нефти.

В эпоху индустриализации и начала массового производства двадцатого века машины стали более сложными и технически изощрёнными, поэтому постоянно требовались новые смазочные материалы, необходимые для работы в сложных условиях, несовместимых с требованиями прошлого.
В процессе двух Мировых войн двадцатого столетия, ставшими толчком к мощному технологическому прорыву, были быстро построены новые автомобили, самолеты, тепловозы, ракеты и крупные суда, которые в свою очередь способствовали разработке и продвижению нефтеперерабатывающих предприятий и внедрению новых смазочных продуктов.
В 1920-х годах был изобретен метод рафинирования нефти и разгон её по фракциям, а использование специальных добавок и присадок для повышения рабочих характеристик смазочных материалов начало применяться в мировой промышленности с 1930-х годах.

В 1950-х годах, когда стала активно развиваться реактивная авиация, необходимо было разработать смазочные материалы, которые хорошо работают даже при температуре меньше 50 градусов Цельсия ниже нуля, что привело к появлению синтетического масла.
В 1970-х годах был разработан метод гидрокрекинга, а в 1990-х годах был внедрён более продвинутый метод гидроизомеризации, позволяющий разрабатывать и производить широкий ассортимент высококачественных смазочных материалов с использованием минерального масла как основы, которое могло конкурировать с полностью синтетическим маслом.
В последнее время экологические факторы, а также эксплуатационные характеристики в основном рассматриваются как основание для выбора смазочных материалов, а заинтересованные стороны отрасли, включая химическую промышленность, инженерию, нефтеперерабатывающую промышленность и металлургию, продолжают исследования в области повышения качественных характеристик современных смазочных материалов.

ФУНКЦИЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Выбор подходящей смазки для каждого применения требует, прежде всего, понимания роли смазки.
Точное понимание позволяет пользователям выбирать подходящие смазочные материалы.

1. Снижение трения (Reduced Friction)
Смазка образует масляную пленку на поверхности металлов, превращая сухое трение в жидкостное скольжение, чтобы уменьшить применяемые при движении механизмов нагрузки, что является наиболее распространенной и важной функцией смазочных материалов.
Уменьшение трения предотвращает нагрев и истирание контактирующих поверхностей.

2. Охлаждение (Cooling)
Трение, естественно, вызывает нагрев соприкасающихся поверхностей, и тем больше тепла вырабатывается, чем сильнее металлические детали трутся друг об друга.
Поэтому тепло должно поглощаться или отводиться, иначе механизм в результате термического воздействия может быть разрушен или деформирован.
Чтобы предотвратить это, применяются смазочные материалы.
Особое свойство смазочных материалов способствовать охлаждению имеет решающее значение для прокатных масел, смазочных масел и моторных масел, используемых в двигателе внутреннего сгорания.

3. Распределение нагрузки (Load Balancing)
Компоненты, такие как зубчатое колесо или подшипник, контактируют с определенной, достаточно малой площадью поверхности, поэтому при пуске механизма нагрузка может мгновенно возрасти до критического максимума, что создаст угрозу разрушения и непосредственного контакта друг с другом элементов системы.
Поэтому применение смазки защищает механические системы от увеличения нагрузки путем образования масляной пленки для снижения нагрузки в пятне контакта.

4. Очистка (Cleaning)
Длительное использование механических систем может привести к коррозии или старению, вызывая образование посторонних веществ.
В случае использования гидравлического масла и трансмиссионного масла осадки накапливаются, например, образуя шлам в результате износа.
Двигатели внутреннего сгорания особенно генерирует при работе очень много продуктов неполного сгорания топлива и сажу, так что они, несомненно, значительно сокращали бы срок службы систем и заставляли бы их работать неправильно, используя некачественное моторное масло.
Поэтому правильно подобранная смазка сама по себе смывает и диспергирует посторонние вещества, имея поверхностно-активные свойства.

5. Уплотнение (Sealing)
Уплотнение заключается в закрытии микроразрывов между элементами системы.
Уплотнение пространства между поршнями и цилиндрами в двигателях внутреннего сгорания или воздушных компрессорах блокирует утечку горячего газа и приток внешних посторонних веществ для поддержания определенного внутреннего давления и защиты системы.
Особенно при использовании в качестве рабочей жидкости в гидравлической системе, сами смазочные материалы служат для предотвращения утечки путем создания гидравлической пленки.

6. Предотвращение коррозии (Rust Prevention)
Металлы образуют окислы и ржавчину при контакте с водой и кислородом.
Однако можно предотвращать образование ржавчины и продлевать срок службы системы, если поверхность металлов покрывать смазочной пленкой.

КОНСИСТЕНЦИЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Смазочные материалы по агрегатному состоянию делятся на:

1. Жидкие смазочные масла, которые в нормальных условиях являются текучими жидкостями - это масла, полученные переработкой нефти (Petroleum Oils) и масла растительного происходжения (Vegetable Oils);

2. Консистентные смазки - субстанции мазеобразного состояния - как пример можно привести технический вазелин, солидол, литол, китовый жир (Greases);

3. Твердофазные смазочные материалы - порошкообразные вещества, обладающие антифрикционными свойствами - графит, сульфид молибдена, тальк, слюда как пример (Solid Lubricants).

ХАРАКТЕРИСТИКИ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В основном необходимо понимать свойства смазочных материалов и термины, используемые для их описания, чтобы выбрать подходящий смазочный продукт.

1. Вязкость (Viscosity)
Вязкость используется для измерения того, насколько густая и "липкая" смазочная жидкость находится в определенных условиях, что является одним из наиболее важных факторов, которые следует учитывать при выборе смазочных материалов.
Вязкость выражается в cSt (Centistoke), SUS (Saybolt Universal Viscosity).
Понятно, что высокая вязкость означает более густую и "липкую" смазку.
Вязкость не используется для определения качества масла и не характеризует его качественные характеристики.
Таким образом, важно выбрать правильную вязкость для каждой области применения.

2. Индекс вязкости (Viscosity Index)
Индекс вязкости (VI) указывает на корреляцию между вязкостью смазочных материалов и температурой.
Более высокое значение VI подразумевает небольшое изменение вязкости в зависимости от изменения температуры.
Высшее значение VI характеризует большую устойчивость к температуре, поэтому продлевается срок службы масла и расширяет области его использования.

3. Точка вспышки и точка воспламенения (Flash Point & Fire Point)
Температура вспышки - наименьшая температура смазочного материала, при которой его пары над поверхностью способны вспыхивать в воздухе под воздействием источника воспламенения, однако устойчивое горение после удаления источника зажигания не возникает.
Точка воспламенения - самая низкая температура, при которой самовоспламенение не наступает, но возможно начало горения при поджигании, при котором пары масла будут продолжать гореть в течение как минимум 5 секунд после зажигания открытым пламенем.
Как правило, точка воспламенения выше, чем температура вспышки на 20-30 градусов, и смазочные материалы не могут использоваться в открытой окружающей среде выше точки воспламенения.

4. Температура застывания (Pour Point)
Если температуру смазки постепенно снижать, начинается выпадение твердых воскоподобных веществ.
Температура появления этого явления называется температурой застывания.
Это не означает, что смазка не может использоваться в окружающей среде ниже точки застывания.
Однако, поскольку это явление может снизить эффективность работы, температуру застывания следует особенно учитывать при выборе моторного масла, которое будет использоваться зимой.

5. Общий кислотный индекс, общее кислотное число (Total Acid Number, TAN)
Общее количество кислоты (TAN) указывает количество кислотного компонента, содержащегося в масле, и которое исчисляется количеством гидроксида калия в миллиграммах, которое необходимо для нейтрализации кислот в одном грамме масла.
Чем больше смазка используется и чем больше пробег, тем выше кислотный компонент в смазке, и TAN увеличивается.
Значения TAN также могут быть полезны в других отраслях, где масла используются в качестве смазочных материалов для определения окисления и последующей коррозионной опасности для машин.

6. Общий щелочной индекс, общее щелочное число (Total Base Number, TBN)
Общее щелочное число (TBN) указывает количество основного компонента, содержащегося в масле, которое выражается в эквивалентном количестве миллиграммов гидроксида калия на грамм образца масла.
Чем выше показатель, тем больше кислот может нейтрализовать данное масло.
В процессе эксплуатации щелочное число масла понижается, вырабатывая запас щелочных присадок.
Чем дольше пробег и чем выше TAN, тем ниже будет TBN.

7. Устойчивость к окислению (Oxidation Stability)
Окислительная стабильность - это способность снизить скорость окисления смазки, ускоренную высокой температурой.
Это свойство особенно важно для определения срока службы и срока хранения моторного масла.

КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. Классификация по сырью
Смазка относится к веществам, которое делает перемещение движущихся частей плавнее, а жидкие смазки составляют около 80% от общего количества смазочных материалов.
Смазочные материалы разрабатываются с использованием базовых масел, полученных в результате переработки нефти, путем добавления присадок в соответствии с коэффициентом смешивания для каждого применения или с использованием компаундирующих химических веществ, таких как полиальфаолефинов, ПАО (Polyalphaolefines, PAO).

По происхождению используемого при производстве смазок сырья различают:

1. Минеральные масла (Mineral Oils), получаемые в процессе переработки нефти - они являются основной группой выпускаемых в мире смазочных масел и составляют более 90% от общего объёма производства смазок.
2. Растительные масла (Vegetable Oils), получаемые из семян и частей некоторых видов растений.
Например, до сих пор в технике применяются касторовое масло (Оleum Ricini) - густое масло, получаемое из семян клещевины путём холодного прессования.
3. Животные жиры (Animal Fats) - баранье и говяжье сало, технический рыбий жир, костное и спермацетовые масла и другие.
4. Синтетические смазки (Synthetic Greases), получаемые из углеводородного сырья методами каталитической полимеризации жидких или газообразных углеводородов нефтяного и не нефтяного сырья, синтезом кремнийорганических соединений - силиконовых масел и полисиликонов (Silicones, Polysiloxanes), получением фтороуглеродных полимеров - политетрафторэтилена, тефлона, фторопласта (Polytetrafluoroethylene, Teflon, PTFE).
Синтетические масла обладают точно заданными необходимыми свойствами, но высокая стоимость их производства снижает области их применения до узкоспециальных приложений.

2. Классификация по использованию
Смазочные материалы в основном используются в автомобильной, тяжелой промышленности, индустрии и судоходстве.

Смазки для транспортных средств:
- моторное масло для дизельных двигателей (Diesel Engine Oil);
- моторное масло для бензиновых двигателей (Gasoline Engine Oil);
- моторное масло для дизель-электровозов (Diesel-electric locomotive Engine Oil);
- авиационное моторное масло (Aeromotor Engine Oil);
- моторное масло для двигателей на сжиженном природном газе (LPG Engine Oil);
- моторное масло для двигателей на сжатом природном газе (CNG Engine Oil);
- мотоциклетное моторное масло (Motorcycle Engine Oil);
- моторное масло для двухтактных двигателей (2-cycle Motor Engine Oil);
- масло для автоматической трансмиссии (Automatic Transmission Fluid, ATF);
- автомобильное трансмиссионное масло (Automotive Gear Oil).

Смазки для промышленных машин:
- гидравлическое масло (Hydraulic Oil);
- машинное масло (Machine Oil);
- промышленное трансмиссионное масло (Industrial Gear Oil);
- турбинное масло (Turbine Oil);
- циркулируещее масло (Circulating Oil);
- компрессорное масло (Compressor Oil);
- хладагентное масло (Refrigerant Oil).

Смазки для судоходства:
- цилиндровое масло (Cylinder Oil);
- поршневое масло (Trunk Piston Oil);
- системное масло (System Oil).

Смазки для металлообрабатывающей промышленности:
- режущее масло (Cutting Oil);
- прокатное масло (Rolling Oil);
- масло для термообработки (Heat Treating Oil);
- консервационное масло (Inhibited Oil).

Смазки для прочих областей применения:
- технологическое масло (Process Oil);
- электроизоляционное, трансформаторное масло (Electrical Insulating Oil);
- смазка (Grease).

3. Классификация по вязкости
Чтобы понять смазочные свойства моторного масла, необходимо прочитать и понять индекс SAE на моторном масле.
SAE является международным стандартом, установленным для определения вязкости моторного масла Обществом автомобильных инженеров (Society of Automotive Engineers, SAE).

Единая шкала
Продукты различных марок, но описываемые единым индексом, таким как, например SAE 10W и SAE 30, по вязкости могут быть идентифицированы в соответствии со значениями вязкости в таблице SAE ниже.

SAE J300	Low-Temperature(ºC) Cranking Viscosity (mPa.s, Max)	Low-Temperature(ºC) Pumping Viscosity (mPa.s, Max)	Low-Shear-Rate Kinematic Viscosity (cSt@100ºC)	High-Shear-Rate Viscosity (mPa.s@150ºC, Min)
Test Method	ASTM D5393	ASTM D4684	ASTM D445	ASTM D4683
0W	6 200 at - 35	60 000 at - 40	3.8 ~	-
5W	6 600 at - 30	60 000 at - 35	3.8 ~	-
10W	7 000 at - 25	60 000 at - 30	4.1 ~	-
15W	7 000 at - 20	60 000 at - 25	5.6 ~	-
20W	9 500 at - 15	60 000 at - 20	5.6 ~	-
25W	13 000 at - 10	60 000 at - 15	9.3 ~	-
8	-	-	4.0 ~ 6.1	1.7
12	-	-	5.0 ~ 7.1	2.0
16	-	-	6.1 ~ 8.2	2.3
20	-	-	6.9 ~ 9.3	2.6
30	-	-	9.3 ~ 12.5	2.9
40	-	-	12.5 ~ 16.3	3.5(0W,5W,10W)
40	-	-	12.5 ~ 16.3	3.7
50	-	-	16.3 ~ 21.9	3.7
60	-	-	21.9 ~ 26.1	3.7

Универсальный класс
Продукты различных марок, свойства которых описаны двумя типами чисел, таких как SAE 5W30 и SAE 10W40, что означает, что оба класса SAE, указанные в таблицах вязкости, удовлетворяются.
Изменение вязкости многоцелевых смазочных масел при высокой температуре меньше, чем у смазочных масел единого класса, что дает экономические преимущества.
Многоцелевые смазочные масла более жидкие при низкой температуре, чем смазочные масла единого класса, так что они улучшают топливную эффективность двигателя внутреннего сгорания.
Кроме того, большинство многоцелевых масел имеют лучшие характеристики износостойкости, чем масла единого класса, продлевая срок службы деталей двигателя внутреннего сгорания.

4. Классификация по эффективности
Американский институт нефти (American Petroleum Institute, API) официально признал стандарты качества моторного масла, которые подходят для каждого двигателя, после распространения автомобилей в 1900-х годах.
Бензиновые масла маркируется как S (Service Category), а дизельные масла обозначены как C (Commercial Category), а затем добавлен A, B, C, D и так далее, чтобы отличить их оценки.
Поскольку новейшие модели двигателей более необходимы для работы в более суровых условиях при более жестких правилах, они удовлетворяют более строгим требованиям, чем предыдущие оценки.

Моторное масло для бензиновых двигателей

Моторное масло для дизельных двигателей

SN	2011	CJ-4	2007
SM	2004	CI-4	2002
SL	2001	CH-4	1998
SJ	1996	CG-4	1995
SH	1993	CF/CF-2	1994
SG	1989	CF-4	1990
SF	1980	CD-Ⅱ	1985
SE	1972	CE	1984
SD	1968	CC	1961
SC	1964	CD	1955
SB	1930	CB	1949
SA	1900	CA	1900