CC BY
2УДК 665.7.035.9 https://doi.org/10.24412/0233-5727-2025-2-25-29
Дата поступления рукописи в редакцию: 13.01.2025 г. Дата принятия рукописи в печать: 25.02.2025 г.
Сравнительное исследование водостойкости
сульфонатных, фенолятных и салицилатных пластичных смазок в динамических условиях работы подшипников качения
13АЛЬФОНСЕ ТЕЛЛИАНО, 1А.В. ПЕСКОВЕЦ, канд. техн. наук, 2Д.С. КОЛЫБЕЛЬСКИЙ, 1К. МЕНУЕР, 14Э. ФАХИМ, 3А. БА, 3Р.Б. ДИАЛЛО, 3М. КУРУМА, 3А.О. БА, 3О. БАРРИ, 1Л.Н. БАГДАСАРОВ, канд. техн. наук
1Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина [РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина], Москва;
2НК «Роснефть» - Московский завод «Нефтепродукт», Москва; 3Университет Гамаля Абдель Насера в Конакри, Республика Гвинея; 4Кабульский политехнический университет, Афганистан
Рассмотрены результаты оценки водостойкости новых отечественных пластичных смазок в лабораторных условиях в специально разработанном подшипниковом узле, в котором достигаются высокие скорости вращения подшипников, имеется возможность их нагревания извне и ввода поверх подшипников определённого количества воды.
Ключевые слова: пластичные смазки, подшипники качения, водостойкость пластичных смазок.
Стойкость к воздействию воды пластичных смазок — эксплуатационное свойство, заслуживающее особого внимания, особенно в условиях скоростного (до 600 об./мин) вращения нагретых подшипников. Смазки на основе сульфонатов широко используются (в том числе на многих металлургических и трубных заводах в прокатном производстве) благодаря своим защитным свойствам и способности снижать трение между движущимися поверхностями при достаточно высоких нагрузках. Однако со временем и под воздействием различных нагрузок эти смазки деградируют, эффективность их действия снижается и, как следствие, продолжительность работы различных агрегатов сокращается [1-6].
Деградация сульфонатных смазок под воздействием воды при высоких (до 140°С) температурах работы подшипников — это сложный процесс, на который влияют различные факторы. При наличии влаги сульфонатные смазки могут подвергаться химической деградации, что изменяет их функциональные свойства [1, 3, 7-9]. Механизм деградации часто начинается с проникания воды в структуру смазки при активном перемешивании внутри подшипника. При высоких температурах вода переходит в состояние пара, который, конденсируясь, нагревает поверхностный слой смазки, защищающий подшипник. При этом предел прочности смазки снижается, её структура разрыхляется и в определённый момент вода начинает проникать в подшипник, резко снижая его несущую способность. Это приводит к вибрациям, шуму, интенсивному изнашиванию или заклиниванию подшипника. В случае его периодической работы в режиме «стоп-старт» может начаться коррозия тел качения, что также
ведёт к быстрому выходу подшипника из строя. Такие параметры, как температура, давление и наличие загрязнений извне ускоряют описанные процессы. Кроме того, взаимодействие воды с присадками или наполнителями, присутствующими в смазках, может как замедлять, так и ускорять процесс деградации смазок [1]. Поэтому понимание влияния химического состава пластичной смазки и технологии её приготовления на водостойкость в динамических условиях при повышенных температурах является приоритетной задачей для компаний, занимающихся производством пластичных смазок.
Стойкие к воздействию воды смазки востребованы и в автомобильной промышленности для смазки ходовой части транспортных средств — карданных шарниров, рулевых тяг и т.п. Бариевые пластичные смазки типа ШРБ-4, широко применявшиеся для этих целей в прошлом, оказались токсичными в производстве, а литиевые типа ШРУС-4 — недостаточно водостойкости.
Далее рассмотрены результаты оценки водостойкости новых отечественных пластичных смазок в лабораторных условиях в специально разработанном подшипниковом узле, в котором достигаются высокие скорости вращения подшипников, имеется возможность их нагревания извне и ввода поверх подшипников определённого количества воды.
Для моделирования старения пластичных смазок в подшипниках в условиях эксплуатации использовали пятиподшипниковую схему (рис. 1). Вращающийся шток в пятишпиндельном устройстве размещается коаксиально в неподвижной нагретой чаше. При термомеханической нагрузке смазка подвергается воздействию воды, стремящейся проникнуть
Рис. 1. Внешний вид лабораторной установки для испытания смазок
к смазанному подшипнику под действием силы тяжести.
Установка позволяет испытывать смазки в широком диапазоне температур, изучать скорость их деградации, определяя изменение их структуры во времени под воздействием воды, и влияние различных рецептурных и технологических факторов производства самой смазки.
Объекты и методы исследования
Были выбраны образцы сульфонатных, фенолят-ных и салицилатных пластичных смазок, приготовленные на следующих ингредиентах: • загустители (дисперсная фаза) •нефтяной сульфонат кальция С-300 «А» (ТУ 38. 301-19-115-99),
•синтетический сульфонат кальция ССК-400D (ТУ BY 390401182. 022-2011),
• алкилфенолят кальция К-37 (ТУ 20.59.42152-40065452-2018),
Таблица 1
Компонентный состав испытуемых пластичных смазок
• полифункциональная алкилфенольная присадка К-38 (ТУ 20.59.42-152-40065452-2018),
•Детерсол-300 (ТУ 0257-017-48120848-2000);
• дисперсионные среды
•изопарафиновое масло VHVI-4 (ТУ 38.401-58415-2014),
• полиальфаолефиновое масло ПАОМ-4 (ТУ 0253014-54409843-2007),
• диоктилтерефталат (ДОТФ) (ТУ 20.59.56029-53505711-2018),
• полиалкилбензол (ПАБ) (ТУ 2414-02505766480-2006),
• смесь масла VHVI-4 и ДОТА в соотношении
1:1,
•индустриальное масло И-50А (ГОСТ 2079988);
• дополнительные компоненты — вода дистиллированная (ГОСТ 6709-72).
В табл. 1 приведены рецептуры образцов смазок, а в табл. 2 — их основные эксплуатационные характеристики.
Последовательность испытательных мероприятий следующая (рис. 2):
• зачищенные до блеска наждачной бумагой алюминиевые стержни и стальные чашки промывают бензином и ацетоном;
• в пять стальных стаканов помещают по 20 г испытуемой смазки;
• пять промытых бензином и ацетоном подшипников качения, заполненных смазкой, помещают в стаканы (поверх ранее внесённой смазки);
• стаканы со смазками и подшипниками размещают в корпусе установки (см. рис. 1) и нагревают до 100-115^;
• в стаканы поверх смазанных подшипников добавляют по 20 г воды;
• включают привод вращения подшипников;
• испытания проводят в течение 10 мин примерно при 115^.
Образец № Краткое наименование Основа смазки
1 ССК 400D, 40% VHVI-4 Сульфонат кальция (400D) с изопарафиновым маслом (40% VHVI-4)
2 ССК 400DL, 25% VHVI-4 Сульфонат кальция (400DL) с изопарафиновым маслом (25% VHVI-4)
3 СК 400RL, 15% VHVI-4 Сульфонат кальция (400RL) с изопарафиновым маслом (15% VHVI-4)
4 Фенолят-загуститель с присадками и наполнителем (К-38, 3% MoS2, 25% И-40)
5 D-300, 25% ПАО-4 Алкилсалицилат ф-300) с полиальфаолефиновым маслом (25% ПАО-4)
6 D-300, 25% VHVI-4 Алкилсалицилат ф-300) с изопарафиновым маслом (25% VHVI-4)
7 D-300, 25% И-40 Алкилсалицилат ф-300) с индустриальным маслом (25% И-40)
8 КС №2, NLGI 2 Сульфонат кальция технический №2: специализированная водостойкая смазка КТО 84035624-157-2014
9 Total Ceran WR 220 Сульфонат кальция, NLGI
10 Total Ceran MM 100 Сульфонат кальция, NLGI
Таблица 2
Эксплуатационные показатели образцов испытуемых пластичных смазок
Образец № Температура каплепадения (ГОСТ 6793-74), °С Коллоидная стабильность (ГОСТ 7142-74), % масс. Предел прочности (ГОСТ 7143-73, метод B), Па Пенетрация при 25°С с перемешиванием 60 двойных тактов (ГОСТ 5346-78), 10-1 мм
1 191 2,71 380 292
2 > 250 0,46 605 280
3 > 250 0,37 800 284
4 > 250 1,78 860 229
5 > 250 0,33 808 339
6 > 250 0,47 740 345
7 > 250 0,39 640 339
8 > 250 1,08 570 269
9 > 250 0,56 620 198
10 > 250 0,70 610 221
Рис. 2. Подготовленные к испытанию подшипник и стакан (а) и стакан в сборе (б)
• по окончании испытания оценивают состояние смазок и подшипников. Обсуждение результатов
Внешний вид смазок после испытаний представлен на рис. 3.
Образцы № 1-3 (рис. 4) не позволили воде проникнуть к подшипнику. Другими словами, вода оставалась на поверхности смазки, а смазанный подшипник — внизу. Эти смазки являются стойкими к воздействию воды, что позволило образцам выдержать испытание.
Образцы № 4 (рис. 5) и № 5-7 (рис. 6) — вода проникла внутрь подшипника, что свидетельствует о том, что данные смазки неводостойки.
Рис. 5. Внешний вид подшипника после испытаний образца смазки № 4 (фенолятная), не выдержавшей испытание
Образец № 8 (рис. 7) — товарный сульфонат кальция № 2 не смешивался с водой, т.е. вода оставалась сверху, а смазанный подшипник — внизу.
Образцы № 9, 10 (рис. 8) — товарные импортные сульфонатные смазки Ceran WR 220 и MM 100 Total lubricants защитили подшипники от попадания воды.
Рис. 3. Внешний вид смазок после эксперимента
Образец 1 Образец 2 Образец 3
Рис. 4. Сульфонатные смазки (№ 1-3), выдержавшие испытание на водостойкость
Образец 5
Образец 6
Образец 7
Рис. 6. Алкилсалицилатные смазки (№ 5-7), выдержавшие испытание на водостойкость
Рис. 7. Подшипник после испытания товарной сульфонатной смазки № 2 (образец № 8)
Рис. 8. Водостойкие товарные импортные сульфонатные смазки Ceran WR 220 и MM 100 Total Lubricants
В табл. 3 представлены сводные результаты оценки образцов смазок. Установлено, что все пластичные смазки на основе сульфоната кальция обладают исключительной устойчивостью к воздействию воды в динамических условиях.
Сульфонатные смазки защищают подшипники от проникания воды, в отличие от фенолятных и салицилатных смазок. Однако все протестированные смазочные материалы продемонстрировали высокий уровень защиты, особенно в морской воде. Определение антикоррозионных свойств испытуемых смазок показало, что они не оказывают коррозионного воздействия на цветные металлы, независимо от их состава. Все они относятся к классу 1а.
Выводы
• Вода проникала в подшипники, покрытые фенолятными и салицилатными смазками. Следовательно эти смазки не могут быть использованы в подшипниках, не защищённых от проникания воды.
• Вода не проникала в подшипники, смазанные сульфонатными смазками. Эти смазки надёжно защищают подшипники от проникания воды.
Полученные результаты показывают, что пластичные смазки различного состава на основе суль-фонатов кальция, приготовленные на кафедре химии и технологии смазочных материалов и химото-логии РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, а также товарные пластичные смазки на основе сульфо-натов кальция, поставляемых компанией Lubrizol Special American (Total Ceran WR 220 и Total MM 100), хорошо удерживают воду. Благодаря своим улучшенным антикоррозионным характеристикам они могут применяться в сложных условиях, как и предполагалось авторами [10, 11].
Таблица 3
Результаты оценки водостойкости и консервационных свойств смазок
Показатель Образец №
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Состояние смазки после испытаний Выдерживает (вода оставалась сверху, а смазка внизу) Не выдерживает (вода проникала в подшипники) Выдерживает (вода оставалась сверху, а смазка внизу).
Коррозия на медной пластине 1а
Защитные свойства (в морской воде) Выдерживает
ЛИТЕРАТУРА
1. Йылмаз А., Йылдыз Ф., Арслан Х. Механизмы окисления смазочных материалов в трибологических приложениях // Трибология интернационал. — 2019. — С. 100-140.
2. Гора X. Смазочные материалы // Химические новости — апрель 2011 г. — № 351. — С. 59-60 (https://new.societechimiquedefrance.fr/wp-content/ uploads/2019/12/2011-351-avril-p.59-Montagne-HD.pdf).
3. Рагаб МА., Аль-Харби М.О. Поведение коррозии и окисления смазочных материалов на основе сульфонатов // Материалы сегодня: Труды. — 2020. — С. 150-200.
4. Айель Дж. Смазочные материалы для тепловых двигателей // Инженерная техника. — Ref : BM2750 V1, 2003.
5. Маккензи Д.С. Окисление закалочного масла // 27-я конференция и выставка ASM Heat Treating Society, (1618 сентября 2013, Индианаполис, штат Индонезия).
6. Маккензи Д.С., Пиоли П.Л., Ким Дж. Влияние температуры и катализатора на окисление масла, использу-
Telliano Alphonse, Peskovets А-V., Kolybelskiy D.S., Menouer K., Fahim A., Bah A., Diallo R.B., Kourouma M.,
Bah A.O., Barry O., Bagdasarov L.N. Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University), Moscow;
NK Rosneft - Moscow Plant «Nefteproduct»; Gamal Abdel Nasser University of Conakry, Republic of Guinea;
Kabul Polytechnic University, Afghanistan COMPARATIVE STUDY OF WATER RESISTANCE OF
SULFONATE, PHENOLATE AND SALICYLATE GREASES UNDER DYNAMIC OPERATING CONDITIONS OF ROLLING BEARINGS
The results of the assessment of water resistance of new domestic plastic lubricants under laboratory conditions in a specially designed bearing unit, in which high speeds of rotation of bearings are achieved, there is a possibility of their heating from the outside and the introduction of a certain amount of water over the bearings, are considered.
Key words: plastic lubricants, rolling bearings, water resistance of plastic lubricants.
References
1. Yilmaz A., Yildiz F., and Arslan H. Oxidation mechanisms of lubricants in tribological applications. Tribology International, 2019, pp. 100-140.
2. Xavier Montagne. Les lubrifiants. L'Act. Chim., avril 2011, no. 351, 59-60. URL: https:// new.societechimiquedefrance.fr/wp-content/ uploads/2019/12/2011-351-avril-p.59-Montagne-HD.pdf.
3. Ragab M.A. and Al-Harbi Ragab M.O. Corrosion and oxidation behavior of sulfonate-based lubricants. Materials today proceedings conference 2020. 150 - 200 p.
емого для закалки шестерён // Материалы 26-го конгресса IFHTSE (17-19 сентября 2019, Москва).
7. Силлион Б. Автомобильные смазочные материалы для бесперебойной работы и долговечности двигателей // L'Act. Chim. — 2003. — Октябрь. — С. 3.
8. Смазочные материалы Unil. Окисление смазочных материалов. https://unil.be/fr/blog/oxydation-de-lubrifiants-156 (Дата обращения: 05.08.2020).
9. Гатто В., Моле В., Кобб Т. и др. Окисление и его применение в испытаниях турбинных масел // J. ASTM. — 2006. — V. 3, April. — С. 1.
10. Багдасаров Л.Н., Килякова А.Ю., Песковец А.В. и др. Применение пластичных смазок в узлах трения машин и механизмов: Уч. пос. — М.: ИЦ РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2024. — С. 70-73.
11. Манг Т., Дрезель У. Смазки. Производство, применение, свойства: Справочник: Пер. с англ. / Под ред.
B.М. Школьникова. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2010. -
C. 734-735.
4. Aiel J. Lubricants for thermal engines. Engineering Techniques. Ref: BM2750 V1. 2003.
5. McKenzie D.S. Oxidation of quenching oil. 27th Conference and Exhibition of the ASM Heat Treating Society, September 16-18, Indianapolis, Indiana, 2013.
6. McKenzie, D.S. Pioli P.L., and Kim J. The effect of temperature and catalyst on the oxidation of oil used for gear hardening. In Proceedings Materials of the 26th IFHTSE Congress, Moscow, September 17-19, Moscow, Russia, 2019.
7. Sillion B. Automotive lubricants: for the smooth operation and longevity of engines L'Act. Chim. October 2003. 3 p.
8. UNIL LUBRICANTS. Oxidation of lubricants URL: https://unil.be/fr/blog/oxydation-de-lubrifiants-156/. (accessed 05/08/2020).
9. Gatto V., Mole V., Cobb T., et al. Oxidation Fundamentals and Its Application to Turbine Oil Testing. JASTM Int. Apr 2006, 3(4): 1-20 (20 pages). https://doi. org/10.1520/JAI13498.
10. Bagdasarov L.N., Kilyakova A.Yu., Peskovets A.V. et al. Primeneniye plastichnykh smazok v uzlakh treniya mashin i mekhanizmov [Application of plastic greases in friction units of machines and mechanisms]. Moscow, ITS RGU nefti i gaza (NIU) Publ., 2024, pp. 70-73 (In Russ.).
11. Mang T., Drezel' U. Smazki. Proizvodstvo, primeneniye, svoystva [Lubricants. Production, application, properties]. Handbook. Ed. V.M. Shkolnikov. Translated from the 2nd English edition. St. Petersburg, Profession Publ., 2010, pp. 734-735. (In Russ.).
Новости Те1едгат-канапов
В Казанском университете нашли метод снижения серы в тяжёлой нефти
Ьйр8:/Д.те/га8о£Пс1а1 (Российский научный фонд)
Учёные Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета (КФУ) первыми использовали изотопные метки для изучения взаимодействия воды и серосодержащих соединений нефти. Результаты исследования предоставляют экологически чистый и эффективный метод снижения содержания серы в тяжёлых нефтях и нефтяных остатках. Исследование получило поддержку Российского научного фонда в рамках конкурса Президентской программы для лабораторий мирового уровня. Перспективными в развитии отрасли являются технологии частичной подземной переработки тяжёлой нефти. Исследование открывает новые данные для понимания химических превращений в нефтяном пласте при гидротермальном воздействии с использованием каталитических композиций. Вода выступает не только как среда, но и сама участвует в химических процессах в качестве реагента при гидротермальном обессеривании. Научная группа достигла высокой степени обессеривания с применением стеарата никеля как нефтерастворимого прекурсора катализатора: степень конверсии увеличена до 97,34%. Дополнительно было установлено, что в процессе гидротермального воздействия стеарат никеля преобразуется в частицы сульфидов и полисульфидов, что оказывает влияние на скорость протекания исследуемых процессов. Метод может быть интегрирован в существующие технологии переработки нетрадиционных углеводородных ресурсов, обеспечивая экономически эффективное производство, а также снижение вредных выбросов в окружающую среду.
