CC BY
32
The article is sanctified to researches of the state territories of enterprise of productive PCBS and possessing galvanic workshops for production providing. The basic aspects of the negative influence of wastes production ofpays and galvanic production are briefly expounded on an environment. The state is as an example examined with formation duringbthe work of lines of etch of PCBS during the normal working to capacity. So at the productivity of line of etch the 12 m
2/h amount of residue during monthly work in one changing will make approximately 2200 kg It results in an accumulation on territories of enterprises and fars of hazwastes, that practically harm to soils, environment. To avoid the accumulation of residue on territory of the enterprises it is suggested to use technology of regeneration of exhaust solutions of etch, at that a metal is distinguished used as secondary raw material for the production of copper, and the regenerated solution is repeatedly usedfor an etch.
Key words: utilization, regeneration, etching solutions, ecological danger, slimes, printed circuit boards, mass transfer, forecast.
Nester Anatoly Antonovich, candidate of technwal sciences, docent, nes-terlll ayandex.ru, Ukraine, Khmelnytskyi, Khmelnytskyi National University,
Evgrashkina Galina Petrovna, doctor of geological sciences, professor, hydro-geo44@gmail. com Ukraine, Dnepr, Dnepr National University
УДК 621.892.28
ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ СИНТЕТИЧЕСКИХ
МОТОРНЫХ МАСЕЛ
Б.И. Ковальский, Д. Д. Абазин, В.И. Верещагин, Н.Н. Лысянникова
Приведены результаты исследования термоокислительной стабильности синтетических моторных масел. Установлено влияние температуры на процессы окисления. Предложен критерий сопротивляемости синтетических масел температурным воздействиям. Определено влияние температуры на испаряемость и кинематическую вязкость.
Ключевые слова: коэффициент поглощения светового потока, кинематическая вязкость, испаряемость, критерий сопротивляемости окислению, потенциальный ресурс.
На российском рынке нефтепродуктов обилие отечественных и зарубежных производителей, однако объективная информация об их качестве отсутствует. Существует проблема их идентификации на соответствие классу вязкости и принадлежности группам эксплуатационных свойств. В этой связи возникает необходимость разработки метода контроля нефтепродуктов, позволяющего получить расширенную информацию о
200
состоянии моторных масел и возможность сравнивать и выбирать лучшие масла. Наличие такого метода и средств контроля повысит требования к производителям уменьшит покупную способность нефтепродуктов низкого качества и их номенклатуру, позволит осуществлять контроль зарубежных масел и отказаться от покупки некондиционных нефтепродуктов. Основным показателем, характеризующим, склонность моторных масел к окислению является термоокислительная стабильность.
Целью настоящей работы является апробация разработанного метода и средств контроля для получения дополнительной информации, позволяющей сравнивать моторные масла.
Для исследования выбраны синтетические моторные масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF и Mobil 1 NewLife 0W-40SJ/CF, принадлежащие одной группе эксплуатационных свойств SJ.
Методика исследования предусматривала применение следующих средств испытания и контроля: прибора термостатирования масел; фотометрическое устройство для прямого фотометрирования окисленных масел; электронные весы; малообъемный вискозиметр, технические характеристики приборов приведены в монографии [1]. Исследуемые масла тер-мостатировались при температурах 200, 190, 180 и 170 0С.
Согласно методике исследования проба масла массой 100±0,1 г заливалась в стеклянный стакан и термостатировалась на приборе для термо-статирования масел в течение определенного времени при заданной температуре, частота вращения стеклянной мешалки прибора 300 об/мин. Температура масла и частота вращения поддерживались автоматически. После каждых 2-8 часов в зависимости от температуры испытания проба окисленного масла взвешивалась, определялась масса испарившегося масла, отбирались пробы для прямого фотометрирования при толщине фото-метрируемого слоя 2 мм и измерения кинематической вязкости при 100 ос. Отобранные пробы сливались в стакан, который повторно взвешивался. Продолжительность испытания определялась временем достижения коэффициента поглощения светового потока Кп величины 0,75 - 0,8. По полученным данным строились графические зависимостикоэффициента поглощения светового потока Кп, испаряемости G и кинематической вязкости от времени окисления, по которым сравнивались исследуемые масла.
На рис. 1, а, б представлены зависимости коэффициента поглощения светового потока Кп, от времени и температуры испытания в диапазоне от 170 до 200 ос.
Установлено, что для синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF зависимости Kn=f(t) имеют три характерных участка независимо от температуры окисления. Первый участок характеризуется увеличением коэффициента Кп, второй - его уменьшением, а третий - повторным увеличением. Такое изменение величины коэффициента Кп вызвано образованием двух видов продуктов окисления, названных первич-
ными (первый участок) и вторичными (третий участок). На втором участке, где величина коэффициента Кп уменьшается, это вызвано появлением центров коагуляции, на поверхности которых абсорбируются вторичные продукты, образующиеся из первичных продуктов, концентрация которых уменьшается. Кроме того, в начале процесса образования вторичных продуктов окисления размеры центров коагуляции минимальны, и происходит дефракция светового потока при фотометрировании окисленных масел, вызывающая уменьшение величины коэффициента Кп
Рис. 1. Зависимости коэффициента поглощения светового потока Кп от времени и температуры термостатирования синтетических моторных масел: а - Масло Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF; б-Mobil INewLife 0W-40 SJ/CF;1- 200 °С; 2 -190 °С;3 -180 °С;4 -170 С
Для масла Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF (рис. 1, б) при температуре 200 °С (кривая 1) процесс окисления характеризуется образованием одновременно двух видов продуктов окисления, т.е. эта температура для данного масла является высокой. Для других температур (190...170 °С) за счёт наличия центров коагуляции увеличение коэффициента Кп замедляется или стабилизируется (температура 170 °С) в зависимости от температуры окисления. Однако с увеличением времени окисления наступает период увеличения коэффициента Кп (кривые 2 и 3).
Для сравнения термоокислительной стабильности исследованных масел предложен потенциальный ресурс П, определяемый временем достижения величины коэффициента Кп значения, равного 0,4 (рис.2) при разных температурах окисления. Данные зависимости описываются полиномом второго порядка
Р=аТ2-ЬТ+е, (1)
202
где а, Ь и с - коэффициенты, характеризующие сопротивляемость масел температурным воздействиям.
Рис. 2. Зависимости потенциального ресурса от температуры
окисления синтетических моторных масел при величине коэффициента поглощения светового потока Кп = 0,4: 1 - Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF; 2-Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF
Регрессионное уравнение зависимости Р =f(T) для масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/ C имеет вид Р = 0.13 Т2-51.18Г+5047.8, для масла Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF - вид Р = 0.04Т2-16.56Г+1721.6.
Коэффициент корреляции 0, 988 и 0,998 соответственно.
Согласно данным потенциальный ресурс масла Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF выше, хотя при температуре испытания 200 0С он одинаков с маслом Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF.
Испаряемость исследуемых масел (рис. 3, а, б) также зависит от температуры окисления, поэтому для сравнения масел по этому показателю предложен потенциальный ресурс PG, определяемый временем испарения 10 г масла (рис.4).
Зависимости PG =fT) описываются полиномом второго порядка
PG =aT2-bT+c, (2)
где a, b и c - коэффициенты, характеризующие испаряемость масел при окислении.
Регрессионное уравнение зависимости PG. =f(T) для масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF имеет вид PG = 0.15Т2-59.28Т+5882.8, для масла Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF - вид PG = 0.0475 T2-19.845T+2080.95.
Коэффициент корреляции 0, 992 и 0,999 соответственно.
Согласно данным потенциальный ресурс по испаряемости значительно выше у масла Mobil 1NewLife 0W-40 SJ/CF.
Рис. 3. Зависимости испаряемости синтетических моторных масел
от времени и температуры термостатирования: а - Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF; б - Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF; 1-200С; 2 -190С; 3 -180С; 4- 170С
Рис. 4. Зависимости потенциального ресурса синтетических моторных масел от температуры термостатирования: 1-Mobil Super 3000 5 W-40 SJ/CF; 2-Mobil 1 New Life 0 W-40 SJ/CF;
1- 200 С; 2 -190 С;3 -180 С; 4 -170 С
Кинематическая вязкость оценивалась коэффициентом относительной вязкости Кц, определяемым отношением вязкости окисленного масла к вязкости товарного (неокисленного) (рис. 5). Установлено, что коэффициент относительной вязкости от времени окисления исследуемых масел изменяется по одинаковым закономерностям. В начале процесса окисления вязкость уменьшается независимо от температуры окисления. Зависимости
204
К =/(t) имеют минимум, время наступления которого зависит от температуры окисления. Для масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF (рис. 5, а) при температуре окисления 200 0С (кривая 1) падение вязкости составило 32 %, поэтому данная температура для этого масла является запредельной.
Для масла Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF максимальное падение вязкости составляет 25 % для температур 200,190 и 180 ос (кривые 1-3, рис. 5, б). Зависимости K=f(t) имеют минимумы, время наступление которых зависит от температуры окисления, и чем она ниже, тем время увеличивается. Наименьшее падение вязкости установлено для исследованных масел при температуре 170 ос.
Ки а Ки б
Рис. 5. Зависимости коэффициента относительной кинематической
вязкости от времени и температуры термостатирования синтетических моторных масел: а - Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF; б - Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF; 1- 200 0С; 2 -190 С; 3 -180 0С; 4 -170 С
Зависимости кинематической вязкости от концентрации продуктов окисления (рис. 6, а, б) показывают, что в пределах увеличения коэффициента Кп до 0,8 кинематическая вязкость резко уменьшается для исследованных масел, а в диапазоне изменения коэффициента Кп то 0,2 до 0,4...0,55 вязкость стабилизируется. Дальнейшее увеличение коэффициента связано с образованием вторичных продуктов окисления, вязкость при этом увеличивается, поэтому в период эксплуатации техники необходимо контролировать изменение вязкости.
Согласно данным [2] для оценки сопротивляемости моторных масел окислению предложен коэффициент Яо определяемый по формуле
Яо = 1-((Кп-Ко)/(Кп+Ка)), (3)
где Кп- коэффициент поглощения светового потока, определяемый прямым фотометрированием окисленных масел; KG - коэффициент испаряемости масел при окислении; 1- коэффициент, характеризующий условную сопротивляемость масел окислению
KG = m/M, (4)
где m - масса испарившегося масла при окислении заданный промежуток времени при данной температуре, г; M - масса пробы масла после испытания за данный промежуток времени при данной температуре, г.
Рис. 6. Зависимости коэффициента относительной кинематической вязкости от времени и коэффициента поглощения светового потока
при термостатировании синтетических моторных масел: а - Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF; б - Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF;
1 - 200 С; 2 -190 С; 3 -180 С; 4 -170 С
Зависимости коэффициента сопротивления окислению Яо от времени и температуры термостатирования для исследованных синтетических моторных масел представлены на рис. 7, а и б. Показано, что коэффициент Яо зависит от температуры окисления. Для оценки влияния температуры на коэффициент Яо предложен потенциальный ресурс РR, определяемый временем достижения величины коэффициента Яо, равной 0,93 (рис. 8).
Зависимости Р^ =f(T) описываются полиномом второго порядка
Рк =af-br+c, (5)
где a, b и c - коэффициенты, характеризующие сопротивляемость масел температурным воздействиям.
Регрессионное уравнение зависимостей Ря. =f(T) для масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF имеет вид Рк = 0.09Т2-35.52Т+3519.7, для масла Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF - вид Рк = 0.0425Т2-17.415Т + + 1791.65.
Коэффициент корреляции 0,979 и 0, 994 соответственно.
Согласно данным потенциальный ресурс по сопротивляемости окислению выше у масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF (кривая 1) и превышает потенциальный ресурс масла Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF в 1,4 раза при температуре термостатирования 170 0С.
Рис. 7. Зависимости коэффициента сопротивления окислению от времени и температуры термостатирования синтетических моторных масел: а - Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF; б - Mobil 1 New Life 0 W-40 SJ/CF; 1 - 200 С; 2 -190 С; 3 -180 С; 4 -170 С
Р, R 100 ■
Рис. 8. Зависимости потенциального ресурса от температуры окисления синтетических моторных масел при величине коэффициента сопротивления окислению, равной 0,93: 1 - Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF; 2 - Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF
Влияние концентрации продуктов окисления на коэффициент сопротивления окислению исследовалось зависимостью между ними (рис. 9, а, б).
Для масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF (рис. 9, а) с увеличением коэффициента Кп до величины 0,5 зависимость Яо =f(Kn,T) практически не зависит от температуры. В диапазоне изменения коэффициента Кп от 0,33
до 0,63 коэффициент сопротивления Ро уменьшается в пределах от 0,93 до 0,88, причём в этот период коэффициент Кп тоже уменьшается. С увеличением коэффициента Кп>0,55 установлено резкое уменьшение коэффициента Яо для температур 200 и 190 0С (кривые 1 и 2).
Рис. 9. Зависимости коэффициента сопротивления окислению от времени и коэффициента поглощения светового потока при термостатировании синтетических моторных масел: а - Mobil Super 3000 5W-40 SJ/CF; б - Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF;
1 - 200 0С; 2 -190 0С; 3 -180 0С; 4 -170 0С
Для масла Mobil 1 New Life 0W-40 SJ/CF (рис., 9, б) и температуры окисления 200 0С установлено резкое снижение сопротивляемости масла окислению при коэффициенте Кп= 0,4. Для температур 190...170 ос установлена общая зависимость изменения коэффициента Яо в диапазоне увеличения коэффициента Кп до величины 0,35. Дальнейшее увеличение коэффициента Кп вызывает ответвление от зависимости Яо =/(Кп) для температур 170...1900С, причём ответвление происходит при разных значениях коэффициентов Кп и температур окисления. С повышением температуры окисления увеличивается величина коэффициента Кп, при котором происходит ответвление зависимостей Яо =/(Кп). Для данного масла отличительной особенностью является зависимость Яо =/(Кп), полученная при температуре 200 0С (кривая 1), поэтому эта температура для данного масла является закритической, т.к. не соблюдается общая закономерность изменения коэффициента Яо.
Результаты исследования показали, что синтетические моторные масла, принадлежащие к одной группе эксплуатационных свойств SJ/CF, отличаются по потенциальному ресурсу, испаряемости, коэффициенту сопротивления окислению, поэтому организация контроля за качеством моторных масел, поступающих в торговую сеть, позволит сократить номенклатуру масел, а применение предложенных показателей и средств контроля расширяет информацию для их выбора.
Список литературы
1. Ковальский Б.И. Методы и средства повышения эффективности использования смазочных материалов. Новосибирск: Наука, 2005. 341 с.
2. Пат. 2406087 Российской Федерации: МПК G01N 33/30 / Способ определения температурной стойкости смазочных масел / Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, Н.Н. Малышева и др.; заявитель и патентообладатель Сибирский федеральный университет. № 2009121771/04 от 08.06.2009; опубл. 10.12.2010. Бюл. № 34.
Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., Lahsmamail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Абазин Дмитрий Дмитриевич, канд. техн. наук, доц., Lahsma mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Верещагин Валерий Иванович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Лысянникова Наталья Николаевна, канд. техн. наук, доц., Nataly.NMamail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа
THE THERMAL-OXIDA TIVE STABILITY OF SYNTHETIC MOTOR OILS B I. Kovalsky, D.D. Ahazin, V.I. Vereshchagin, N.N. Lysyannikova
The results of the study of the thermal-oxidative stability of synthetic motor oils are presented. The influence of temperature on the oxidation processes, the criterion of resistance of synthetic oils to temperature influences is proposed, the influenceof temperature on volatility and kinematic viscosity is determined.
Key words: The absorption coefficient of the light flux, kinematic viscosity, volatility, criterion of oxidation resistance, a potential resource.
Kovalsky Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciernes, professor, Lahsma mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Ahazin Dmitry Dmitriyevich, candidate of technical sciences, docent, Lahsma mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siherian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Vereshchagin Valery Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, Valeri-2502a mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siherian Federal University, Institute of Oil and Gas,
209
Lysyannikova Natalya Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, Nata-ly. NMamail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
УДК 669.131
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ НАПЛАВЛЕННОГО ПОКРЫТИЯ
ПЛ-АН 111
Н.В. Мельниченко, Г. Д. Петрушин
Оцениваются структурообразование, твердость и износостойкость легированного белого чугуна, наплавленного на стальную подложку.
Ключевые слова: трение скольжения, структура наплавленного покрытия, твёрдость, скорость изнашивания.
Износостойкие покрытия с основой белого легированного чугуна отличаются химическим составом, структурообразованием при наплавке, склонностью к трещинообразованию при охлаждении наплавочного покрытия (НП).
Дисперсность и конфигурация карбидных частиц, предопределяющие износостойкость, зависят от состава наплавочной ленты и режимов наплавки [1]. Высокую износостойкость за счёт легирования имеет НП ПЛ-АН 179 [2]. В условиях повышенных температур и ударных нагрузок применяют наплавочные покрытия типа ПЛ-АН 111. Металлическая основа прочно удерживает карбиды [3].
Эксперименты проводились на установке трения по схеме штифт-абразивная поверхность. Коэффициент перекрытия - 0,05. Режимы изнашивания: скорость трения-скольжения - 1 м/с, контактное давление 2 МПа.
Условие трения скольжения: изнашивание без смазочного материала в атмосферных условиях.
Материал для исследования - наплавленное покрытие лентой ПЛ-АН 111, ГОСТ 26467-85, ТУ 14-127-319-2003.
Наплавка проводилась плазмотроном в защитной среде в 2 слоя на плиту толщиной 40 мм из низкоуглеродистой стали. Толщина верхнего слоя 3.. .5 мм. Общая толщина НП 8... 10 мм.
Металлографический анализ проводился при увеличении от 3 до 1000 крат на микроскопе ОБОРОТ.
