§ 5.5. Присадки к маслам

Для повышения технико-эксплуатационных и экономических показателей масел в них вводят присадки, количество которых изме­няется от долей процента до 25 — 35 %. В зависимости от физико-химических свойств масла и присадок они могут образовывать истинные (молекулярные) растворы, коллоидные растворы, суспензии и эмульсии с различной степенью дисперсности. Молекулярные рас­творы являются гомогенными системами, способными сохранять однородность неограниченно длительное время. В отличие от них коллоидные растворы, суспензии и эмульсии только внешне кажутся однородными (гомогенными). В них присутствуют во взвешенном состоянии конгломераты молекул, обусловливающие их физическую неоднородность. Такие системы называют микрогетерогенными, а соответствующие разговоры — коллоидными растворами. Среда, в ко­торой находятся конгломераты молекул, называется дисперсионной средой, В сами конгломераты — дисперсной фазой, Стабильность микрогетерогенных систем поддерживается благодаря броуновскому движению элементов дисперсной фазы в дисперсионной среде. Для этого частицы фазы должны иметь достаточно малые размеры (вы­сокую дисперсность). Обычно за минимальный размер частиц принимают (1—6) • 10^-3 мкм. Максимальный размер частиц (обычно 1 —5 мкм) ограничен условием нарушения стабильности микрогетерогенной системы (коллоидного раствора) из-за прекра­щения броуновского движения.

Стабильность микрогетерогенных систем может сохраняться длительное время (известны коллоидные растворы золота, хра­нящиеся более 150 лет). При увеличении размеров частиц (агре­гатировании) из-за их слипания или присоединения дополнительных молекул образуются частицы большего размера агрегаты. Соответ­ственно раствор их высокодисперсного превращается в грубодисперсный (низкой степени дисперсности) и происходит нарушение его стабильности. Процесс образования агрегатов и связанного с этим нарушения стабильности микрогетерогенной системы (разрушения дисперсной системы) называют потерей агрегативной ус­тойчивости. Особую группу коллоидных частиц образуют поверх­ностно-активные вещества (ПАВ). Молекулы ПАВ состоят из двух частей: полярной, растворимой в полярных жидкостях (например, воде), и неполярной, растворимой в неполярных жидкостях (например, углеводородах). На поверхностях несмешивающихся полярных и неполярных жидкостей (например, воды и масла) мо­лекулы ПАВ располагаются так, что их полярная часть находится в полярной жидкости. В растворе молекулы ПАВ соединяются друг с другом — ассоциируют (скорость ассоциации возрастает с повы­шением концентрации и температуры), образуя растворы, близкие по структуре к коллоидным. Ассоциаты, образованные из молекул ПАВ, получили название мицелл.

Большинство присадок являются ПАВ, в состав которых входят кислород, сера, фосфор, азот, бор, галоиды и др. Атомы эти эле­ментов образуют полярные группы, обусловливающие адсорбцию мо­лекул присадки на границе раздела между маслом и нерастворимыми в нем веществами (поверхностью металла, примесями и пр.).

Адсорбированные слои присадок образуют граничную пленку, уменьшают адгезию отложений к металлам, предотвращают слипание частиц нагара и способствуют их диспергированию, влияют на электрохимические свойства поверхности металлов и вытесняют с них молекулы коррозионно-агрессивных веществ. Материал приса­док должен обладать высокой поверхностной активностью, для того чтобы они могли разрушить слой природных (или технологических) веществ, адсорбированный на поверхности металла. Свойство приса­док образовывать мицеллы создает условия для так называемого коллоидного растворения веществ, нерастворимых в масле (молекулы этих веществ включаются в ядро мицеллы и сохраняются в paстворе). Этот процесс называется «солибюлизация».

Контрольные вопросы

I. Каким образом можно увеличить антифрикционные свойства смазочного ма­териала? 2. Как влияет эффект Ребиндера на обкатку двигателя? 3. При каких режимах трения износ минимален и почему? 4. Почему увеличение чистоты обработки поверхности выше оптимальной величины ведет к повышенному износу? 5. Что является причиной и следствием десорбции граничной пленки?