Все что вы хотели знать о присадках, но боялись спросить.
Присадки являются важнейшим компонентом, определяющим эксплуатационные характеристики масла, его назначение и срок службы. Невозможно представить область применения масла без присадок в современной машине. Функции, выполняемые маслом настолько важны и разнообразны, а механизмы, в которых оно работает настолько сложны, что простое чистое масло, даже самое качественное, с ними не справится.
Для того что бы понять, что же такое эти присадки, начнем с азов. Масло, предназначенное для прямого применения в машинах и механизмах, состоит из базового масла и присадок. Такое масло может называться компаундированным или легированным. Базовое масло - это масло без присадок, оно может быть минеральным, то есть полученным из сырой нефти путем перегонки и последующей очистки и селекции, а также синтетическим, получаемым, как правило, из природного газа, в некоторых случаях растительного сырья, либо может быть сочетанием первого и второго. Как было замечено выше, базовое масло практически не подходит для прямого применения в качестве смазочного даже в относительно простых механизмах. По способу применения присадки могут быть включены в состав пакета и являться частью формулы готового к применению масла, а могут идти в отдельной упаковке для самостоятельного внесения потребителем в качестве дополнительных. Присадки тщательно подбираются и проверяются на совместимость друг с другом, а так же со средой, где им предстоит работать. В результате серьезной научно-исследовательской работы крупных нефтехимических и химических концернов, в сотрудничестве с производителями техники, создаются композиции, которые и поставляются маслосмесительным заводам в виде пакетов присадок. В силу вышесказанного производители масел и техники резко отрицательно относятся к применению каких-либо еще дополнительных присадок и добавок, подразумевая риск нарушения баланса различных химических компонентов и непредсказуемого изменения свойств масла.
Разберем сначала присадки по их функциям и свойствам.
Вязкостные присадки подразделяются на модификаторы индекса вязкости и депрессанты. При нагревании масло стремительно теряет свою вязкость и разделяющей пленки в парах трения может уже не хватить для предотвращения контакта поверхностей. В то же время при холодном запуске масло бывает довольно густым, или даже чрезмерно густым, если речь идет об отрицательной температуре. Величина которая описывает изменение вязкости масла в зависимости от температуры называется индекс вязкости и чем она больше, тем меньше масло изменяет свои вязкостные свойства от температуры.
Модификатор индекса вязкости, как следует из названия, призван решить эту проблему. Для этого используются полимеры и сополимеры, длинные молекулы которых при низкой или обычной температуре находятся в скрученном виде, а при нагревании распрямляются, увеличивая тем самым вязкость. Такие модификаторы эффективны в слабо- и средненагруженных двигателях, где нет больших скоростей и сдвиговых нагрузок. В высоконагруженных двигателях такие присадки быстро разрушаются и вязкостные свойства масла возвращаются на уровень чистого базового.
Депрессанты применяются для базовых масел с высоким содержанием парафинов, поскольку при понижении температуры парафин кристаллизуется вплоть до потери текучести масла. Масла частично депарафинируют, но полная депарафинизация весьма затратна, кроме того парафины улучшают смазывающие свойства масла. Депрессорная присадка, в качестве которой используются некоторые полимеры (алкилфенолы, алкилнафталины и др.), предотвращает срастание кристаллов парафина и образование пространственной решетки, хотя и не предотвращается их образование.
Модификаторы трения и противоизносные присадки. Обычно принято делить эти две группы, но так как принцип их действия и получаемые результаты неразрывно связаны, то и рассматривать их будем вместе.
Для предотвращения износа и снижения потерь на трение очень важно наличие разделительной пленки на рабочих поверхностях пар трения. Природа такой пленки может быть различной. Противоизносные присадки, обычно, это вещества улучшающие липкость масла, следует заметить что, например, синтетическое масло при всех его замечательных свойствах обладает слабой липкостью. Для улучшения этого параметра используют вещества (жирные спирты, сложные эфиры, амиды и др.), образующие химическую связь масла с поверхностью металла. Таким образом создается устойчивая к нагрузкам пленка на поверхности металла, которая позволяет снизить вязкость масла, чем достигается снижение потерь на трение и прокачивание масла.
Близкими по назначению являются противозадирные присадки. Они предназначены для экстремальных нагрузок (EP, extreme power), когда любая полимерная пленка может разрушиться в результате высокого давления, и появляется вероятность сваривания в зоне контакта. Этот эффект подавляется введением соединений серы, хлора и фосфора, которые в результате теплового воздействия разлагаются, вступая в реакцию с металлом и образуя защитную пленку со свойствами твердой смазки. Недостатком таких соединений является высокая химическая активность по отношению к цветным металлам. В последнее время все чаще применяются более дорогостоящие органические присадки.
Другим типом противозадирных присадок являются твердые присадки, или порошки химически неактивных компонентов с низким коэффициентом трения. В качестве таковых применяются графит, дисульфид молибдена, политетрафторэтилен (ПТФЭ, фторопласт, тефлон). Эти вещества находятся в масле в виде коллоидного раствора, а откладываясь на поверхность металла образуют прочную пленку, скользкую вследствие слоистой структуры. Критическая рабочая температура таких присадок выше чем у всех остальных антифрикционных присадок. Такие присадки обычно используют в консистентных смазках. В состав моторных масел такие присадки входят редко, хотя есть один производитель, сделавший на этом упор, в основном их выпускают для добавления в масла самим потребителем (aftermarket additives). Однако, наметилась тенденция добавления дисульфида молибдена в энергосберегающие моторные масла, поскольку очень трудно обеспечить износостойкость с одновременным уменьшением вязкости масла.
Модификаторы трения, которые, кстати говоря, бывают не только снижающими коэффициент трения, но и повышающими, это вещества, которые притягиваясь к поверхности металла (благодаря сильной полярной группе) создают условия для лучшего скольжения, за счет длинных линейных цепочек, или лучшего сцепления - за счет коротких. С модификаторами, понижающими трение все достаточно понятно, они служат для снижения нагрузки, износа и температуры, но там где применяются фрикционные механизмы в масляной ванне, а так же в редукторах повышенного трения приходится использовать модификаторы повышающие трение. Они же - противошумные и противовибрационные, поскольку обеспечивают более плавное, мягкое сцепление без скачков.
Моющие присадки предотвращают образование отложений на внутренних поверхностях агрегатов, контактирующих с маслом, и также, выпадение таких отложений в осадок. Дело в том, что масло в процессе выполнения им своих функций подвергается воздействию следующих факторов: загрязнение (пыль, влага, остатки неполного сгорания топлива и др.); химическая деструкция в результате контакта с загрязнителями, воздухом и картерным газом; термическая деструкция; механическая деструкция. Все это приводит к тому, что в масле образуются и накапливаются различного типа и свойств загрязнители. Одни из них откладываются на поверхностях деталей в виде налета, а потом и лаковых отложений для борьбы с ними в масло вводят детергенты. Другие, с которыми борются уже дисперсанты - более тяжелые и нерастворимые, образуют ил, который остается на всех горизонтальных поверхностях, а при сильно запущенных случаях и обволакивают все поверхности, лишая масло текучести, что чревато полным коллапсом системы смазки. И детергенты и дисперсанты - это поверхностно активные вещества.
Детергенты, контактируя с поверхностью, не дают прилипать к ним загрязнителям. Чаще всего это щелочные соединения, поэтому содержание детергентов можно оценить по щелочному числу, одному из обязательных и важных параметров смазочного масла. Лучше всего эти присадки функционируют при рабочей температуре двигателя (80-100° C), что желательно иметь ввиду при замене масла. Наиболее распространенные детергенты - фосфонаты, сульфонаты - не что иное, как соли металлов, содержание которых увеличивает такой показатель, как зольность. В свете ужесточения экологических норм и применения, в связи с этим, катализаторов, высокая зольность является нежелательной, поэтому в современных маслах используются более дорогие органические синтетические детергенты, а также предпринимаются меры по уменьшению факторов загрязнения и разложения масла.
Дисперсанты предотвращают сращивание (агломеризацию) уже образованных загрязнителей между собой и поддерживают их во взвешенном состоянии.
Антикоррозионные присадки предотвращают эрозию металлических поверхностей, что помимо деформации приводит к накапливанию абразивных частиц, увеличивающих износ и загрязнение, собственно, масла. Действие таких присадок основано на следующем: - нейтрализация кислот, в том числе сильных, образованных процессом сгорания топлива с содержанием серы; - образование защитной адсорбционной пленки, препятствующей реакции поверхности металла с кислотной средой; - связывание влаги, без которой невозможна коррозия. В качестве антикоррозионных - могут выступать многофункциональные присадки, являющиеся одновременно и противозадирными, и противоизносными, и детергентами. Наличие и работоспособность антикоррозионных присадок также можно оценивать по щелочному числу, что особенно актуально для дизелей вследствие использования топлива с высоким содержанием серы, и двигателей работающих на газе, высокая температура в камере сгорания которых приводит к образованию азотной кислоты.
Антиокислительные присадки призваны защитить само масло от преждевременного старения. Разрушение масла связано с контактом с кислородом воздуха, в условиях высокой температуры, при взаимодействии с различными металлическими поверхностями (особенно из цветных металлов), которые могут выступать как катализаторы или реагенты такого разрушения. При окислении масла происходят различные процессы, приводящие к вредным результатам: - увеличение молекулярной массы соединений, что приводит к увеличению вязкости масла; - образование органических кислот, вызывающих коррозию; - образование смолистых веществ и углеродистых частиц, что в свою очередь приводит к общему загрязнению двигателя, ухудшению вследствие этого теплоотвода, коксованию, снижению эффективности системы смазки; - образование черного шлама в самом масле, что резко ухудшает его экскплуатационные качества.
Действие антиокислительных присадок можно разбить на два этапа. Перый - это деактивация первичных продуктов окисления, перекисей, путем образования соединений, неспособных к продолжению цепной реакции окисления. Многие из антиокислительных присадок - это те же антикоррозионные присадки. Второй этап - нейтрализация каталитического действия металлов посредством деактиваторов. В качестве деактиваторов металлов выступают органические соединения, подавляющие ионную активность металлов.
Противопенные присадки служат, как следует из названия, для подавления пенообразования. Почему с этим явлением следует бороться? Первое - пенообразование приводит к увеличению площади контакта масла и воздуха, а значит и к ускоренному окислению. Второе - увеличивается объем масла и уменьшается плотность, что приводит к снижению давления в системе смазки, перебоям в поступлении масла к трущимся деталям (разрыв масляной пленки), неадекватному функционированию гидавлических элементов системы, захвату масла с поверхности противовесами коленвала, что еще больше вспенивает масло. Образованию пены способствует наличие в масле поверхностно активных веществ, то есть детергентов, а также - высокая вязкость самого масла. С целью разрушения стенок масляных пузырей в качестве присадки вводят небольшое количество силиконовых масел, а также некоторые другие полимеры.
Другие присадки, используемые в моторных маслах, это такие как эмульгаторы, присадки для обкатки, восстановительные присадки. Эмульгаторы связывают воду и образуют эмульсию, не позволяя ей выделиться в отдельный слой. В качестве эмульгаторов могут использоваться детергенты. Действие присадок для обкатки основано на разупрочнении поверхности металла, что способствует ускоренной полировке и приработке. Такие присадки вводятся на очень ограниченное время, и рекомендуется далеко не всеми производителями.
Особо хочется остановиться на восстановительных присадках. Надо учитывать категоричный запрет на их использование со стороны производителей техники и подавляющего большинства производителей автомасел. Однако, существует и опыт, в некоторых случаях успешный, применения таких присадок, который нельзя игнорировать. Мы не станем агитировать ни за, ни против, а лишь приведем доводы, чтобы каждый мог взвесить их и самостоятельно принять собственное решение исходя из своих обстоятельств и интересов. Две основные группы восстановителей - это металлоплакирующие и металлокерамические присадки. В обоих случаях это тонкодисперсный порошок или маслорастворимые соли металлов, добавляемые в масло, которые взаимодействуя с рабочими поверхностями, откладывается на них, превращаясь в защитный слой, при этом происходит заполировывание поверхностей и уменьшение зазоров в парах трения. По причине высокой токсичности, а также резкого ухудшения свойств масла, вследствие понижения щелочного числа, полимерные модификаторы с содержанием хлорпарафинов мы рассматривать не будем вообще.
Металлоплакирующие присадки или, как их еще называют реметаллизанты, бывают порошкового типа или ионного. Порошковые препараты состоят обычно из смеси пластичных цветных металлов, таких как медь, олово, алюминий, свинец, серебро, молибден, впрочем, могут содержать и некоторое количество железа, хрома и никеля. Ионные - растворимые в масле соли металлов. Их действие основано на эффекте избирательного переноса при трении (эффекте безызносности) открытом советскими учеными Д. Н. Гаркуновым, В. Г. Шимановским и В. Н. Лозовским в 60-х годах прошлого столетия.
Металлокерамика или геомодификаторы - в большинстве случаев представляют собой комбинацию на основе серпентина. Это сложная геологическая структура, состоящая из нескольких природных минералов, зеленого цвета, жирная на ощупь и имеющая слоистую структуру. Основным компонентом являются варианты силиката магния. Восстановительное действие данного минерала было открыто случайно еще в Советском Союзе при бурении сверхглубокой скважины на Кольском полуострове. Было замечено, что при прохождении горных пород богатых серпентином увеличивался ресурс режущих кромок бурового инструмента. И действительно, серпентин, попадая в зону трения и высокой температуры, разлагается, теряя молекулы воды, происходит цепь химических реакций и на поверхности детали образуется металлокерамический слой с чрезвычайно низким коэффициентом трения, высокой твердостью и к тому же имеющий ячеистую структуру, что позволяет маслу задерживаться на поверхности новообразованного слоя.
Есть и личный опыт применения геомодификаторов:
«Некоторое время назад я работал в автосервисе. В мои обязанности, в числе прочего, входило оказание услуг по обработке двигателей металлокерамикой. Не могу сказать точно, кто был производителем, да и реклама какого бы то ни было бренда присадок не входит в мои задачи. Подход к данной услуге был довольно системный. Производились замеры компрессии, полного и остаточного вакуума до обработки, после обработки и в дальнейшем через каждые 20 тысяч пробега. Накопилась довольно любопытная статистика. Причем некоторые автовладельцы приезжали с уже довольно большим пробегом после обработки, те кто обрабатывался еще до меня. За два года, что я производил данную операцию лично мной было обработано порядка 30 автомобилей. Не все приезжали на контрольные замеры, примерно половина из них. Так вот в подавляющем большинстве случаев наблюдался следующий эффект: сразу после обработки компрессия приближалась к нормативной для данного двигателя, если был разбег по цилиндрам, то он нивелировался. При значительном разбеге мы отказывали в услуге, потому что он указывал на поломку, а не износ. При дальнейшей эксплуатации показатели компрессии и вакуума стабилизировались на отметке близкой к нормативной. Было и два исключения, когда обрабатывались двигателя со значительным износом. На одном из них компрессия упала процентов на 10, и в масле явно ощущалось присутствие абразива. На втором - компрессия изначально была ниже ремонтного предела и на этом же уровне осталась». (из личного опыта автора статьи)
Итак, резюмируем:
1. В условиях постоянной и жесткой полемики между производителями масел, моторов и присадок, а также наличия большого числа различного уровня поставщиков и брендов восстановительных средств, невозможно получить всеобъемлющую и объективную информацию о долгосрочных последствиях применения восстановительных присадок. Конечно, нельзя отрицать многочисленные свидетельства успешного их применения, но существует также и отрицательный опыт, например, когда все без исключения двигатели одного предприятия, будучи обработаны неизвестного происхождения составом, в короткий срок вышли из строя.
2. Любые восстановительные присадки являются активными химическими агентами, способными изменить баланс штатного пакета присадок непредсказуемым образом.
3. Порошковые реметаллизанты, как и геомодификаторы могут подвергаться эффекту центрифуги не только в центробежных масляных фильтрах но и в результате вращения коленчатого вала попадая в специальные уловители, а некоторые не особо качественные образцы даже задерживаться обычными масляными фильтрами.
4. Недопустимо применение любых восстановительных присадок при сильном износе двигателя, поскольку в этом случае условий для восстановительного эффекта не возникает и есть все шансы ускорить гибель агрегата.
5. Невозможно исключить возможность заклинивания пары трения в процессе наращивания восстановительного слоя.
6. Металлокерамическая пленка приводит к ухудшению теплообмена между поршнем и цилиндром.
7. В разнородных парах трения, где твердая поверхность работает с мягкой, как например - сталь/алюминий, чугун/алюминий, действие геомодификатора изучено и освещено в недостаточной степени. Есть данные, что инкрустируясь в мягкую поверхность алюминия, серпентин не разрушается на активные компоненты, а так и остается в виде абразива, способствуя износу.
8. Детали, обработанные геомодификатором, не подлежат последующей механической обработке.
При написании данной статьи использовался материал из книги «Моторные масла» Р. Балтенаса, А. Сафронова, А. Ушакова, В. Шергалиса. 2000г., а также материалы многих профильных интернет сайтов.
Мормоль В.Н. |