Способ определения соотношения между продуктами окисления и испарения смазочных масел при термостатировании

Изобретение относится к технологии оценки качества жидких смазочных материалов.

Известен способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянного объема при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала, через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, фотометрируют и проводят оценку процесса окисления (патент РФ №2247971 С1, дата приоритета 17.02.2004, дата публикации 10.03.2005, авторы: Ковальский Б.И. и др., RU).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, заключающийся в том, что смазочный материал постоянной массы нагревают в термостойком стакане, как минимум при трех температурах, превышающих температуру начала окисления, и перемешивают стеклянной мешалкой с постоянной скоростью вращения, причем через равные промежутки времени отбирают пробы для фотометрирования, определяют коэффициент поглощения светового потока окисленным маслом и испаряемость взвешиванием пробы до и после испытания, строят графические зависимости этих параметров от температуры испытания, а термоокислительную стабильность смазочного материала определяют по критической температуре работоспособности, температуре начала окисления и температуре начала испарения (патент РФ №2274850 С1, дата приоритета 30.08.2004, дата публикации 20.04.2006, авторы: Б.И. Ковальский и др., RU, прототип).

Общим недостатком известного аналога и прототипа является невозможность определить соотношение между продуктами окисления и испарения при термостатировании смазочных масел и влияние температуры на это соотношение.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является определение соотношения между процессами окисления и испарения путем применения количества тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения.

Для решения технической проблемы предложен способ определения соотношения между продуктами окисления и испарения смазочных масел при термостатировании, при котором испытывают пробу смазочного масла постоянной массы в присутствии воздуха с перемешиванием минимум при трех температурах, причем через равные промежутки времени пробы взвешивают, определяют массу испарившегося смазочного масла, отбирают часть окисленного масла для фотометрирования и определения оптической плотности, вычисляют количество тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления Q_D и массой испарившегося масла Q_G, как произведение температуры на время окисления и соответственно на оптическую плотность D или на массу испарившегося смазочного масла G, вычисляют десятичные логарифмы тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления IgQ_D и испарения IgQ_G, строят графическую зависимость десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, от десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной массой испарившегося масла, а соотношение между тепловыми энергиями, поглощенными продуктами окисления lgQ_D и испарения lgQ_G, оценивают по скорости изменения тепловой энергии lgQ_D и началу ее изменения по значению десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной массой испарившегося масла.

На фиг. 1 а, б, в, г, д, е представлены зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, от десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной массой испарившегося смазочного масла, и температуры термостатирования для: минеральных моторных масел Лукойл Супер 15W-40 SG/CD (фиг. 1 a); Mobil Super 1000 15W-40 SL/CF (фиг. 1 б) в температурном интервале 180, 170 и 160°C; частично синтетических моторных масел Total Quartz 10W-40 SL/CF (фиг. 1 в) в температурном интервале 190, 180 и 170°C, Truck 10W-40 CL-4/SL (фиг. 1 г) в температурном интервале 180, 170 и 160°C; синтетических моторных масел Mazda Supra OW-20 SN (фиг. 1 д) и Лукойл Genesis Advanced 10W-40 SN/CF (фиг. 1 e) в температурном интервале 190, 180 и 170°C.

Физический смысл тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления или испарения заключается в том, что смазочный материал не может неограниченно поглощать подводимую тепловую энергию, поэтому избыток ее преобразуется в продукты окисления, изменяя оптическую плотность масла, или испаряется, поэтому используя тепловую энергию, поглощенную продуктами окисления и испарения можно сравнивать эти два процесса и определить их соотношение при термостатировании.

Способ определения соотношения между продуктами окисления и испарения смазочных масел при термостатировании осуществляется следующим образом.

Пробу исследуемого смазочного масла постоянной массы, например, 100±0,1 г термостатируют последовательно при трех температурах в зависимости от базовой основы (минеральной, частично синтетической, синтетической) и перемешивают с воздухом с помощью механической мешалки с постоянной частотой вращения 300 об/мин. Температура в процессе термостатирования поддерживается автоматически с помощью терморегулятора. Через равные промежутки времени (8 ч) пробу окисленного масла взвешивают, определяют массу испарившегося масла G, отбирают часть пробы для прямого фотометрирования и определения оптической плотности D

где 300 - показания фотометра при отсутствии масла в кювете, мкА; П - показания фотометра при заполненной маслом кювете, мкА.

Испытание исследуемых масел различной базовой основы прекращают при каждой температуре по достижению оптической плотности значений 0,5-0,6.

По полученным экспериментальным данным оптической плотности и испарению определяют тепловую энергию, поглощенную продуктами окисления Q_D и массой испарившегося масла Q_G

где Т - температура испытания, °C; t - время испытания, ч.

Затем полученные данные по тепловым энергиям, поглощенным продуктами окисления и испарения логарифмируют по процессам окисления lgQ_D, испарения lgQ_G. По полученным данным строят графические зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, от десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения, и температуры термостатирования. Данные зависимости описываются линейными уравнениями для моторных масел независимо от температуры:

- минеральных

Коэффициенты корреляции составили соответственно: 0,998; 0,997.

Средние квадратичные отклонения соответственно: 0,0319; 0,0384.

- частично синтетических

Коэффициенты корреляции составили соответственно: 0,998; 0,990.

Средние квадратичные отклонения соответственно: 0,025; 0,071.

- синтетических

Коэффициенты корреляции составили соответственно: 0,992; 0,996.

Средние квадратичные отклонения соответственно: 0,1083; 0,048.

Коэффициенты перед IgQ_D характеризуют скорость изменения десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, которые изменяются в пределах для минеральных масел - 1,295 и 1,462; частично синтетических - 1,449 и 1,684; синтетических - 3,209 и 1,456.

Свободные члены уравнений (4-9) характеризуют потенциальную энергию, необходимую для начала процессов окисления, которая составила для минеральных масел - 3,009 и 3,513; частично синтетических - 3,391 и 4,421; синтетических - 11,034 и 3,548.

Представленные на фиг. 1 а-е зависимости пересекают ось абсцисс при определенном значении десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной массой испарившегося масла, которое составило для минеральных масел - 2,324 и 2,403; частично синтетических - 2,34 и 2,625; синтетических - 3,4385 и 2,4368, т.е. четкой зависимости от базовой основы не наблюдается.

Механизм окисления исследуемых масел заключается в следующем. В начале термостатирования смазочное масло накапливает тепловую энергию, и процессы окисления отсутствуют, но процессы испарения присутствуют, и с увеличением времени термостатирования количество тепловой энергии, поглощенной массой испарившегося масла, увеличивается, и при определенном ее значении начинаются процессы окисления, что вызывает увеличение оптической плотности. В этот период времени происходит одновременное изменение оптической плотности и массы испарившегося масла, соотношение между которыми изменяется по линейной зависимости, но интенсивность поглощенной тепловой энергии продуктами окисления выше, чем при испарении исследуемых масел, это подтверждает скорость изменения десятичного логарифма тепловой энергии, которая выше единицы (тангенс угла наклона зависимостей больше 45°).

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить информативность способа оценки качества за счет сравнения смазочных масел по количеству тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения, скорости соотношения этих энергий и определения начала процессов окисления.

Способ определения соотношения между продуктами окисления и испарения смазочных материалов при термостатировании, при котором испытывают пробу смазочного масла постоянной массы в присутствии воздуха с перемешиванием минимум при трех температурах, причем через равные промежутки времени пробы взвешивают, определяют массу испарившегося смазочного масла, отбирают часть окисленного масла для фотометрирования и определения оптической плотности, вычисляют количество тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления Q_D и массой испарившегося масла Q_G, как произведение температуры на время окисления и соответственно на оптическую плотность D или на массу испарившегося смазочного масла G, вычисляют десятичные логарифмы тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления lgQ_D и испарения IgQ_G, строят графическую зависимость десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, от десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной массой испарившегося масла, а соотношение между тепловыми энергиями, поглощенными продуктами окисления lgQ_D и испарения lgQ_G, оценивают по скорости изменения тепловой энергии lgQ_D и началу ее изменения по значению десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной массой испарившегося масла.