РАЗРАБОТКА И ИЗУЧЕНИЕ ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННОЙ РЕДУКТОРНОЙ СМАЗКИ

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты проведенных исследований по получению модифицированной редукторной смазки с улучшенными физико-химическими характеристиками и сравнительные лабораторные испытания противокор-розионных свойств в сравнении с используемыми.

Определили, что после нанесения на электрод всех исследуемых редукторных смазок потенциал коррозии сдвигается в сторону положительных потенциалов и обеспечивает защитную эффективность стальных поверхностей ~ 40–55%, по сравнению с незащищенной сталью. Наиболее сильно облагораживает потенциал коррозии разработанная модифицированная редукторная смазка (Δ Е = 0,162 В).

ABSTRACT

The article presents the results of studies on obtaining a modified gear lubricant with improved physical and chemical characteristics and comparative laboratory tests of anticorrosive properties in comparison with the ones that are used now.

It was determined that after applying all the studied gear lubricants to the electrode, the corrosion potential shifts towards positive potentials and provides a protective efficiency of steel surfaces ~ 40–55%, in comparison with unprotected steel. The developed modified gear lubricant (Δ E = 0.162 V) improves the corrosion potential most strongly.

Ключевые слова: модифицированная редукторная смазка, гудрон, депарафинизированное масло, противокоррозионные свойства, электро-химический метод, потенциал коррозии

Keywords: modified gear lubricant, tar, dewaxed oil, anti-corrosion properties, electro-chemical method, corrosion potential

В настоящее время, в условиях мирового кризиса и усиления конкуренции на мировом рынке, связанное все более возрастающим дефицитом нефтепродуктов, усиливается роль их экономического использования, создания безотходных эффективных технологий направленное на повышение работоспособности, увеличения периодичности смены смазочных материалов за счет улучшения их функциональных характеристик (антиокислительные, противоизносные и антифрикционные свойства). В этой связи рациональное использование нефтяных горюче-смазочных материалов (ГСМ), улучшение качества и расширение их ассортимента являются одним из основных задач современной нефтеперерабатывающей промышленности и считаются весьма актуальными [1].

Проведен анализ патентно-лицензионной и научно-технической литературы по пластическим смазкам, определения возможности их осернения и путей его осуществления. При этом выявлено, что серосодержащие соединения сульфиды и дисульфиды, широко известны как присадки, улучшающие смазочные свойства нефтяных масел. Многие из них выпускаются в промышленном масштабе и используются в различных смазочных композициях в странах СНГ. Обычно их получают осернением высших олефиновых углеводородов элементной серой. Осернение осуществляют при получении компонентов для рельсовых и редукторных смазок.

Задачей данного исследования является разработка и реализация методов синтеза композиций модифицированной редукторной смазки на основе местного сырья. Проведение сравнительных лабораторных испытаний полученных ряда различных композиций смазок в сравнении с используемыми и исследование их физико-химических свойств. Разработка эффективной технологии получения смазочных материалов с использованием новых антиокислительных и противозадирных присадок, которая направлена на рациональное использование вторичных ресурсов и отходов производства в различных сферах экономики, особенно это важно в условиях развивающегося мирового кризиса и необходимости решения экологических проблем.

При выборе различных рецептур – составов модифицированной редукторной смазки для сельскохозяйственной технике учитывалось то, что введение в смазку для узлов трения, работающих при больших скоростях и нагрузках, различных химически-активных присадок, повышают ее противоизносные и противозадирные свойства. Основным назначением таких присадок является предотвращение заедания и снижение прогрессирующего износа поверхностей трения. Наиболее распространены сера-, хлор-, фосфорсодержащие и многофункциональные противоизносные и противозадирные присадки. Под действием высоких контакт­ных давлений и температур они образуют на поверхности трения органические соединения металлов с серой, хлором и фосфором, которые резко замедляют процессы истирания и схватывания поверхностей трения. Значение противоизносных присадок для увеличения долговечности зубчатых  передач  было  подтверждено практикой эксплуатации в течение многих лет как в нашей стране, так и за рубежом. Обычно в качестве противоизносных и антиокислительных присадок используют металлоорганические соединения на основе фосфатов цинка, в нашем случае наиболее приемлемым был выбор присадки ЦД-7, представляющий соединение в виде дитиофосфата цинка и заменяет известную присадку ДФ-11 и содержит удвоенное количество цинка, со способностью сорбироваться на поверхности металла с образованием адсорбционных слоев и тем самым снижать коэффициент трения; образовывать при высоких температурах или нагрузках химически активные соединения, вступающие во взаимодействие с металлом с образованием хемосорбированных слоев, и тем самым снижать из­нос и повышать нагрузку заедания; взаимодействовать с продуктами окисле­ния, образующимися в отработанных маслах в процессе эксплуатации. Основная цель проведенных исследований в работах – разработка основ энер­госберегающей, экологически чистой технологии приготовления редукторной смазки с присадками, обладающая заданными эксплуатационными свойствами.

Следует особо отметить, что общим для всех транспортных редукторов является наличие больших удельных давлений в точках контакта зубьев при высоких скоростях скольжения и температурах. Смазки, применяемые в этом узле трения, должны обладать большой прочностью масляной пленки, хорошими противоизносными свойствами.

В соответствии СТУ 38 УССР 201232 (СТП-Л, СТП-3) применяются редукторные смазки для зубчатых передач тяговых редукторов тепловозов и сельскохозяйственной технике: СТП-Л - летняя работоспособна при температуре -5 +50^оС, а зимняя СТП-3 - работоспособна при температуре -50 +50^оС. Они изготавливаются из нефтяных масел, загущенные октолом и масляным гудроном; содержат противоизносные присадки [2].

Сотрудниками лаборатории «Нефтехимия» ИОНХ АН РУз, были составлены рецепты различных вариантов модифицированной редукторной смазки, с учетом возможности применения местных сырьевых ресурсов, для чего выбрали следующие компоненты:

Композиция №1: гудрон; камид; депарафинизированное масло (услов. вязкость при 100^оС - 2,95 усл.град.); присадка ЦД-7.

Композиция № 2: гудрон; камид; сера; графит; депарафинизированное масло (услов. вязкость при 100^оС - 2,95 усл.град.).

Были определены физико-химические характеристики полученных композиций: условная вязкость при 100^оС и температура застывания.

Композиция №1: условная вязкость при 100^оС равна 11,79 усл.град. и температура застывания - (-8^оС).

Композиция №2: условная вязкость при 100^оС равна 7,56 усл.град. и температура застывания - (-9^оС).

Полученные результаты свидетельствуют о получении модифицированной редукторной смазки с улучшенными физико-химическими характеристиками, особенно по температуре застывания и условной вязкости, чем у нигрола, который, в настоящее время используется в сельскохозяйственной технике.

Работа выполняется с целью успешного внедрения результатов проведенных исследований по получению различных смазочных материалов на Ферганском НПЗ. Для этого нами на основе разработки оптимальных вариантов компонентных составов модифицированных редукторных смазок составлены временный технологический регламент и временные технические условия, которые разрабатывались на основе технологии получения различных смазочных материалов с использованием антиокислительных присадок полученных на основе остаточных продуктов нефтепереработки. Технологические схемы разрабатывались с учетом привязки к существующему оборудованию на Ферганском НПЗ.

Разработаны технические условия с учетом требований заказчика и зарубежных научно-технических разработок, на основе которых получены опытные партии. На основе проведения научно-технического анализа полученных результатов проведено техническое совещание со специалистами Ферганского НПЗ с целью реализации технологии выпуска новых продукций и расширения ассортимента.

При разработке технологического регламента, на получение новых составов модифицированной редукторной смазки, учитывались технологические возможности Ферганского НПЗ. При этом с целью расширения ассортимента выпускаемой продукции предусматривалось технические возможности Алты-Арыкского топливного производства Ферганского НПЗ. Проведен анализ существующих технологий и технологических схем, составлены новые технологические схемы получения смазочных материалов с привязкой к существующим схемам Ферганского НПЗ.

Одним из организационно-технических мероприятий является определение наличия исходных сырьевых ресурсов для получения различных смазочных материалов, таких как редукторных. Составлены материальные балансы которые приведены в технологических регламентах.

По требованиям потребителя нового состава модифицированной редукторной смазки по физико-химическим характеристикам новый состав редукторной смазки для смазывания зубчатых передач тяговых редукторов сельскохозяйственной технике должны соответствовать ОСп ТУ 32 ЦТ 551 приведенной в таблице 1.

Таблица 1.

Физико-химические показатели редукторной смазки ОСп по ТУ 32 ЦТ 551

С увеличением числа оборотов, мощности двигателей и сте­пени сжатия повышаются требования, предъявляемые к смазоч­ным маслам. Последние должны обладать стабильностью против воздействия температуры и кислорода воздуха, минимальный нагаро-, лако- и осадкообразованием. Они должны также иметь низкую температуру застывания, хорошие прокачиваемость и пусковые свойства при низких температурах, пологие темпера­турные кривые вязкости, высокие смазывающие свойства и проч­ность масляной пленки. Кроме того, смазочные масла не должны вызывать коррозию деталей двигателей и должны обладать мою­щими и диспергирующими свойствами [5].

Как известно из анализа состояния вопроса, дисперсионная среда и дисперсная фаза оказывают существенное влияние на защитные свойства смазок. Так в зависимости от природы используемых масел и загустителей защитные, антикоррозионные свойства смазок могут быть выше или ниже, что является очень важным фактором для смазок, используемых в сельскохозяйственной технике.

Условия хранения и эксплуатации машин в сельскохозяйственном производстве можно считать жесткими [3], так как техника подвержена перепадам температур, образованию конденсатов воды в узлах трения, а соответственно интенсификации процессов коррозии.

Процесс коррозии, сам по себе, протекает по электрохимическому механизму, для которого характерна возможность локализации на определенных участках поверхности двух одновременно протекающих электродных процессов: 1) анодного – образования гидратированных ионов металла в электролите и появления некомпенсированных электронов на анодных участках:

Ne ← ne Meⁿ⁺→ +mH₂O→Me ⁿ⁺∙H₂O                                           (1)

2) катодного — ассимиляции электронов какими-либо ионами или молекулами раствора (D-деполяризаторами), способными к восстановлению на катодных участках.

Основным реагентом процесса коррозии является вода. Вода – участник анодной ионизации металла. В нейтральных и щелочных средах, обычных для атмосферной коррозии, в соответствии с механизмом Бокриса на железе и стали протекает следующий анодный процесс:

Fe + H₂O ↔ (FeOH)_адн + Н⁺ + е^-                                            (2)

  (FeOH)_адн → (FeOH)⁺_адн + е^-                                               (3)

    (FeOH)⁺_адн ↔ Fe²⁺ + ОН^-                                                           (4)

Катодные процессы также протекают с участием воды. При атмосферной коррозии возможно протекание реакций с водородной и кислородной деполяризацией, причем кислородная деполяризация более термодинамически вероятна, чем водородная. Для нее характерны следующие реакции в нейтральной и щелочной среде:

О₂ + 2Н₂О + 4е → 4ОН^-                                                           (5)

В кислой среде восстановление растворенного кислорода протекает по уравнению:

О₂ + 4Н⁺ + 4е → 2Н₂О                                                  (6)

Суммарные процессы (5) и (6) являются многостадийными. Их кинетика и механизм зависят от скорости доставки кислорода к катоду и природы самого катода. Растворенный кислород является таким же обязательным участником процесса коррозии, как и вода. Логично для изучения электрохимических процессов использовать современные электрохимические методы. В нашей работе для определения противокоррозионных свойств пластичных смазок был использован электро-химический метод поляризационных кривых [3].

Электрохимические исследования проводили в 0,5 М растворе NaCl. В такой, достаточно агрессивной среде, проводят ускоренные коррозионные испытания по ГОСТ 9.042-75. На катодной поляризационной кривой наблюдается линейный тафелевский участок с наклоном tgɑ_к ~ 140 мВ, переходящий в область предельного катодного тока с i_пред ~ 0,040 А/м². Стационарный потенциал коррозии стали без покрытия составляет –0,457 В, плотность тока коррозии, рассчитанная посредством экстраполяции линейных участков поляризационных кривых на потенциал коррозии, в фоновом растворе (i_кор) – 0,0316 А/м² (приводится в таблице 2).

Таблица 2.

 Результаты электрохимических измерений на стали, покрытой пленками исследуемых смазок, в 0,5М NaCl при комнатной температуре

На анодной поляризационной кривой также имеется линейный тафелевский участок с наклоном ≈ 53 мВ, близким к значению 2,3 RT/F (где R – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура; F – постоянная Фарадея), что характерно для анодной ионизации железа в хлоридных слабокислых средах в отсутствии пассивации (переход поверхности металла в неактивное, пассивное состояние, связанное с образованием тонких поверхностных слоёв соединений, препятствующих коррозии).

После нанесения на электрод всех исследуемых редукторных смазок потенциал коррозии сдвигается в сторону положительных потенциалов, по сравнению с незащищенной сталью. Наиболее сильно облагораживает потенциал коррозии модифицированной редукторной смазки (Δ Е = 0,162 В).

Величины Тафелевских наклонов анодных поляризационных кривых в присутствии пластичных смазок близки между собой и к полученным для стального электрода без покрытия. Это позволяет предположить, в первом приближении, что механизм анодной ионизации железа в присутствии пластичных смазок не изменяется, иной становится только кинетика процесса [4]. Величины Тафелевских наклонов катодных поляризационных кривых близки между собой, но отличаются от полученных для стального электрода без покрытия. Скорость катодной реакции также возрастает в присутствии всех исследуемых редукторных смазок. Возможно изменение механизма катодного восстановления [3,6]. В соответствии с полученными результатами все исследуемые редукторные смазки тормозят анодное растворение железа, но при этом наблюдается некоторое облегчение катодного процесса, возможно обусловленное лучшим растворением О₂ в масле, чем в воде. Следовательно, исследуемые редукторные смазки можно отнести к ингибиторам коррозии смешанного типа. Все исследуемые редукторные смазки обеспечивают защитную эффективность стальных поверхностей ~ 40 – 55 %. Модицицированная редукторная смазка имеют более высокую защитную эффективность (таблица), чем у Литола. В целом можно утверждать, что разработанная экспериментальная редукторная смазка имеет защитную эффективность близкую к товарным продуктам «Нигрол» и «Литол-24». Защитные свойства составов обеспечиваются как за счет действия среды, так и за счет эффектов от действия антиокислительных и антикоррозионных присадок присутствующих в составе смазки.

Список литературы:

1. Хамидов Б.Н., Сайдахмедов Ш.М., Убайдуллаев Б.Х., Жиянбаев С.В. Основные направления производства смазочных материалов с использованием местных сырьевых ресурсов // Узбекский журнал нефти и газа. -2015. - спец.выпуск. - С. 166-173.
2. Иванов Г.Н. Инструкция по применению смазочных материалов на локомотивах и МВПС.–Т.: НТ-34 ГАЖК «Узбекистон темир йуллари», 2013. -С.111-112.
3. Остриков В.В., Шихалев И.Н., Попов С.Ю. Оценка защитных свойств пластичных смазок на основе отработанных масел // Научная мысль. -2015. № 3. - С. 22-27.
4. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. –М.: Машиностроение, 1970. -408 с.
5. Аллиев В.А. Техническая эксплуатация машино-тракторного парка. М.: Агропромиздат, 1991. -367 с.
6. Серегина И.Е. Эффективность действия и принципы подбора ингибиторов коррозии к пластичным смазкам: дис. …канд.техн.наук. –М., 1992. - 143 с.