Экспертиза масел

Плотность, цвет и загрязнение масел

Плотность (density) – это масса вещества, заключённая в единице объёма (кг/м3 , г/см3). Численное значение плотности выражается отношением массы какого-либо объёма вещества к массе такого же объёма воды, имеющей температуру 4 С (масса 1 л воды при 4 С равна 1 кг). Плотность жидкостей просто и достаточно точно измеряется ареометром (ГОСТ 3900-85). Обычно рядом со значением плотности указывается и температура измерения (температура может не указываться, если плотность определена при 20 С).

Иногда плотность масла, как и сырой нефти, выражается в градусах плотности API ?. Соотношение градусов с относительной плотностью d (отношение плотностей масла и воды), измеряется при температуре 15,6 С и определяется по формуле: API = (141,5/d)- 131,5.

Плотность необходима при пересчёте объёма масла в массу и наоборот. При повышении температуры, плотность нефтепродуктов снижается и, тем сильнее, чем меньше плотность. Плотность не является определяющим показателем смазочных масел. Однако по плотности можно примерно судить об углеводородном составе масла, так как наименьшей плотностью отличаются парафины, а наибольшей - нафтеновые соединения. По плотности работающего масла определяют попадание в него топлива. Плотность может помочь идентифицировать конкретное масло при сравнении нескольких сортов или марок.

Цвет (color) и прозрачность (transparency)

Качество и товарный вид масла иногда оценивается по его цвету и прозрачности. В большинстве случаев, за исключением применения твёрдых противозадирных присадок (дисульфид молибдена и др.), прозрачность масла должна быть полной, без видимых механических включений. Цвет масла зависит от присутствия тёмных смолистых веществ и от свойств нефти, из которой изготовлено масло. Нет прямой зависимости между цветом масла и содержанием смолистых веществ, особенно если масло выработано из нефти разных месторождений. По цвету масла можно лишь приблизительно судить о качестве его очистки. Иногда цвет является показателем товарного вида масла, так как покупатель склонен оценивать качество масла по его цвету. Готовое товарное масло в большинстве случаев не окрашивается и бывает от светло-жёлтого до тёмно-коричневого цвета. Такой натуральный цвет масла определяется и выражается численно по стандартам ISO 2049, ASTM D 1500, ГОСТ 20284-74 и др. при сравнении цвета масла с набором цветных эталонов, которые нумеруются от 0.0 (белый) до 8.0 (очень тёмный коричневый) через 0,5 единицы (всего 16 номеров).

На практике, некоторые потребители пытаются по цвету работающего моторного масла определять необходимость его замены. Однако, потемнение масла в двигателе является естественным и показывает, что масло выполняет свои моющие и диспергирующие функции. Таким образом, потемнение масла не может быть принято за основу показателя снижения работоспособности и необходимости замены. При некотором опыте и при наличии градуировочной таблицы этот метод оценки ресурса всё же может быть применен.

Некоторые масла окрашиваются в яркие цвета. В красный цвет окрашиваются жидкости автоматической коробки передач (ATF), чтобы отличить их от других масел и облегчить обнаружение утечки. Масла для двухтактных двигателей окрашиваются в зелёный, синий или красный цвет для отличия топливномасляной смеси от чистого топлива.

По старой традиции бытует мнение, особенно в США, что масло очень высокого качества, выработанное из парафиновой нефти, должно иметь слабый флуоресцирующий зелёный оттенок. По этой причине некоторые производители специально вводят в масло флуоресцирующие красители. При необходимости, масла подкрашивают маслорастворимыми органическими красителями.

Механические загрязнения в масле (contamination) состоят из твёрдых частиц, которые вызывают износ деталей и участвуют в образовании отложений и шлама. Механические примеси удерживаются фильтром, однако, частицы, размером менее 25-40мкм накапливаются в масле и участвуют в процессе износа. Механические загрязнения в масле определяются, чаще всего, путём фильтрования бензинового раствора (ГОСТ 12275-66) или фотометрически (ГОСТ 24943-81). Для предварительной оценки удобно определение на просвете или на фильтровальной бумаге. Для этого масло нагревают до 50-60 ?С и наносят 2-3 капли масла на фильтровальную бумагу, на которой хорошо видны загрязнения. Чистое масло даёт равномерно окрашенное пятно. Капли можно наносить также и на чистое стекло.

Одним из важнейших показателей качества масел, бывших в эксплуатации является наличие в их составе специфических загрязнений. Если их накапливается слишком большое количество, это ведет к ухудшению показателей диспергирующих свойств. Это, в свою очередь, приводит к постепенному образованию углеродистых соединений, накапливаемых на поверхности двигателя.

Для определения состояния работавших масел чаще всего используют методику их центрифугирования или взаимодействия со специальными растворителями. Определяется концентрация нерастворенных микрочастиц по осадку, получаемому в результате проведения манипуляций. Дополнительным методом определения степени концентрации загрязненности является коксуемость. Этот параметр формируется исходя из влияния, оказываемого продуктами, которые не растворены в бензоле. К их числу относится сажа и карбены. Увеличение количества отложений сказывается не только на свойствах масла, но и оптимальном функционировании двигателя, всего поршневого комплекса. Параметры легко отслеживаются по скорости выработки отложений и полученному осадку в центрифуге.

Вода в масле (water contamination, moisture) является наиболее нежелательным загрязнением. Вода в масло попадает при загрязнении извне: с грязью, при конденсации в картере атмосферной влаги, при конденсации пара из продуктов сгорания топлива. Вода может быть в масле в свободном и в растворённом виде. Растворённая в масле вода является незначительным фактором и существенного влияния на свойства не оказывает. Растворённая вода в немоторных маслах определяется путём её взаимодействия с гидридом кальция (ГОСТ 7822-75). Свободная вода может образовать эмульсию и этим существенно изменить вязкость. Она также взаимодействует с присадками, например с дитиофосфатом цинка и нарушает баланс работоспособности масла. Именно поэтому содержание свободной воды строго регламентируется.

Температурные характеристики масел показывают критические точки эксплуатации масла – высокотемпературные и низкотемпературные.

Высокотемпературные характеристики:
- температура вспышки
- температура воспламенения

Низкотемпературные характеристики:
- температура застывания
- равновесная (стабильная) температура застывания
- температура помутнения

Предельные температуры работоспособности моторного и трансмиссионного масла в холодном состоянии определяются по изменению вязкости, на приборах, имитирующих реальные условия эксплуатации.

Температура вспышки (flash point) – это самая низкая температура, при которой пары нагреваемого нефтепродукта образуют с окружающим воздухом такую смесь, которая вспыхивает от открытого огня, но быстро гаснет из-за недостаточно интенсивного испарения. При дальнейшем нагревании достигается температура воспламенения (fire point), при достижении которой масло горит не менее 5 с (ГОСТ 4333-48).

Температура вспышки масла почти всегда указывается в списке типовых характеристик. Она связана с фракционным составом масла и структурой молекул базовых компонентов и является важной по нескольким причинам. Во-первых, это показатель пожароопасности масла, поэтому предпочтительнее более высокое значение температуры вспышки. Во-вторых, она показывает присутствие летучих фракций в масле, которые быстрее испаряются в работающем двигателе (расход масла на угар). В-третьих, при анализе работающего масла, по понижению температуры вспышки легко определяется разбавление масла топливом. В сочетании со снижением вязкости масла, понижение температуры вспышки служит сигналом поиска неисправностей системы зажигания или системы подачи топлива.

Температура вспышки масла определяется двумя методами: в открытом и в закрытом тигле. Метод открытого тигля (open flash) называется методом Кливленда СОС (Cleveland Open Cup COC) (ISO 2592, ASTM D 92, ГОСТ 6356-75), метод закрытого тигля (closed cup) – методом Пенски-Мартенса РМС (Pensky-Martens Cup) (ISО 2719, ASTM D 93, ГОСТ 6356-75). Обычно численные значения, найденные этими двумя методами, различаются примерно на 20 ?С. Для масел чаще всего применяется метод открытого тигля по Кливленду (СОС), а для топлива – закрытого тигля по Пенски-Мартенсу (РМС). На практике температуру вспышки масла иногда определяют и по методу закрытого тигля.

Температура застывания (pour point) или температура потери текучести – это самая низкая температура, при которой масло ещё обладает способностью течь. По зарубежным стандартам температурой застывания называется температура, которая на 3 С выше действительной температуры затвердевания (solidification temperature) – при которой в течение 5 с масло находится в неподвижном состоянии.

Температура застывания указывает только на возможность переливания масла (например, из тары), не прибегая к предварительному подогреву. Однозначной взаимосвязи температуры застывания масла с его пусковыми свойствами на холоде не существует. Температура застывания обязательно должна быть ниже той температуры, при которой определяют прокачиваемость согласно классификации SAE J 300.

Минеральное масло – это многокомпонентная система, застывание которой является сложным многостадийным процессом, зависящим от взаимодействия отдельных компонентов, их взаимного растворения и пр. В минеральном масле при понижении температуры в первую очередь зарождаются и растут кристаллы парафина. С появлением мелких кристаллов масло мутнеет и эта температура называется температурой помутнения (cloud point). В дальнейшем кристаллы парафина растут, соединяются, слипаются и в конечном итоге образуют кристаллический каркас, масло становится неподвижным, желеобразным. Таким образом, температура застывания фактически является температурой желеобразования. Между кристаллическим каркасом масло ещё остаётся жидким и при встряхивании или перемешивании текучесть всей массы масла может частично восстановиться. Такой процесс затвердевания, как специфический процесс кристаллизации, зависит от скорости охлаждения и от термической и механической предыстории масла (низкотемпературного режима, интенсивности и продолжительности принудительного течения, в интервале времени до изменения температуры застывания). Поэтому при определении этой температуры требуется строгое соблюдение предписанной процедуры охлаждения и выдержки жидкости.

Военное ведомство США, для масел военного транспорта, потребовало определение так называемой равновесной (стабильной) температуры застывания (stable pour point).

Низкая температура застывания важна для зимних и всесезонных масел. При запуске холодного двигателя или в начале движения с непрогретым двигателем, моторное масло в первый же момент своей работы должно поступать в самые узкие и отдалённые места трения. Поэтому температура застывания должна быть ниже минимальной предполагаемой температуры окружающей среды.

Температура застывания часто служит показателем предельной минимальной температуры заливки, переливки и, частично, эксплуатации масла. Поэтому она включается в список типовых характеристик масел и гидравлических жидкостей для автотранспорта. Минимальная температура эксплуатации моторных масел, согласно спецификации SAE J300 APR97, определяется по низкотемпературным характеристикам вязкости и прокачиваемости.

Характиристики трансмиссионного масла

Детали и узлы автомобиля смазываются специальными трансмиссионными маслами, которые имеют ряд особенностей, связанных с условиями работы самих механизмов. В числе таких особенностей можно назвать:

• большую удельную нагрузку в месте зацепления;
• граничное трение, которое особенно возникает на старте работы;
• большая скорость скольжения зубьев;
• разбег рабочих температур.

При этом к таким маслам применяются особые требования, а именно то, что они нацелены на сокращение износа деталей, теплоотвод, сокращение силы трения, отсутствие агрессии коррозии, способность защищать трансмиссию от ударной нагрузки и, кроме того, не должно вспениваться. Разделяют следующие типы:

• с мягкими присадками против износа либо вообще без присадок — используется в передачах с небольшими нагрузками и невысокими рабочими температурами;
• с присадками против задиров — используется в гипоидных передачах;
• для гидрообъемных и гидромеханических передач.

Кроме того, принято разделять трансмиссионные масла по использованию в климатических условиях — они могут быть летними, зимними, всесезонными, арктическими, северными. Различает их вязкость и температурные свойства.