Способ оценки влияния нефтепродуктов на физико-химическое состояние поверхностей металлов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ФИЗИКОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Короткевич Сергей Васильевич Мартыненко Сергей Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Способ оценки влияния нефтепродуктов на физико-химическое состояние поверхностей металлов, включающий нанесение нефтепродукта на поверхность исследуемого металлического образца, выдержку при заданной температуре в течение 0,5-1 ч, удаление остатков нефтепродукта с поверхности образца и регистрацию электрического параметра в контакте исследуемый металлический образец-внешний электрод, с учетом которого оценивают влияние нефтепродукта на физико-химическое состояние поверхности исследуемого металлического образца, отличающийся тем, что выдержку производят при температурах 20, 100 и 200 , а оценку влияния нефтепродукта на физико-химическое состояние поверхности исследуемого металлического образца производят на основе информации, полученной в результате одновременной регистрации в процессе скольжения внешнего электрода по поверхности исследуемого металлического образца коэффициента трения и тока, возникающего между исследуемым металлическим образцом и внешним электродом при приложении постоянного напряжения. 5975 1 Изобретение относится к способам оценки свойств нефтепродуктов, в частности смазочных материалов, и предназначается для оценки взаимодействия смазочных материалов,а также различных функциональных присадок с поверхностями металлов в узлах трения машин и механизмов. Известен способ контроля режима трения металлических материалов путем включения узла трения в электрическую цепь и пропускания переменного асимметричного тока,имеющего постоянную составляющую 1. Недостатком способа является его непригодность для оценки влияния нефтепродуктов на состояние поверхности металлов. Известен также способ оценки свойств нефтепродуктов, заключающийся в измерении величины и направления электрического поля между разнородными металлами, разделенными слоем минерального масла с присадками. Суть способа заключается в том, что взаимодействие присадок с поверхностями электродов приводит к изменению величины электрического поля, по изменению которого судят о действии присадок на металлы 2. Недостатком способа является то, что электрод сравнения подвергается модифицирующему действию функциональных присадок, что вносит погрешность измерения величины электрического поля. Кроме того, известен способ оценки влияния нефтепродуктов на поверхность металлов,заключающийся в выдерживании металлического образца в испытываемом нефтепродукте,удалении остатков нефтепродукта с его поверхности и измерении электродвижущей силы электродной пары включающей металлический образец и электрод сравнения, в эталонной жидкости, в качестве которой использовалось дизельное топливо марки Л 3. Недостатком этого способа является использование в качестве эталонной жидкости дизельного топлива,состав и свойства которой изменяются в широких пределах, что ухудшает воспроизводимость результатов и снижает точность способа. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ оценки влияния нефтепродуктов на физико-химическое состояние поверхностей металлов путем нанесения нефтепродуктов на поверхность металлического образца,осуществляемом при погружении образца в испытываемый нефтепродукт, выдержки при заданной температуре в течение 0,5-1 ч, удаления остатков нефтепродуктов с его поверхности и регистрации электрического параметра в контакте исследуемый металлический образец-внешний электрод 4. В качестве эталонной жидкости используется раствор неионогенного поверхностно-активного вещества блок - сополимер окисей этилена и пропилена на основе пропиленгликоля в дистиллированной воде. Недостатком известного способа является сложность осуществления, недостаточная точность, что связано с использованием эталонной жидкости, невозможность оценивать влияние нефтепродуктов на поверхность металлов при повышенных температурах. Задача изобретения - повышение точности оценки влияния нефтепродуктов на физико-химическое состояние поверхностей металлов, расширение функциональных возможностей и упрощение способа. Поставленная задача решается за счет того, что в способе оценки влияния нефтепродуктов на физико-химическое состояние поверхностей металлов, включающем нанесение нефтепродукта на поверхность исследуемого металлического образца, выдержку при заданной температуре в течение 0,5-1 ч, удаление остатков нефтепродукта с поверхности образца и регистрацию электрического параметра в контакте исследуемый металлический образец-внешний электрод, с учетом которого оценивают влияние нефтепродукта на физико-химическое состояние поверхности исследуемого металлического образца, отличающемся тем, что выдержку производят при температурах 20, 100 и 200 С, а оценку влияния нефтепродукта на физико-химическое состояние поверхности исследуемого металлического образца производят на основе информации, полученной в результате одновременной регистрации в процессе скольжения внешнего электрода по поверхности исследуемого металлического образца коэффициента трения и тока, возникающего между 2 5975 1 исследуемым металлическим образцом и внешним электродом при приложении постоянного напряжения. Сущность изобретения состоит в следующем. Изменение состояния металлической поверхности под действием химически активных веществ приводит к изменению контактной проводимости -и коэффициента трения - . Задавая температуру в области 20,100 и 200 С, моделируют процессы, протекающие в узлах трения. Моделируют процессы адсорбции или хемосорбции химически активных элементов, содержащихся в нефтепродуктах при комнатной температуре 20 С, начало химических превращений или разложения присадок при 100 С, химического взаимодействия наиболее активных продуктов при 200 С. Таким образом, определяют область температур, при которых химическая активность нефтепродуктов и присадок наибольшая. Образование химически модифицированного слоя на поверхности металла приводит к значительному росту контактного сопротивления -107 Ом(верхнему пределу измеренияэлектрической схемы). Отличительным признаком способа является то, что синхронная регистрация фрикционных и электрических параметров в процессе скольжения позволяет точно определять момент разрушения хемосорбируемых слоев и перехода к металлу. Электрическая схема измерения позволяет получать информацию об электропроводимости хемосорбируемых слоев непосредственно из зоны трения. Появление металлических микропятен контакта и усиление адгезионного взаимодействия приводит к первоначальному снижению контактного сопротивления и росту коэффициента трения. В дальнейшем быстро интенсифицируются процессы схватывания, образования продуктов износа, что и обусловливает резкое возрастание трения и ухудшение условий токопрохождения. Уровень коэффициента трения 0,4-0,5 при этом можно считать критерием перехода системы в режим интенсивного адгезионного изнашивания. Количественной оценкой перехода системы к адгезионному изнашиванию можно считать число циклов скольжения - с при заданной нагрузке Р. Сравнение значений с и Р для образца, сделанного из этой же марки стали, но не подверженного влиянию нефтепродукта и под его воздействием позволяет отслеживать процесс разрушения хемосорбированного слоя на поверхности, что значительно расширяет функциональные возможности способа по сравнению с прототипом. Способ осуществлялся на лабораторной машине трения ММТ (или Боудена-Лебена) по схеме сфера-плоскость с возвратно-поступательной движущейся пластинкой, на которой реализована четырехпроводная схема 5 при напряжении на разомкнутом контакте 50 мВ. Схема измерения контактного сопротивления с показана на фигуре, где Е - стабилизированный источник напряжения, 1 и 2 и резисторы, У - широкополосный усилитель,РУ - регистрирующее устройство. В качестве образцов выбирают подложки, изготовленные из металла или сплава, соответствующего материалу деталей узлов трения, в котором должен работать испытываемый нефтепродукт. Образцы проходят предварительную обработку (шлифование, полирование),соответствующую по классу шероховатости поверхности в узле трения, после чего их промывают растворителями. На поверхность одного из образцов наносят нефтепродукт в виде капли с последующим легким втиранием в поверхность и выдержкой его при различных температурах (20, 100,200 С) в термошкафу в течение 0,5-1 ч. Далее неоднократно промывают образец органическими растворителями и протирают его ветошью. Эталонный и подверженный действию нефтепродуктов образцы помещают на установку и измеряют контактное сопротивление и коэффициент трения в зависимости от числа циклов скольжения при заданной нагрузке-Р. Пример 1. Способ оценки влияния вазелинового масла с присадкой диалкидитиофосфат цинка с концентрацией 0,65 по массе на физико-химическое состояние стали марки 65 Г осуществлялся по описанной выше методике на лабораторном трибометре при возвратнопоступательном движении шара из стали ШХ-15 по плоскости.измеряли по приведенной 3 5975 1 выше электрической схеме. Постоянное напряжение между сферой играющей роль внешнего электрода, и образцом создавали, используя источник питания Б 5-50. Разность потенциалов измеряли с помощью прибора В 7-27. Регистрацияипроизводилась на самописце Н 338-4 П. Результаты оценки приведены в табл. 1. Таблица 1, Ом 15 0,5 103-105 15 0,5 103-105 15 0,5 103-105 15 0,5 103-105 15 0,5 103-105 10 0,4 103 -105 15 0,5 103-105 20 0,4 1-10 30 0,4 1-2 на поверхности контролировалось рентгено Смазочная среда 200 50 Наличие хемосорбированных слоев фотоэлектронной спектроскопией (РФЭС). Видно, что значения Р и с с введением антиокислительной присадки диалкидитиофосфат цинка превосходят соответствующие показатели для чистого вазелинового масла,что свидетельствует о формировании хемосорбционного слоя на поверхности металла. Установлено, что термообработка при 200 С ускоряет этот процесс, так как противоизносные свойства слоя выше, чем при 100 С. Пример 2. Способ оценки влияния трансмиссионного масла ТАП-15 В (ГОСТ 23652-79) с присадками Фриктол-НП (ТУ 381011127-87), МКФ-18 (ТУ 3859-01200-90),и 1 производства США с концентрациями 2 по объему на физико-химическое состояние стали марки 65 Г осуществлялся по описанной выше методике. Результаты оценки приведены в табл. 2. Смазочная среда Без смазки ТАП-15 В ТАП 15 ВФриктол-НП ТАП-15 ВМКФ-18 ТАП-15 В ТАП-15 В-1 5975 1 Символ - в таблице означает, что разрушение хемосорбционного слоя при максимально возможной нагрузке 200 сН для данного лабораторного трибометра не достигается. Из таблицы 2 следует, что интенсивного адгезионного изнашивания не наблюдается при термообработке (100 С) масла с присадками и с увеличением нагрузки до 200 сН. Значит, на поверхности металла произошло формирование хемосорбционного слоя. Разрушение хемосорбционного слоя на поверхности металла наблюдается при термообработке (200 С) для базового масла ТАП-15 В и с введением в него присадки МКФ-18. Таким образом, противоизносные свойства хемосорбционного слоя, образованного маслом ТАП 15 В с присадками Фриктол-НП, -1 и , выше, чем с присадкой МКФ-18. Приведенные выше данные свидетельствуют о следующих преимуществах заявляемого способа перед прототипом 1) определение химической активности нефтепродуктов и присадок к ним при раз личных температурных режимах, что расширяет функциональные возможности способа 2) получение информации об электропроводимости хемосорбируемых слоев непосредственно из зоны трения, что позволяет наблюдать их разрушение и повышает точность оценки способа 3) оценка противоизносных свойств, хемосорбируемого слоя на поверхности металла,формирующегося под действием нефтепродуктов и присадок к ним, позволяет прогнозировать свойства масел 4) новый способ методически проще прототипа, не требует электрохимических ячеек и их экранирования, эталонной жидкости, вносящих погрешность при измерении электрического параметра. Предлагаемый способ оценки влияния нефтепродуктов на физико-химическое состояние поверхностей металлов был испытан при подборе смазочных масел и присадок к ним для редукторов кормоуборочных комбайнов на ПО Гомсельмаш и показал высокую эффективность, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию промышленная применимость. Источники информации 1. А.с. СССР 462109, МПК 01 3/56,01 19/02,01 В 7/00, 1975. 2. Шор Г.И. и др. Исследование механизма действия моющих присадок к моторным маслам. Присадки к маслам. -М. Химия, 1966. - С. 219-228. 3. Лапин В.П. Исследование некоторых эксплуатационных свойств масел с присадками электрометрическим методом. Дисс. канд. техн. наук. - М. ВНИИНП, 1970. 4. А.с. СССР 1004857, МПК 01 27/52, 1983 (прототип). 5. Хольм Р. Электрические контакты. - М. Иностранная литература, 1961. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5