Смазка (иногда сокращается до lube ) — это вещество, которое помогает уменьшить трение между поверхностями, находящимися во взаимном контакте, что в конечном итоге уменьшает тепло, выделяемое при движении поверхностей. Она также может иметь функцию передачи сил, транспортировки инородных частиц или нагрева или охлаждения поверхностей. Свойство уменьшения трения известно как смазывающая способность .
Помимо промышленного применения, смазочные материалы используются для многих других целей. Другие области применения включают приготовление пищи ( масла и жиры , используемые в сковородах и выпечке для предотвращения пригорания пищи), для уменьшения ржавления и трения в оборудовании , посредством использования моторного масла и смазки , биоприменения на людях (например, смазочные материалы для искусственных суставов ), ультразвуковое исследование, медицинское обследование и половой акт. В основном он используется для уменьшения трения и содействия лучшему, более эффективному функционированию механизма.
Смазочные материалы использовались в течение тысяч лет. Кальциевые мыла были обнаружены на осях колесниц, датируемых 1400 годом до нашей эры. Строительные камни скользили по пропитанной маслом древесине во времена пирамид. В римскую эпоху смазочные материалы были основаны на оливковом масле и рапсовом масле , а также на животных жирах. Развитие смазочных материалов ускорилось в период промышленной революции с сопутствующим использованием машин на основе металла. Первоначально полагаясь на натуральные масла, потребности в таких машинах сместились в сторону материалов на основе нефти в начале 1900-х годов. Прорыв произошел с развитием вакуумной перегонки нефти, как описано в Vacuum Oil Company . Эта технология позволила очищать очень нелетучие вещества, которые распространены во многих смазочных материалах. [1]
Хорошая смазка обычно обладает следующими характеристиками:
Обычно смазочные материалы содержат 90% базового масла (чаще всего нефтяные фракции, называемые минеральными маслами ) и менее 10% присадок . В качестве базовых масел иногда используются растительные масла или синтетические жидкости, такие как гидрогенизированные полиолефины , сложные эфиры , силиконы , фторуглероды и многие другие. Присадки обеспечивают снижение трения и износа, повышенную вязкость , улучшенный индекс вязкости, устойчивость к коррозии и окислению , старению или загрязнению и т. д.
Нежидкие смазочные материалы включают порошки (сухой графит , ПТФЭ , дисульфид молибдена , дисульфид вольфрама и т. д.), ленту ПТФЭ, используемую в сантехнике, воздушной подушке и т. д. Сухие смазочные материалы , такие как графит, дисульфид молибдена и дисульфид вольфрама, также обеспечивают смазку при температурах (до 350 °C), превышающих температуру, при которой могут работать жидкие и масляные смазки. Ограниченный интерес был проявлен к свойствам низкого трения уплотненных слоев оксидной глазури, образованных при нескольких сотнях градусов Цельсия в металлических системах скольжения, однако практическое использование все еще отстает от них на многие годы из-за их физически нестабильной природы.
Для придания эксплуатационных свойств смазочным материалам используется большое количество присадок. Современные автомобильные смазочные материалы содержат до десяти присадок, составляющих до 20% смазочного материала, основными семействами присадок являются: [1]
В 1999 году по оценкам, во всем мире было потреблено 37 300 000 тонн смазочных материалов. [4] Доминируют автомобильные приложения, включая электромобили [5], но другие промышленные, морские и металлообрабатывающие приложения также являются крупными потребителями смазочных материалов. Хотя известны воздушные и другие газовые смазочные материалы (например, в подшипниках качения ), на рынке доминируют жидкие смазочные материалы, за которыми следуют твердые смазочные материалы.
Смазочные материалы обычно состоят из большинства базовых масел и различных присадок для придания желаемых характеристик. Хотя обычно смазочные материалы основаны на одном типе базового масла, смеси базовых масел также используются для удовлетворения эксплуатационных требований.
Термин « минеральное масло » используется для обозначения смазочных базовых масел, полученных из сырой нефти . Американский институт нефти (API) выделяет несколько типов смазочных базовых масел: [6]
В отрасли смазочных материалов эту групповую терминологию обычно расширяют, включая:
Их также можно разделить на три категории в зависимости от преобладающего состава:
Смазочные материалы на основе нефти также могут быть получены с использованием синтетических углеводородов (полученных в конечном итоге из нефти), « синтетических масел ».
К ним относятся:
ПТФЭ: политетрафторэтилен (ПТФЭ) обычно используется в качестве слоя покрытия, например, на кухонных принадлежностях для обеспечения антипригарной поверхности. Его диапазон рабочих температур до 350 °C и химическая инертность делают его полезной добавкой в специальные смазки , где он может функционировать как загуститель и смазка. При экстремальных давлениях порошок или твердые частицы ПТФЭ не представляют большой ценности, поскольку они мягкие и вытекают из области контакта. В этом случае необходимо использовать керамические, металлические или сплавные смазки. [7]
Неорганические твердые вещества: графит , гексагональный нитрид бора , дисульфид молибдена и дисульфид вольфрама являются примерами твердых смазок . Некоторые сохраняют свою смазывающую способность до очень высоких температур. Использование некоторых таких материалов иногда ограничивается их плохой устойчивостью к окислению (например, дисульфид молибдена разлагается выше 350 °C на воздухе, но 1100 °C в восстановительных средах).
Металл/сплав: Металлические сплавы, композиты и чистые металлы могут использоваться в качестве добавок к смазкам или как единственные компоненты скользящих поверхностей и подшипников. Кадмий и золото используются для покрытия поверхностей, что придает им хорошую коррозионную стойкость и скользящие свойства. Сплавы свинца , олова , цинка и различные бронзовые сплавы используются в качестве подшипников скольжения, или их порошок может использоваться только для смазки скользящих поверхностей.
Водная смазка представляет интерес для ряда технологических приложений. Сильно гидратированные полимеры щеток, такие как ПЭГ, могут служить смазками на границах раздела жидкость-твердое тело. [8] Благодаря непрерывному быстрому обмену связанной воды с другими свободными молекулами воды эти полимерные пленки удерживают поверхности разделенными, сохраняя при этом высокую текучесть на границе раздела щетка-щетка при высоких сжатиях, что приводит к очень низкому коэффициенту трения.
Полное руководство по производителям смазочных материалов и присадок в ОАЭ ОАЭ являются ключевым игроком в мировой индустрии смазочных материалов с растущим спросом на высококачественную продукцию в различных секторах. Как ведущее имя среди производителей смазочных материалов в ОАЭ, Al Muqarram выделяется своей приверженностью качеству и инновациям. Смазочные материалы необходимы для снижения трения, повышения производительности и продления срока службы оборудования. Будь то автомобильное, промышленное или морское применение, спрос на надежные смазочные материалы высок. Al Muqarram удовлетворяет эти потребности, предлагая широкий ассортимент продукции, адаптированной к различным отраслевым требованиям. Помимо того, что Al Muqarram является ведущим производителем смазочных масел в ОАЭ, он также преуспевает в производстве присадок к смазочным материалам. Эти присадки повышают производительность базовых масел, делая их более эффективными в экстремальных условиях и обеспечивая дополнительную защиту от износа и коррозии. Как один из надежных производителей присадок к смазочным материалам в ОАЭ, Al Muqarram гарантирует, что его продукция обеспечивает оптимальную эффективность и долговечность. Выбор правильного поставщика имеет решающее значение для поддержания эффективности вашего оборудования. Al Muqarram — не просто производитель, но и надежный поставщик и дистрибьютор смазочных материалов в ОАЭ. Они предлагают постоянные поставки, экспертное руководство и отличную послепродажную поддержку, гарантируя, что у вас всегда будут нужные продукты, когда они вам нужны. Подводя итог, можно сказать, что преданность Al Muqarram качеству и удовлетворенности клиентов делает ее лидером в смазочной отрасли ОАЭ. Независимо от того, нужны ли вам высокопроизводительные смазочные материалы или специализированные присадки, Al Muqarram предлагает решения, которые соответствуют вашим точным потребностям, помогая вам поддерживать и улучшать производительность вашего оборудования.
Биосмазки [9] получают из растительных масел и других возобновляемых источников. Обычно они представляют собой сложные эфиры триглицеридов (жиры, полученные из растений и животных). Для использования в качестве базового масла смазок предпочтительны материалы растительного происхождения. Распространенными являются высокоолеиновое рапсовое масло , касторовое масло , пальмовое масло , подсолнечное масло и рапсовое масло из растительных источников, а также талловое масло из древесных источников. Многие растительные масла часто гидролизуются для получения кислот, которые впоследствии селективно объединяются для образования специальных синтетических эфиров. Другие смазочные материалы естественного происхождения включают ланолин (шерстяной жир, натуральный водоотталкивающий агент). [10]
Китовый жир был исторически важным смазочным материалом, и вплоть до второй половины 20-го века его использовали в качестве модификатора трения для жидкости автоматической трансмиссии . [11]
В 2008 году рынок биосмазочных материалов составлял около 1% от общего объема продаж смазочных материалов в Великобритании при общем объеме рынка смазочных материалов в 840 000 тонн/год. [12]
По состоянию на 2020 год исследователи из CSIRO[обновлять] в Австралии изучали сафлоровое масло в качестве смазочного материала для двигателя, обнаружив превосходную производительность и более низкие выбросы, чем у смазочных материалов на основе нефти , в таких приложениях, как газонокосилки с приводом от двигателя , бензопилы и другое сельскохозяйственное оборудование. Производители зерна , испытывающие продукт, приветствовали инновацию, причем один из них описал его как требующее очень малой очистки, биоразлагаемое , биоэнергетическое и биотопливное . Ученые перепроектировали растение с помощью подавления генов , создав сорт, который производит до 93% масла, что является самым высоким показателем, доступным в настоящее время среди всех растений. Исследователи из Центра передового топлива Университета штата Монтана в США, изучающие производительность масла в большом дизельном двигателе , сравнивая его с обычным маслом, описали результаты как «переломный момент». [13]
Одной из самых распространенных областей применения смазочных материалов в виде моторного масла является защита двигателей внутреннего сгорания в транспортных средствах и силовом оборудовании.
Антипригарные или антипригарные покрытия предназначены для снижения адгезивных свойств (липкости) данного материала. Резиновая, шланговая, проволочная и кабельная промышленность являются крупнейшими потребителями антипригарных продуктов, но практически каждая отрасль использует какую-либо форму антипригарного агента. Антипригарные агенты отличаются от смазок тем, что они предназначены для снижения изначально адгезионных свойств данного соединения, в то время как смазочные материалы предназначены для снижения трения между любыми двумя поверхностями.
Смазочные материалы обычно используются для разделения движущихся частей в системе. Такое разделение имеет преимущество в снижении трения, износа и усталости поверхности, а также снижении тепловыделения, рабочего шума и вибраций. Смазочные материалы достигают этого несколькими способами. Наиболее распространенным является формирование физического барьера, т. е. тонкий слой смазки разделяет движущиеся части. Это аналогично аквапланированию, потере трения, наблюдаемой, когда автомобильная шина отделяется от поверхности дороги при движении через стоячую воду. Это называется гидродинамической смазкой. В случаях высоких поверхностных давлений или температур пленка жидкости намного тоньше, и часть сил передается между поверхностями через смазку.
Обычно трение между смазкой и поверхностью намного меньше, чем трение между поверхностью и поверхностью в системе без какой-либо смазки. Таким образом, использование смазки снижает общее трение системы. Уменьшенное трение имеет преимущество в виде снижения тепловыделения и образования частиц износа, а также повышения эффективности. Смазки могут содержать полярные присадки , известные как модификаторы трения, которые химически связываются с металлическими поверхностями для снижения поверхностного трения даже при недостаточном объеме смазки для гидродинамической смазки, например, для защиты клапанного механизма в двигателе автомобиля при запуске. Само базовое масло также может быть полярным по своей природе и, как следствие, изначально способным связываться с металлическими поверхностями, как в случае с полиэфирными маслами.
Как газообразные, так и жидкие смазки могут переносить тепло. Однако жидкие смазки гораздо эффективнее из-за их высокой удельной теплоемкости . Обычно жидкая смазка постоянно циркулирует в более холодную часть системы и из нее, хотя смазки могут использоваться как для нагрева, так и для охлаждения, когда требуется регулируемая температура. Этот циркулирующий поток также определяет количество тепла, которое отводится за единицу времени. Системы с высоким расходом могут отводить много тепла и имеют дополнительное преимущество в виде снижения тепловой нагрузки на смазку. Таким образом, можно использовать более дешевые жидкие смазки. Основным недостатком является то, что для высоких потоков обычно требуются более крупные поддоны и более крупные охлаждающие устройства. Вторичным недостатком является то, что система с высоким расходом, которая полагается на расход для защиты смазки от тепловой нагрузки, подвержена катастрофическому отказу во время внезапных отключений системы. Типичным примером является автомобильный турбокомпрессор с масляным охлаждением . Турбокомпрессоры во время работы раскаляются докрасна, а охлаждающее их масло выживает только потому, что его время пребывания в системе очень короткое (т. е. высокая скорость потока). Если система внезапно отключается (при заезде в сервисную зону после скоростной езды и остановке двигателя), масло в турбокомпрессоре немедленно окисляется и забивает масляные пути отложениями. Со временем эти отложения могут полностью заблокировать масляные пути, что приведет к полному отказу турбокомпрессора, как правило, с заклиниванием подшипников . Нетекучие смазочные материалы, такие как смазки и пасты, неэффективны в передаче тепла, хотя они и способствуют снижению выработки тепла в первую очередь.
Системы циркуляции смазки имеют преимущество в том, что они уносят внутренне образующийся мусор и внешние загрязнители, которые попадают в систему, в фильтр, где их можно удалить. Смазки для машин, которые регулярно генерируют мусор или загрязнители, такие как автомобильные двигатели, обычно содержат моющие и диспергирующие присадки, которые способствуют транспортировке мусора и загрязнителей к фильтру и их удалению. Со временем фильтр засоряется и требует очистки или замены, поэтому рекомендуется менять масляный фильтр автомобиля одновременно с заменой масла. В закрытых системах, таких как коробки передач, фильтр может быть дополнен магнитом для притягивания любых образующихся железных частиц.
Очевидно, что в системе циркуляции масло будет настолько чистым, насколько его может сделать фильтр, поэтому, к сожалению, не существует отраслевых стандартов, по которым потребители могли бы легко оценить фильтрующую способность различных автомобильных фильтров. Плохие автомобильные фильтры значительно сокращают срок службы машины (двигателя), а также делают систему неэффективной.
Смазочные материалы, известные как гидравлические жидкости, используются в качестве рабочей жидкости в гидростатической силовой передаче. Гидравлические жидкости составляют большую часть всех производимых в мире смазочных материалов. Гидротрансформатор автоматической коробки передач является еще одним важным применением силовой передачи с использованием смазочных материалов.
Смазки предотвращают износ, уменьшая трение между двумя частями. Смазки также могут содержать противоизносные или противозадирные присадки для повышения их эффективности против износа и усталости.
Многие смазочные материалы содержат добавки, которые образуют химические связи с поверхностями или исключают попадание влаги, чтобы предотвратить коррозию и ржавчину. Это уменьшает коррозию между двумя металлическими поверхностями и исключает контакт между этими поверхностями, чтобы избежать коррозии под водой.
Смазочные материалы будут занимать зазор между движущимися частями посредством капиллярной силы, тем самым герметизируя зазор. Этот эффект может быть использован для герметизации поршней и валов.
Еще одним явлением, которое было исследовано в связи с предотвращением износа при высоких температурах и смазкой, является образование уплотненного слоя оксидной глазури . Такие глазури образуются путем спекания уплотненного слоя оксида. Такие глазури являются кристаллическими, в отличие от аморфных глазурей, которые можно увидеть в керамике. Требуемые высокие температуры возникают при скольжении металлических поверхностей друг по другу (или металлической поверхности по керамической поверхности). Благодаря устранению металлического контакта и адгезии путем образования оксида трение и износ уменьшаются. По сути, такая поверхность является самосмазывающейся.
Поскольку «глазурь» уже является оксидом, она может выдерживать очень высокие температуры на воздухе или в окислительной среде. Однако ее недостатком является необходимость для основного металла (или керамики) сначала подвергнуться некоторому износу, чтобы образовалось достаточное количество оксидных отходов.
По оценкам, около 50% всех смазочных материалов выбрасываются в окружающую среду. [ требуется ссылка ] Обычные методы утилизации включают переработку , сжигание , захоронение и сброс в воду, хотя обычно утилизация на свалке и сброс в воду строго регламентируются в большинстве стран, поскольку даже небольшое количество смазочного материала может загрязнить большое количество воды. Большинство правил допускают пороговый уровень смазочного материала, который может присутствовать в потоках отходов, и компании тратят сотни миллионов долларов ежегодно на очистку своих сточных вод, чтобы достичь приемлемого уровня. [ требуется ссылка ]
Сжигание смазочных материалов в качестве топлива, как правило, для выработки электроэнергии, также регулируется правилами, в основном из-за относительно высокого уровня присутствующих добавок. Сжигание приводит к образованию как загрязняющих веществ в воздухе, так и золы, богатой токсичными материалами, в основном соединениями тяжелых металлов. Таким образом, сжигание смазочных материалов происходит на специализированных объектах, которые включают специальные скрубберы для удаления загрязняющих веществ в воздухе и имеют доступ к свалкам с разрешениями на обработку токсичной золы.
К сожалению, большая часть смазочных материалов, которые попадают непосредственно в окружающую среду, происходит из-за того, что население сливает их на землю, в канализацию и прямо на свалки в качестве мусора. Другие источники прямого загрязнения включают стоки с дорог, случайные разливы, природные или техногенные катастрофы и утечки из трубопроводов.
Улучшение технологий и процессов фильтрации в настоящее время сделало переработку жизнеспособным вариантом (с ростом цен на базовое масло и сырую нефть ). Обычно различные системы фильтрации удаляют частицы, присадки и продукты окисления и восстанавливают базовое масло. Масло может быть очищено в ходе процесса. Затем это базовое масло обрабатывается почти так же, как и первичное базовое масло, однако существует значительное нежелание использовать переработанные масла, поскольку они, как правило, считаются неполноценными. Базовое масло, фракционно перегнанное в вакууме из отработанных смазочных материалов, имеет превосходные свойства по сравнению с полностью натуральными маслами, но экономическая эффективность зависит от многих факторов. Отработанный смазочный материал также может использоваться в качестве сырья для нефтеперерабатывающих заводов, чтобы стать частью сырой нефти. Опять же, существует значительное нежелание использовать это использование, поскольку присадки, сажа и износ металлов серьезно отравят/дезактивируют критические катализаторы в процессе. Стоимость не позволяет проводить как фильтрацию (удаление сажи, присадок), так и повторную очистку ( перегонку , изомеризацию, гидрокрекинг и т. д.), однако основным препятствием для переработки по-прежнему остается сбор жидкостей, поскольку нефтеперерабатывающим заводам необходимы непрерывные поставки в объемах, измеряемых в цистернах и железнодорожных цистернах.
Иногда неиспользованная смазка требует утилизации. Лучшим способом действий в таких ситуациях является возврат ее производителю, где она может быть переработана как часть новых партий.
Окружающая среда: Смазочные материалы, как свежие, так и использованные, могут нанести значительный ущерб окружающей среде, в основном из-за их высокого потенциала серьезного загрязнения воды. Кроме того, добавки, обычно содержащиеся в смазочных материалах, могут быть токсичными для флоры и фауны. В использованных жидкостях продукты окисления также могут быть токсичными. Стойкость смазочных материалов в окружающей среде во многом зависит от базовой жидкости, однако, если используются очень токсичные добавки, они могут отрицательно повлиять на стойкость. Ланолиновые смазочные материалы нетоксичны, что делает их экологической альтернативой, которая безопасна как для пользователей, так и для окружающей среды.
