Жидкости в ST/RS

5w-20 как правило имеют HTHS ниже 3.5, поэтому износа на нем будет больше. Данные взял из статистики ОД Вольво в России. На двигателях 2.5Т на масле АСЕА A5 (в основном 30-ки) износ ЦПГ выше в 1.7 раза, износ ГБЦ выше в 2 раза, чем на маслах АСЕА A3 (в основном 40-ки).

Вязкость и износ в какой-то мере зависят друг от друга, пока не вступает в действие другие параметры, например липкость и прочность смазывающей пленки. Как ты говоришь, на густых и вязких минералках, при условии, что прокачиваемость и поступление масла достаточно, износа будет меньше, чем на менее вязких маслах. И то, минеральные парафиновые масла свои смазывающие свойства проявляют только в условиях гидродинамической смазки, т.е. когда трущиеся детали полностью разделены друг от друга жидким слоем масла.

Чем больше прочностные и липкостные характеристики масла, тем больше она связана с поверхностью металла и для достижения такого же смазывающего эффекта как от густого парафинового масла, требуется в 2-4 раза меньше вязкости. При этом уменьшаются потери энергии на прокачиваемость и увеличиваются динамические характеристики двигателя.

Липкостные параметры смазывания это когда взаимодействуют полярные группы молекул масла с поверхностью металла, где между поверхностями трения образуется адсорбированная пленка масла, в данном случае вязкость масла не играет ни какой роли. Данный эффект проявляется при граничном смазывании, где сила трения на 33%, зависит от стойкости и прочности адсорбционной пленки и уже полностью не зависит от вязкости. Износ, в данном случае, также, полностью (на 100%) определяется прочностью адсорбционной пленки и ее адгезией (липкостью) к металлу.

Для повышения липкости в масло добавляют липкостные компоненты.

Самой высокой липкостью отличаются растительные масла и их эфиры (сложные эфиры). Менее выраженными характеристиками липкости обладают животные жиры, а также полярные соединения, содержащиеся в минеральном масле (смолы, жирные и нафтеновые кислоты). Парафиновые масла (гидрокрекинговые) содержат малое количество активных полярных соединений, поэтому их смазывающие свойства проявляются в основном только в условиях гидродинамической смазки.

Какие прочностные характеристики адсорбционной смазывающей пленки различных базовых масел?
Как известно, для предотвращения износа распределительных механизмов (кулачков и толкателей клапанов) двигателя необходимая минимальная прочность адсорбционной пленки составляет 10 000 кг/см2.
Прочность пленки парафинового гидрокрекингового масла составляет от 900 до 2 000 кг/см2.
Прочность адсорбционной пленки ПАО масла составляет 6 000 кг/см2.
Прочность адсорбционной пленки сложных эфиров (Эстеров) составляет от 22 000 до 25 000 кг/см2.

При критической нагрузке, при предельном давлении, при нагреве масла свыше 150С или деталей трения адсорбционная пленка разрушается (прочность адсорбционной пленки Эстеров не разрушается до 300-350С), трение усиливается, происходят задиры и при дальнейшем усилении трения поверхности металла свариваются. Если в данном случае присутствуют в масле соединения цинка, хлора, фосфора, серы, бора (присадки ЕР – extreme pressure additives), то на местах наибольшего трения, активные соединения разлагаются с выделением активных элементов, которые реагируя с металлом образуют на его поверхности сульфидную, хлоридную и фосфидную хемосорбционную пленку (пленка твердой смазки).

А теперь про цели и задачи ZDDP, износ и зависимость износа от количества ZDDP. Существуют ли беззольные заменители для ZDDP. На сколько они эффективны.
(все данные взяты из сухих научных литератур (SAE, ExonMobil, исследования Российских ученных и ученных СССР), основанных на сухих исследованиях, цифрах и фактах, а не саморекламы маркетологов, членов каких-либо сообществ)

Что такое Износ, виды износа и причины самых больших износов.

Итак, Износ – это разрушение, отщепление твердых тел от поверхности материала сопровождаемый изменением формы, размеров и массы изначального материала.

Виды износа (вниз по степени разрушительности или значимости):
1. Абразивно-механическое изнашивание – вызывается наличием в масле твердых частиц и трения (пыль, продукты износа, нагар, зола). Сажа – содержание сажи более 3% в масле вызывает износ. Содержание свыше 5% износ увеличивается в разы. Сажа осаждается на самых горячих участках двигателя, также на участках, где самая маленькая прокачиваемость (кольца, клапанный механизм). В будущем планируется разработать механизмы для сепарирования сажи из масла. Зола – зола это частицы металла, содержащиеся в соли сульфатов присадков. Зола имеет свойство адсорбировать в себя продукты нитрации и окисления (смолы), тем самым увеличивается в размерах. Размер частиц при абразивном износе очень важен. Частицы размером меньше 20 нм показали низкий уровень износа. Частицы размером 300 нм показали очень высокий уровень износа. Частицы в масле препятствуют проникновению смазки, также разрывают масляную пленку, увеличивают пенообразование. Также на абразивный износ влияет скорость скольжения. Сажа и зола на гидрокрекинговых маслах образуется больше в самом масле из-за содержания в масле парафиновых, асфальтеновых и нафтеновых групп. В ПАО маслах, сажа, в основном, образуется в результате попадания прорывных газов из цилиндров. Значительно увеличивает содержание абразивных частиц в двигателе система EGR.

2. Коррозионно-механический износ под воздействием окислительных процессов – механическое изнашивание, вызываемое химическими реакциями на поверхности металла. Коррозия значительно ускоряет механическое изнашивание. Бывает окислительным и питтингоэрозионным. Стенки изнашиваемых деталей под воздействием коррозионного износа могут откалываться большими кусками. Окислительные процессы могут протекать под воздействием окисления масла (низкотемпературное, высокотемпературное окисление масла, под воздействием ионов металла, кислорода, серы, воды, солей).
Результаты коррозионного износа:

3. Механический износ.
4. Усталостное изнашивание – проявляется под воздействием усталости металла, где металл выкрашивается с поверхности трения. Механизмы подшипников, зубчатые механизмы шестеренок и т.д.
5. Гидроабразивный износ.

Влияние противоизносных присадок на износ. Как показали старые и новейшие исследования, самым эффективным противоизносным присадком является ZDDP (диалкилдитиофосфат цинка). Современные беззольные присадки PFC SSC уступают ZDDP в плане скорости образования твердой пленки и по толщине самой пленки.


Наиболее эффективно ZDDP проявляет себя с ПАО:


Слишком большое содержание количества ZDDP улучшает противозадирные свойства (см. фокусы Давидыча), т.е. лучше противостоит ударно-сдвиговым нагрузкам, но при этом ухудшается показатели износа. Слишком малое количество ZDDP снижает эффективность при борьбе с износом и совсем не подходит для борьбы с задирами.
Как показали старые и новейшие исследования, самым оптимальным размером (толщиной) пленки образуемым для достижения баланса между показателями износа и ударно-сдвиговыми нагрузками является величина 120 нм – некая золотая середина. Новейшие исследования показали, что в борьбе с износом лучше проявляет соотношение ZDDP 80%+PFC10%+SSC10%.


Как видно из графиков ZDDP на много быстрее образуют твердую пленку и на много толще.

Но оптимальная середина между ударно-сдвиговыми нагрузками и износом достигается путем нивелирования соотношения базы и твердых противоизносных присадок.
Итак, лучшие присадки в борьбе с износом являются:
1. Эстеры;
2. ZDDP;
3. Бор;
4. Модификаторы трения;
5. Модификаторы вязкости – полимерные загустители. Парафины, асфальтены, нафтены… вещества имеющие углеводородные цепочки.

В борьбе с износом лучше всех справляются Эстеры, они могут справляться самостоятельно без дополнительных присадок. И как против износа, так и против ударно-сдвиговых нагрузок.

Многое зависит от конструкции двигателя, величины нагрузок, скорости трения, температурного режима.

Исследования показали, что в борьбе с износом в современных двигателях лучше проявляют себя масла с гармоничным сочетанием Эстеров, ПАО, ZDDP, PFC, SSC, Бора, при этом необходимо, чтобы создаваемая твердая смазывающая пленка не была толще 120 нм.

В литературе говорится, что более толстая пленка плохо ложится на раскаленной, вертикально расположенной стенке цилиндров и вызывает абразивный износ.