Почему так много разных масел?

Есть распространённое заблуждение, что масло это «просто масло».  Посмотрите на огромное количество машин, которым нужна смазка, которые могут работать в различных условиях, выполнять различные операции.

Есть также множество различных поставщиков, которые могут поставить тысячи масел, различной вязкости и с различными пакетами присадок, которые обусловлены их назначением. Вот почему такое количество масел представлено на рынке. В этой статье мы рассмотрим различные классы масел (жидкие смазки) и выясним, почему они разные.

Основные функции масла это:

• снижение трения;
• снижение износа;
• отвод теплоты;
• отвод продуктов износа;
• отвод внешних загрязнений;
• действовать как структурный материал;
• уплотнение;
• защита поверхности.

Эти основные функции могут быть изменены добавлением присадок. Базовые масла отвечают за основные свойства смазочного материала, в то время как присадки определяют текущие рабочие свойства влиянием на:

• антикоррозионные свойства;
• особые смазывающие свойства;
• антиокислительную стабильность;
• способность образовывать эмульсию;
• вязкостно-температурную характеристику;
• защиту от износа;
• смачиваемость.

В основном, масла можно разделить на три большие группы – моторные масла, гидравлические масла и редукторные масла. Система Международных Стандартов Смазывания (ISLS – International Standard Lubrication System) делит масла на следующие классы:

• Гидравлические масла.
• Гидравлические масла с широким температурным диапазоном применения.
• Огнестойкие гидравлические жидкости.
• Масла теплоносители.
• Электроизоляционные масла.
• Компрессорные масла (воздух и технические газы).
• Компрессорные масла (для холодильных машин).
• Турбинные масла.
• Моторные масла для бензиновых двигателей.
• Моторные масла для дизельных двигателей.
• Большой ассортимент масел для автоматических трансмиссий.
• Трансмиссионные масла.
• Редукторные масла.
• Цилиндровые масла.
• Циркуляционные масла.

Назначение каждого из этих классов определяется пакетом присадок, которые компании-изготовители добавляют в масло, каждый класс имеет подклассы, необходимые для специфических задач. Базовое масло может быть как минеральным, так и синтетическим, оно может быть различных классов вязкости для любого возможного применения. Индустриальные масла имеют, обычно, 18 различных вязкостей, автомобильные моторные масла имеют одиннадцать основных классов вязкости, плюс вариации всесезонных масел, автомобильные трансмиссионные масла подразделяются на семь различных групп, также с различными  всесезонными вариациями.

Наверное, невозможно рассмотреть каждое масло, представленное на рынке, поэтому мы рассмотрим категории ISLS, перечисленные выше, в соответствии со свойствами которые они должны иметь, чтобы выполнять свою работу. Даже у очень специфичных продуктов могут быть различия, и цена одно из них. Ни одна уважающая себя компания не производит «плохое» масло. Однако все масляные компании производят «дешёвое» масло и все компании производят «дорогое» масло. Вам выбирать, за что платить.

Обычно, нижний уровень цен на минеральное моторное масло составляет R10¹ за литр, высококачественное минеральное масло раза в два дороже и потолок цен – синтетические продукты, которые могут стоить больше R100¹ за литр. Однако все они выполняют одну основную задачу.

Вот почему нет ответа на вопрос: «Какое масло самое лучшее для моей машины?». Это зависит от того, что вы на ней делаете.  Михаэль Шумахер, совершенно определённо, будет заливать другое масло, в отличие от хозяина десятилетней Ниссан Сентра. Этот факт в последнее время был признан рядом компаний, которые теперь продают ряд масел: для такси, для старых автомобилей, дизельных пикапов, новых высокоэффективных автомобилей и др.
 

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАСЛА

Основная функция гидравлических масел – передавать энергию, но сточки зрения смазывания, желательны и следующие свойства.

Правильная вязкость
Вязкость гидравлического масла очень важна, ведь насос проектируется под определённые характеристики. Слишком низкая вязкость ведёт к внутренним утечкам или некорректной работе насоса, являющейся следствием потери эффективности и недостатка необходимого смазывания. Слишком высокая вязкость может привести к кавитации, перегреву и потере мощности.

Стабильная вязкость
Масло должно сохранять свою вязкость в течение периода эксплуатации. Произойдёт ли рост вязкости из-за окисления, или она снизится из-за высоких нагрузок, результатом будет снижение эффективности смазывания и работы насоса.

Высокий индекс вязкости
Индекс вязкости есть мера устойчивости масла к «утоньшению» при возрастающей температуре. Вследствие того факта, что гидравлическое масло функционирует в довольно широком диапазоне температур, желательно, чтобы индекс вязкости был как можно более высоким. Это предотвратит замедленную работу при низких температурах и «рваную» работу, когда температура вырастет, а вязкость уменьшится.

Совместимость с уплотнениями
Масло не должно быть причиной порчи масляных уплотнений, которая приведет к утечкам  и дальнейшему износу и потере мощности. При нормальной температуре большинство минеральных масел совместимы с большинством материалов уплотнений. Однако, при повышенной температуре, между маслом и уплотнением могут происходить химические реакции. Внимательный выбор базового масла, присадок и материала уплотнений могут это предотвратить.

Устойчивость к пенообразованию
Гидравлическое масло должно быть устойчивым к образованию пены, которое происходит из-за попадания воздуха в масло в процессе работы, но если пена всё же возникает, то она должна быть тут же разрушена.

Износостойкость и устойчивость к нагрузкам
Смазка должна не только предотвращать трение металла о металл при нормальных нагрузках и скоростях, но также и в экстремальных условиях, при ударной нагрузке.  Масло также должно обладать необходимыми характеристиками, чтобы предотвратить износ деталей изготовленных с малыми допусками, которые находятся в гидравлических насосах и клапанах.

Некоррозийность
Важно, чтобы гидравлическое масло не реагировало химически с металлом гидравлических компонентов.

Характеристики трения
Для смазывания шейки вала или подшипника скольжения, желательно, чтобы коэффициент трения между смазкой и материалом подшипника был низким насколько возможно, чтобы сопротивление было минимальным.

ОГНЕСТОЙКИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ

Огнестойкие гидравлические жидкости используются там, где из-за огня утечки масла могут представлять собой опасность для персонала или оборудования. Например, гидравлические системы оборудования, которое открывает и закрывает двери печей на литейных заводах. Желательно наличие всех  характеристик «нормальных» гидравлических масел, а также:

Высокая температура вспышки
Температура вспышки масла это температура, при которой, при наличии источника огня, масло мгновенно поддерживает горение. Масла с высокой температурой вспышки менее подвержены риску воспламенения, чем масла с низкой температурой вспышки.

Способность к образованию эмульсии
Характеристикой почти всех масел является хорошая деэмульгирующая способность, т.к. вода является очень разрушительным загрязнением. Однако, с огнестойкими маслами, один из способов достичь желаемых свойств, это образовать эмульсию масла с водой или гликолем. Эти масла должны вести себя, в первую очередь, как гидравлические масла, поэтому эмульсия должна быть стабильной.

Низкое воздействие на окружающую среду
Эмульгированные огнестойкие масла эффективны в выполнении своей работы. Однако необходимо тщательно следить за концентрацией воды или гликоля. Синтетические огнестойкие смазочные материалы могут быть альтернативой, но они могут быть токсичными или формировать токсичные компоненты при контакте с очень горячими поверхностями. Эти масла должны разрабатываться с минимальным воздействием на окружающую среду в случае утечки. Очень важно, чтобы эти синтетические масла были совместимы с материалом уплотнений.

МАСЛА ТЕПЛОНОСИТЕЛИ

Назначение этих масел не смазывать, а служить средой для передачи тепла из одного места в другое.

Низкая испаряемость
Во время процесса очистки, низкокипящие фракции масла должны быть удалены. Так как масло будет постоянно подвергаться высоким рабочим температурам, низкокипящие фракции могут испаряться, изменяя характеристики масла.

Хорошая антиокислительная стабильность
Температура имеет непосредственное влияние на окисление базового масла – на каждые десять градусов роста рабочей температуры, значение окисления удваивается и, следовательно, срок службы масла сокращается наполовину. Эти масла должны быть устойчивыми к процессу окисления.

Низкая тенденция к  коксо - и шламообразованию
По причине высоких рабочих температур, масло должно быть устойчивым к образованию кокса или шлама, т.к. это сильно снижает способность масла передавать тепло, а присутствие кокса может закупорить охладители и теплообменники.

Высокая температура вспышки
По тем же причинам, что и указанные ранее для огнестойких жидкостей, желательна высокая температура воспламенения.

Низкая вязкость
Чем ниже вязкость, тем легче жидкость может течь и тем более эффективно передавать тепло. Маловязкие масла склонны к высокой испаряемости, поэтому эти два свойства должны быть сбалансированы.

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАСЛА

Электроизоляционные масла используются в трансформаторах и выключателях для изоляции электрических компонентов.  Как и с маслами теплоносителями, основная функция этих масел – не смазка.

Хорошие диэлектрические свойства
Хорошие диэлектрические свойства означают, что масло является очень плохим проводником электричества, что собственно от него и требуется. Масло должно быть очень тщательно очищено и не содержать влаги, поскольку любое загрязнение будет способствовать электропроводимости и снижению диэлектрических свойств.

Низкая вязкость и текучесть при низких температурах
Разработка электроизоляционных масел это сложный бизнес,  т.к. ряд желательных свойств, обычно, достигается при помощи присадок, но не в этом случае. К сожалению, присадки проводят электричество. Низкая вязкость и низкая точка застывания (минимальная температура, при которой масло ещё может течь) желательны для охлаждения и работе при низких температурах, особенно для трансформаторов, работающих вне помещения, в холодном климате.  Это свойство достигается процессом очистки, чтобы базовое масло имело требуемые свойства без применения присадок.

Хорошая устойчивость к окислению и к образованию кокса
Поскольку есть вероятность образования электрической дуги или искрения, которые производят высокую температуру, масла должны быть устойчивыми к окислению и образованию кокса. Ещё раз, это достигается очень высоким уровнем очистки и, поэтому нет потребности в использовании присадок.

Хорошие теплоотводящие свойства
По тем же причинам, что и требование к устойчивости к окислению и образованию кокса, эти масла также должны хорошо отводить тепло.

Ингибированные масла
Электроизоляционные масла обычно относят к неингибированным маслам, т.к.  они не содержат каких-либо присадок. Однако в определенных применениях с низким напряжением, допустимы технологии с использованием присадок. Такие масла известны как ингибированные масла и могут содержать антиоксиданты.

МАСЛА ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ КОМПРЕССОРОВ

В основном, все свойства, которые необходимы для гидравлических масел требуются для масел смазывающих компрессоры, которые работают с воздухом или другими техническими газами.

Хорошая деэмульгирующая способность
Из-за наличия сжимаемых газов, которые могут содержать влагу, есть высокая вероятность загрязнения водой. Масло должно иметь способность отделять попавшую в него воду легко и быстро.

Хорошая устойчивость к окислению и к образованию кокса
Газ может нагреваться до температуры 150оС, поэтому масло должно иметь способность противостоять окислению во время этого повышения температуры. Образование кокса в компрессоре может привести к воспламенению и угрозе взрыва.

Низкая растворимость газов
Если сжимаемый газ начнет засасываться или растворяться в масле, то вязкость масла снизится, что в свою очередь, снизит несущую способность масла. Масло должно разрабатываться так, чтобы сжимаемый газ в нём практически не растворялся.

Хорошие уплотняющие характеристики
Уплотнение достигается разными путями и несколько уплотняющих технологий применено в воздушных компрессорах. Часто это достигается за счёт самого масла,  которое служит уплотнением внутри системы.

КОМПРЕССОРЫ ДЛЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

Все характеристики применимые к гидравлическим системам и компрессорам также применимы и к смазыванию компрессоров для холодильных машин. Однако нужны особые свойства, чтобы работать при низкой рабочей температуре в охлаждающих системах.

Низкая температура застывания
В холодильных установках бывает довольно низкая температура и масло должно сохранять способность течь при таких низких температурах. Низкая точка застывания существенна и может быть достигнута разными путями: глубокой очисткой базового масла, добавлением присадок или использованием синтетических смазочных материалов.

Хорошая растворимость хладагента
Хладагент должен быть совместимым с маслом (растворяться в нём) и, когда он переносится маслом, он должен также легко отделяться в сепараторе.

Низкая точка хлопьеобразования
Связанная с предыдущими двумя свойствами – температура хлопьеобразования масла для компрессоров холодильных установок. Точка хлопьеобразования – это температура, при которой появляются скопления хлопьев состоящих из кристаллов парафина, когда раствор хладагента в масле охлажден ниже рекомендованных условий.
 

ТУРБИННЫЕ МАСЛА

Ещё раз, все свойства важные для гидравлических масел важны и для турбинных масел, включая следующие:

Хорошие деэмульгирующие свойства
Так как есть большая вероятность того, что конденсат будет присутствовать в маслах паровых турбин, эти масла должны быть готовы отделять попадающую в них воду.

Хорошая устойчивость против ржавления и коррозии
Так как вода, в данном случае, самый частый загрязнитель, масло должно быть усилено против ржавления и коррозии металлических деталей.

Устойчивость к термическому и окислительному разложению
Высокие скорости и температуры типичные рабочие условия для турбин, поэтому масло должно быть устойчиво к термической и окислительной деградации.

Долгий срок службы
У турбины, обычно, очень большой масляный бак, иногда вмещающий в себя десятки тысяч литров. В идеале, масло должно служить без каких-либо проблем много лет, вот почему предыдущие три свойства так важны.

Хорошая фильтруемость
Поскольку требуется долгий срок службы, масло должно обладать хорошей фильтруемостью, чтобы содержать его чистым и свободным от загрязнений, которые могут стать причиной износа и деградации масла.

Это последнее масло, которое подпадает под категорию гидравлических смазочных материалов. Следующая категория, которая будет рассмотрена это редукторные масла.

ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ РЕДУКТОРНЫЕ МАСЛА

Основные функциональные свойства редукторных масел это:

• уменьшать износ шестерен и других движущихся деталей;
• уменьшать трение и, следовательно, увеличивать мощность;
• отводить тепло;
• уменьшать шум, вибрации и удары между зубьями шестерен;
• удалять загрязнения и служить структурным материалом, т.е. смазка является фактором определяющим устойчивость шестерен против поломок, питтинга и задиров.

Способность уменьшать трение и сопротивляться износу
Износ и потеря мощности есть результат  трения, которое уменьшают плёнкой масла между трущимися поверхностями. Это может быть полностью жидкая плёнка, и тогда мы будем иметь гидродинамическое смазывание. Часто в смазывании шестерён, сопряжённые поверхности соприкасаются друг с другом под большой нагрузкой и происходит граничное смазывание. В этой ситуации, когда металл контактирует с металлом, возникают большие потери на трение, появляется износ. В таких условиях, редукторные масла должны содержать присадки от чрезвычайных нагрузок (extreme pressure - EP), необходимые для предотвращения чрезмерного износа. Эти присадки незамедлительно реагируют в том месте, где металл испытывает наибольшую нагрузку и температуру, и формируют противозадирную поверхность.

Хорошая несущая способность пленки масла
Масло должно иметь достаточно прочную плёнку, чтобы предотвратить контакт металла о металл, в противном случае появятся задиры и начнётся быстрый износ.

Хорошая адгезия
Поскольку и несущая способность плёнки масла и адгезия связаны с вязкостью (чем больше вязкость, тем больше несущая способность и лучше адгезия), то качество и состав смазки имеют ещё большее значение. Некоторые редукторные масла имеют лучшую «смачиваемость», чем другие, некоторые имеют сродство с металлическими поверхностями и способны хорошо прилипать.  Редукторные масла предоставляют эти желаемые свойства посредством смешивания их в небольших пропорциях с жирными кислотами или присадками различной природы.

Способность противостоять коррозии
Когда зубчатые колёса в редукторе нагреваются, масло расширяется. Когда механизм охлаждается, воздух (содержащий влагу) попадает внутрь механизма через сапун, т.е. механизм дышит. Масло должно быть способно препятствовать вредному воздействию коррозии, причиной которой является вода. При высоких температурах, когда масло взбивается шестернями в масляный туман, создаётся идеальная ситуация для тщательного перемешивания с воздухом, что в дальнейшем ускоряет коррозионные (окислительные) процессы.

Теплоотводящая способность
Одно из главных требований, предъявляемых к редукторным маслам – способность действовать как охладитель. Комбинация из высокого давления и скольжения зубьев может быть столь интенсивна, что достигаются очень высокие температуры.  Чтобы противостоять этому, для эффективного охлаждения, нужно обеспечить большое доступное количество масла. В некоторых случаях зубья шестерен обрызгиваются струями масла.

Правильная вязкость
Маловязкие масла охлаждают лучше, но не устраняют эффективно шум и вибрации. Высоковязкие масла имеют большую несущую способность, но слишком большая вязкость ведёт к тому, что масло становится малотекучим.
Диапазон рабочих температур для зубчатых колёс не такой большой, как для двигателей внутреннего сгорания и гидравлических систем, но всё равно должна быть подобрана правильная вязкость масла с достаточно высоким индексом вязкости.

Правильно подобранные присадки
Наиболее важные присадки – это присадки от чрезвычайных нагрузок (EP). Эти присадки, в основном органические добавки, содержащие фосфор и серу, которые реагируют с поверхностью зубьев шестерен при высоких температурах. Они образуют сульфиды и фосфаты металлов, которые более плавкие, чем металлы и предотвращают отрыв металлических частиц с поверхности контактирующих деталей.
 

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ТРАНСМИССИОННЫЕ МАСЛА

Способность противостоять ударным нагрузкам и экстремальным давлениям
Все свойства, требуемые для индустриальных редукторных масел, необходимы и для автомобильных трансмиссионных масел.  Механизмы автомобильной трансмиссии подвергаются более тяжёлым ударным нагрузкам, чем индустриальные трансмиссии и испытывают более высокие скорости скольжения, особенно в гипоидных передачах. В жизни, все индустриальные редукторы находятся в неподвижном состоянии. Их окружение не меняется, условия работы, в основном, постоянны. Как контраст, автомобильные системы имеют постоянно изменяющуюся окружающую среду и рабочие условия, которые подвергают их более суровым режимам работы, чем индустриальные системы.
 

ЦИЛИНДРОВЫЕ МАСЛА

Цилиндровые масла должны снижать износ и трение, иметь хорошую несущую способность и адгезионные свойства, защищать от коррозии и охлаждать. Особенно, они должны иметь:

Высокую вязкость
Цилиндровые масла это в основном дистиллятные минеральные масла, потому что ряд присадок используемых в маслах могут реагировать с перегретым паром, с которым эти масла вступают в контакт. Эти масла, как было сказано, не компаундированы.  Для придания хороших адгезивных свойств, чтобы масло прилипало к стенкам цилиндра, используют масла высокой вязкости.

Великолепную деэмульгирующую способность
Так как масла продолжительное время работают во влажной среде и, в основном, переносится к стенкам цилиндра паром, они должны хорошо отделять воду – легко и быстро, что частично достигается отсутствием компаунда. Компаундированные цилиндровые масла существуют, но уровень присадок низок и эти смазки используются в условиях средних нагрузок.
 

ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ МАСЛА

Эти масла находятся почти 50:50 между гидравлическими и редукторными маслами и обычно требуют свойств базовых масел от редукторных, а действие присадок от гидравлических масел. Они имеют большой диапазон классов вязкости с пакетом противоизносных присадок, но без присадок для чрезвычайного давления (ЕР). Используются при средних рабочих нагрузках.
 

МАСЛА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ТРАНСМИССИЙ

Жидкости для автоматических трансмиссий (Automatic Transmission Fluids - ATF)  подвержены высоким температурам, давлениям и скоростям скольжения. В дополнение, различные производители требуют различных фрикционных характеристик, и используют разные фрикционные материалы и компоненты уплотнений, с которыми жидкость должна быть совместима. Понятно, почему нет такой вещи как универсальная жидкость для автоматических трансмиссий и использоваться должен только тот тип жидкости, который рекомендован производителем.

ATF грубо могут быть разделены на две категории: фрикционно-модифицированные и не-фрикционно-модифицированные жидкости.  Эти две категории имеют схожие требования по термической и окислительной стабильности, текучесть при низкой температуре, совместимость с уплотнениями, контроль пенообразования, коррозионный контроль, противоизностные свойства. Они отличаются фрикционными свойствами,  отражающими отличия в конструкции трансмиссии и предпочтениями в переключении.

Все жидкости имеют сходные фрикционные свойства при высоких скоростях скольжения. Однако когда эти скорости достигают ноля (блокировка муфты сцепления), некоторые трансмиссии требуют снижения сил трения (должны быть более скользкими), для плавного, безтолчкового переключения. Другие имеют меньше фрикционных дисков и более высокие рабочие давления. Это требует повышения трения (потерю скольжения) при низких скоростях скольжения для содействия блокировке муфты сцепления и предотвращению проскальзывания под нагрузкой.

Нет стандартной классификации для этих масел и, поэтому, важно проверять, что за бренд и тип ATF  одобрен производителем трансмиссии. Это важно ещё и потому, что разные масла ATF не смешиваемы.

Некоторые передачи используют моторное масло. Ещё раз, очень важно следовать рекомендациям производителя, учитывать температуру и рабочую окружающую среду.

Когда к использованию в автоматической трансмиссии рекомендовано моторное масло, то предпочтительно использовать сезонные масла, т.к. всесезонные имеют склонность к потере вязкости в процессе эксплуатации. Улучшители индекса вязкости, использующиеся в этих маслах (это обсуждается далее в «Моторные масла»), разрушаются под действием сил сдвига действующих в автоматических трансмиссиях.
 

МОТОРНЫЕ МАСЛА

Третья и последняя группа смазочных материалов это моторные масла.  Процессы, которые происходят в двигателях внутреннего сгорания, различны, поэтому моторные масла содержат лучшие комбинации присадок, и имеют более специфичные свойства. Причина этого в том, что масло имеет не только большинство характеристик присущих гидравлическим и редукторным маслам, но также должно бороться с очень агрессивными продуктами сгорания. Список присадок к моторным маслам, используемых основными поставщиками, представлен ниже:

• Антиоксиданты – для предотвращения образования шлама и лака.
• Антикоррозионные – для уменьшения воздействия кислот.
• Детергенты – для чистоты металлических поверхностей.
• Дисперсанты – для удержания загрязнений во взвешенном состоянии в масле.
• Противоизносные агенты – для уменьшения трения и износа.
• Ингибиторы ржавчины – для предотвращения ржавления.
• Деактиваторы металлов – для уменьшения действия или предотвращения каталитического действия металлов.
• Депрессанты – для обеспечения текучести масла при низких температурах.
• Улучшители вязкости – для уменьшения диапазона изменений вязкости в зависимости от температуры.
• Антипенные – предотвращать образование пены.

Эти присадки выбраны из-за их пригодности и точного знания их природы, сочетаемости и совокупного действия при добавлении в какое-либо определённое базовое масло. Эти точные знания необходимы, чтобы быть уверенными, что результат смешения присадок с маслом  будет удовлетворительным в работе, и будет соответствовать рабочим испытаниям и спецификациям.

В этой статье были рассмотрены масла, используемые в ISLS классификации, их свойства. Однако, это только штрих, потому как есть ещё много специальных продуктов. Это пищевые масла, жидкости для работы с металлом, масла для открытых передач и кабельные масла.

Важно запомнить, что масло это не «просто масло».