1. A motorolaj adalékok kutatásának fő irányai és mozgatórugói
1.5. Súrlódás-, és kopáscsökkentő hatás vizsgálati módszerei
tg F tapadási súrlódási tényező
N
„határ” kenés tartománya
Vegyes súrlódás tartománya
Folyadéksúrlódás tartománya
tg F tapadási súrlódási tényező
Ahol: Z - viszkozitás
N – súrlódó felületek egymáshoz képesti sebessége
P – alkalmazott terhelés µ– súrlódási együttható
N
tatóerők hatására zt pedig annak eredményét, a koptatott felület
kopásról és nagy kopásról [36]. A legtöbb es (ReH=10), a valós érintkezési felület között csak ezeknél a „csúcsoknál”
ményeként az érintkezési pontokon nagy s hőmérséklet alakul ki, ami elérheti az adott anyagra lyáshatárt. Emiatt az érintkező felület képlékenyen deformálódhat. Ez
ekedésével egyre intenzívebben jelentkezik. [31]. Az alapvető opási mechanizmusok a következők: adhéziós, korróziós, abráziós, fáradásos és eróziós
súrló módszerek alapvetően 6 fő csoportba oszthatók (DIN
0 322 hatodikban a laboratóriumi modell kísérletek
rtozn szerű próbatesttel végzett vizsgálatokat
a modellkísérletek eredményei azonos vizsgálati minták esetén eredményeket adhatnak. Egyértelmű összefüggés csak részben fordul elő a álatok eredményei között. A azás tűnően használhatók: két adalék súrlódás- . A modellkísérletek további lázat). Az 1.8. táblázatból látható, hogy egy modellkísérlet általában a valós hez képest lényegesen egyszerűbb, de egyetlen kenőolaj vagy adaléko
és csak Ezzel i
FN csúszó súrlódási t
1.21. ábra A Stribeck görbe
A magyar nyelvhasználatban a kopás fogalmán értjük egyrészt a kop végbemenő folyamatot, másrés
méretváltozását. Így beszélhetünk, pl. gyors anyag felülete mikroszkopikus méretekben érd rendkívül kicsi, így a terhelés a két felszín (érintkezési pontok) adódik át
nyomás (0,1-1,0 GPa) és maga
. Ennek ered jellemző fo
okozza az un. adhéziós kopási folyamat kialakulását, ami a felületeket összeszorító erőhatás (nyomás) növ
k kopás.
1. 5. Súrlódás-, és kopáscsökkentő hatás vizsgálati módszerei A dás- és kopásvizsgálati
5 ). Az elsőbe az üzemi kísérletek, a mi modellkísérletek egy ta ak. A laboratóriu
jelentenek. Az üzemi és igen eltérő
modell és a teljes méretű berendezéseken végzett vizsg
k át közvetlenül a gyakorlati alkalm modellkísérletek eredményei ezért nem vihető
ki szintjére. Relatív összehasonlításra azonban
és kopáscsökkentő hatása egymáshoz viszonyítva mérhető
nagy előnye, hogy az üzemi vizsgálatokkal szemben, olcsók és a reprodukálhatóságuk is jó (1.7. táb
üzemelési körülmények
adalékfejlesztés sem képzelhető el az előszelektáló modellvizsgálatok nélkül. Az k vagy adalékkompozíciók száma leszűkíthető a modellkísérletek segítségével, a megfelelő hatással rendelkező összetételek kerülnek fékpadi vizsgálatokra.
gen jelentős költség takarítható meg (1.7. táblázat).
1.7. t
összehasonlítása [31]
Laboratóriumi tesztek Motor tesztek áblázat A laboratóriumi és motor tesztek reprodukálhatóságának, időtartamának és költségének
Reprodukálhatóság, % Időtarta
Költség,
0,01-20 20
m
USD 0,1-24 óra
100-500 napok, esetleg hetek 5000-100000 (több százezer USD)*
* Egy telje
gálati kategóriák [23]
emhasonló kísérletek
s specifikáció kimérésének költsége
1.8. táblázat Kopásvizs 1. Üzemi, illetve üz
Kategória I. Üzemi kísérlet (futókísérlet)
Kategória II. Vizsgálóállomási kísérlet komplett géppel
Kategória III. Komplett gép vagy részegység vizsgálata próbapadon 2. Kísérleti modellrendszer
Kategória IV. Kísérlet kismintán (Pl.: hajtómű)
Kategória V. Igénybevétel hasonló kísérleti próbatesttel (Pl.: siklócsapágy, fogaskerék) Kategória VI. Modellkísérlet egyszerű próbatesttel
1.5.1. Laboratóriumi modellvizsgálatok
Egy laboratóriumi súrlódás- és kopásvizsgáló modellrendszer kialakításánál figyelembe kell venni a gyakorlati alkalmazás paramétereit. Ilyenek a mozgás jellege, sebessége, a súrlódó párok érintkezésének geometriája (vonal, pont vagy felület érintkezésű), az alkalmazott terhelés, az üzemi hőmérséklet, a felhasznált kenőanyag típusa és tulajdonságai (teljesítményszintje), a súrlódó felületek anyaga és egyéb tényezők, pl.: a nedvesség, rezgés stb. [23]. A működési paraméterek változatossága miatt sokféle laboratóriumi tesztet használnak (Pl.: négygolyós, Timken, pin-on-disk, stick-slip, Falex, FZG, Mini Traction Machine, KRL, Vickers stb.) [31, 44]. A dolgozat véges keretei miatt az alábbiakban csak a kísérleti munkában is használt négygolyós készülék szabványos mérési módszerét ismertetem.
Négygolyós vizsgálat
A kenőanyagot négy azonos méretű golyóból álló rendszerben vizsgálják, amelyből három áll a változtatható terheléssel hozzájuk szorított negyedik pedig forog (1. 22.
ábra).
1.- Tokmánnyal rögzített forgó golyó 2.- Tokmány
3.- Alsó, az álló golyókat rögzítő hollandi rész
4.- Leszorító gyűrű 5.- Golyótartó csésze
1.22. ábra A négygolyós készülék mérőfej
A golyók a vizsgálandó olajba (8 ml) merülnek. A golyók terhelése fokozatosan n növelhető a hegedési terhelésig. Az értékelés alapja a terhelés és az idő függvényébe mért kopásnyom, a súrlódási együttható és a hegedési terhelés. A négygolyós vizsgálattal pontszerű érintkezésnél kialakuló kopások modellezhetők, amelyre főleg az adhéziós kopási folyamat jellemző. A dolgozat témájának megfelelően a különböző négygolyós vizsgálati eljárásokat röviden ismertetem. [31, 44, 45, 46]
Kopásvizsgálat (ASTM D 4172) Terhelő erő: FN=147 N vagy FN=392 N
A vizsgált kenőolaj hőmérséklete: T=75±2,5°C A felső golyó fordulatszáma: n=1200 1/min
A vizsgálat időtartama: 60 min Értékelés:
A kopásvizsgálat eredménye az alkalmazott terheléshez és vizsgálati időhöz tartozó átlagos kopási átmérő.
EP hatás vizsgálata (DIN 51350)
A kenőolajok nagy terhelésnél mutatott teherbíró képességének jellemzésére többféle módszer létezik:
- Átlagos Hertz-terhelés
- Terhelés-kopás index számítása - Hegedési pont
záma: n=1780 1/min A vizsgálat időtartam
i egészen a hegedési
1.5.2. Felületanalitikai módszerek
Az utóbbi évtizedben a kopott felületek kémiai összetételének, morfológiájának, topográfiájának vizsgálatára, a kenési mechanizmusok megértése érdekében számos újabb és régebbi analitikai módszert alkalmaztak (3. melléklet). A hagyományos analitikai berendezések módosításával készített nagy felbontású felületanalitikai módszerek, valamint a felületek rétegről rétegre történő vizsgálatát elősegítő ion-ágyús felületroncsolás egyedi lehetőségeket biztosít a felületi morfológia vizsgálatára. A legújabb módszerek közül kiemelhető az ED/P/XRF elemanalitikai módszer, amely polarizált röntgensugarat használ fel. Alkalmazásával különböző kémiai elemek, extrém kis (1ppm) koncentrációkban egymás jelenlétében is kimutathatók.
Míg a röntgensugárzással
(XRF) és a felületi kristályszerkezet (XRD) vizsgálható, az FTIR technika a motorolaj Módszer:
Terhelő erő: növekvő terhelés a hegedés bekövetkezéséig A vizsgált kenőolaj hőmérséklete: környezeti
A felső golyó fordulats
a: egy terhelés fokozatban 10±0,2sec Értékelés:
Átlagos Hertz-terhelés
A vizsgálatot 400N terhelésnél kell kezdeni és a hegedési terhelésig folytatni (összesen 20 mérési pontra van szükség). A hegedési terhelésnél ellenőrző mérést kell végrehajtani. Meg kell határozni az átlagos kopásnyom átmérőt, majd a korrigált Hertz terhelést szabvány szerint számítani. Az kopásnyom átmérőt Herz-féle belapulással korrigálva a kopásnyom átmérő (korrigált) vs. Terhelés diagram megszerkeszthető, amelyről a berágódási terhelés grafikusan meghatározható.
Terhelés-kopás index:
Meghatározásához 10 mérésből álló sorozatot kell elvégezn
terhelésig, a kopásnyomok átlagát számítani kell. Ha ez a kompenzált kopási átmérőkhöz képest 5%-nál kisebb eltérést mutat a szabványban rögzített módon a terhelés-kopás index számítható.
Hegedési pont:
Az elérhető legnagyobb terhelés, amelynél a három álló golyó a forgó golyóval
„összeheged”.
a kopott felületen lévő atomok (kémiai elemek) eloszlása
komponensek kémiai szerkezetváltozásának követésére használható EHD tartománybeli kenési folyamatok esetén, az FTIRM (Infrared Microspectrometry) a szénhidrogén bomlástermékek kopási felületen történő eloszlásának vizsgálatára alkalmas. A RAMAN technikát, pedig a motorolajban lévő funkcionális (S-, P-, N-tartalmú) adalékokból származó bomlástermékek fémfelületi molekuláris összetételének vizsgálatára használják.
A kopott felület topológiájának vizsgálatára alkalmas, és korábban már használt módszerek a SEM (Scanning Electon Microscopy – Pásztázó Alagúthatású Elekronmikroszkóp), TEM (Transmission Electron Microscopy – Transzmissziós Eelektronmikroszkóp), és a polarizált fényt felhasználó optikai profilomertia. Új típusú módszerek közül a legfontosabb az un. Atomic Force Microscopy, amely a felületi morfológia 3 dimenziós vizsgálatára alkalmas [47]. Ennek a mérési technikának egy módosított változata a súrlódási erő meghatározására alkalmas Friction Force Microscopy (FFM) [48], amellyel az atomi szintű adhéziós kölcsönhatások – tulajdonképpen a súrlódási jellemzők – mérése végezhető el.
1.6. A motorolajok súrlódás- és kopáscsökkentő adalékai és hatásmechanizmusuk