Смазочные материалы

(франц. graisse; англ. grease, smear, ungment; нем. Schmiermittel) — представляют вещества различного происхождения и состава, при обыкновенной t° находящиеся в жидком, твердом и промежуточном между ними состоянии и предназначаемые для устранения трения между соприкасающимися поверхностями (металлическими, деревянными и всякими иными) разнообразных частей машин. С. матер. плотно пристают (Adhäsion) к соприкасающимся поверхностям, вследствие чего последние являются как бы отделенными друг от друга тонким слоем смазки, и чем плотнее последняя прилипает к скользящей поверхности, тем лучше она разделяет трущиеся поверхности; с другой стороны, уменьшение трения зависит от вязкости (Cohäsion) С. материала: чем более подвижны частицы последнего, другими словами, чем меньше внутреннее трение их между собой, тем большее происходит уменьшение общего трения (С. материалов и частей машин). В силу этих двух зависимостей лучшим С. материалом нужно признать такой, который обладает наибольшей липкостью и наименьшей вязкостью; но расход С. материала определяется степенью его вязкости: чем последняя меньше, тем больше смазки выжимают трущиеся поверхности и тем более увеличивается расход С. материала и обратно. На этом основании выбор С. материалов определяется выгодой от меньшего расхода сравнительно с неудобствами более значительного внутреннего трения. Вообще при выборе С. материалов руководствуются: 1) давлением скользящих поверхностей друг на друга: чем оно сильнее, тем большей липкостью должен обладать С. материал; 2) быстротой движения трущихся поверхностей: чем она значительнее, тем меньшей вязкостью должны обладать С. материалы, чтобы внутреннее трение их было возможно незначительнее, причем всегда нужно иметь ввиду увеличение или сокращение их расхода; 3) температурой трущихся поверхностей: чем она выше, тем большей липкостью и вязкостью должны обладать С. материалы, ибо при отсутствии упомянутых свойств они будут легко выжиматься и стекать со смазанных поверхностей, следствием чего будет более или менее быстрая порча и снашивание машин; 4) температурой вспышки и горения С. материалов: при температурах, близких к этим точкам, начинают испаряться составные части смазки, вследствие чего липкость будет значительно уменьшаться; это условие имеет большое значение при выборе минеральных масел, а для растительных и животных жиров особого значения не имеет, так как их температуры вспышки и горения сравнительно постоянны.

Для получения С. материалов употребляются различные вещества, из которых назовем следующие важнейшие:

1) Жиры животного происхождения: а) говяжье, баранье и свиное сало вследствие значительной твердости и малой кислотности представляют хорошую смазку для цилиндров; б) костяное масло, получаемое из костей бычачьих и овечьих ног и костяного мозга, вследствие незначительной склонности к прогорканию сравнительно со всеми животными и растительными маслами и большой липкости считается лучшей смазкой, почему ценится очень дорого и употребляется для смазки дорогих приборов и машин; в) спермацет (см.) и спермацетовое масло (см.) — вследствие слабой кислотности (содержит ок. 50% необмыливаемых веществ) употребляются для смазки дорогих машин; г) ворвань, из которой лучшей считается норвежская китовая ворвань, по свойствам приближающаяся к спермацетовому маслу, так как содержит около 40% необмыливаемых веществ; остальные сорта ворвани употребляются только в смеси с другими маслами, так как изменяются на холоде и довольно легко высыхают.

2) Жиры растительного происхождения: а) оливковое и сурепное масла представляют наиболее распространенные С. материалы по причине своих хороших смазочн. свойств; б) кунжутное, хлопчатниковое и касторовое масла употребляются, обыкновенно, как удешевляющие примеси к оливковому маслу; при этом касторовое масло, обладая большой липкостью и свойством сравнительно быстро высыхать, не растворяется в минеральных маслах; в практике же довольно часто приходится повышать липкость и вязкость последних прибавлением масел с хорошо выраженными этими двумя свойствами; с этой целью в последнее время начали готовить в Англии так назыв. растворимые рициновые масла, для чего хлопчатниковое и сурепное масло нагреваются при доступе воздуха (Blown oil, soluble иди oxidised oil), после чего они смешиваются с минеральными маслами; в) кокосовое и пальмовое масло (сало) большей частью в виде смесей с другими С. материалами; г) смолы (асфальт, каучук) и растительные и минеральные воски (пчелиный, карнаубский, церезин и др.) употребляются, как подмеси к другим С. материалам для повышения температуры плавления, что часто делается при изготовлении вагонных мазей. В следующей таблице даны сравнительный характеристики различных С. материалов:

^*) Температура вспышки определялась в открытом фарфоровом тигле.

3) Минеральные сала и масла. Примером первых может служить нефтяное сало и смеси жидких минеральных масел с различными известковыми или магнезиальными мылами (сало "Тавота", "Прогресс" и др.). Минеральные масла по смазочным свойствам бывают крайне различны: минеральные масла, получаемые из каменноугольной смолы, из бурых углей, из смолистых сланцев и др., отличаются невысокими смазочными качествами, часто содержат кислоты, имеют низкую темп. вспышки и сильно изменяются на холоде; минеральные масла из русской или американской нефти отличаются высокой доброкачественностью, причем русские минеральные масла не изменяются на холоде, американские же при охлаждении выделяют парафин по причине значительного его содержания; по назначению те и другие масла бывают смешанные, веретенные, машинные и цилиндровые, причем машинные русские масла превосходят по вязкости американские, а цилиндровые — уступают последним; русские масла имеют почти прозрачно-синеватый отлив, а американские — мутно-зеленоватый.

4) Различные твердые и жидкие вещества: а) сода и щелочи в виде водных растворов для получения смазочных эмульсий; б) свинцовый глет в виде мыл — для вагонных мазей; в) тальк, употребляемый для смазки деревянных частей машин, для набивки сальников и пр.; г) графит, употребляемый обыкновенно в смеси с жирами и маслами, идет в подшипники смазочной коробки, на смазку деревянных машин и пр.; д) сера — в виде серного цвета употребляется для смазки тугих подшипников, которые после серы перестают греться, вероятно, вследствие быстро наступающего снашивания хрупких сернистых соединений, образующихся на трущихся поверхностях; часто она входит, как составная часть, в вагонные мази, где, по мнению изобретателей, играет роль предохранителя от загорания вагонных осей, что практикуется за границей; в России употребление серы в вагонных мазях запрещено.

Все С. материалы пред употреблением в дело должно подвергать различным физическим и химическим испытаниям, чтобы убедиться в пригодности их для данного назначения. К статьям Остатки нефтяные и Масла жирные считаем нужным прибавить следующее. Степень пригодности животных и растительных жиров и минеральных масел для смазки обуславливаются: а) отсутствием свободных органических или минеральных кислот, могущих разъедать металл, б) неизменяемостью на воздухе при хранении или во время работы и в) вязкостью.

а) Качественно присутствие свободных кислот открывается окрашиванием в зеленый цвет жира или масла после прибавления к ним порошковатой окиси меди или медной окалины. Количественно кислотность не сильно окрашенных жиров и масел определяется растворением 5—10 г испытуемого вещества в нейтральном спиртоэфире (2 об. спирта, 1 об. эфира) и последующим титрованием 1/10-нормальной спиртовой щелочью в присутствии фенолфталеина; расчет производится для простоты в животных и растительных жирах на олеиновую кислоту, а в минеральных маслах — на серный ангидрид. При определении кислотности в темноокрашенных маслах (минеральных и смесях их с растительными) 19—20 г вещества сильно взбалтывают с 50 куб. стм абсолютного спирта, дают отстояться, берут пипеткой половину спиртовой вытяжки, титруют щелочью и результат умножают на 2; при определении нефтяных кислот в минеральных маслах навеску вещества лучше всего обрабатывать спиртовым 1/2-норм. едким кали при нагревании с обратно поставленным холодильником, как это рекомендуется при нахождении чисел Кетстёрфера. Кислотность смазки способствует быстрому изнашиванию металлических частей машин; чтобы установить соотношение между кислотностью масла и разъедаемостью металла, Камероном были произведены следующие опыты: в 4 взвешенные латунные коробки с плоским дном, в 40 кв. стм каждое, наливался тонкий слой масла, которое затем в течение 3 дней подвергалась действию воздуха при обыкновенной температуре; по истечении этого срока, причем масло более или менее окрасилось в зеленый цвет, коробки промывались эфиром и снова взвешивались; при этом оказалось: 1) коробка с маслом в 0,8° кислотности весила на 0,003 г менее, 2) с маслом в 4,6° — на 0,220 г, 3) с маслом в 7,8° — на 0,360 г, 4) с маслом в 8,8° — на 0,400 г менее своего первоначального веса, откуда видно, что растворение металла идет пропорционально увеличению кислотности. Для нагревающихся частей машин наибольшая допустимая кислотность не должна превышать 5—7,5% (считая на олеиновую кислоту), для не нагревающихся частей — не свыше 12%.

б) Неизменяемость масел на воздухе определяется, по предложению Ливаша, следующим образом: на взвешенное довольно большое часовое стекло помещают 1 г порошковатого металлического свинца и прибавляют из пипетки по каплям 0,6—0,7 г испытуемого масла таким образом, чтобы каждая капля не соприкасалась с соседней; стекло оставляют в светлой комнате при умеренной температуре до тех пор, пока вес не сделается постоянным; при этом оказалось, что высыхающие масла (льняное, конопляное и др.) достигают предельного поглощения кислорода через 18—48 часов, а сурепное и оливковое — через 7 суток, причем первые увеличились в весе на 6—14,3%, а вторые — на 1,7—2,9%; окисление смазанных металлических поверхностей в дальнейшем ведет к образованию пленок на трущихся поверхностях, поэтому нежелательность употребления для смазки высыхающих и смоляных масел, получаемых из канифоли и часто подмешиваемых к минеральным маслам. Обе эти примеси открываются определением йодного числа по Хюблю.

в) Вязкость определяется всегда для профильтрованного и высушенного жира или масла, так как присутствие незначительных количеств воды или посторонних твердых или мягких частичек (волокон, пыли, крупинок и т. д.) сильно изменяет результаты, ибо принцип устройства всех вискозиметров основан на вытекании данной жидкости через более или менее узкую трубку. Кроме упомянутого в ст. Остатки нефтяные прибора Энглера, который пользуется самым широким распространением по простоте обращения с ним, хотя имеет крупный недостаток, так как в нем нельзя достаточно хорошо перемешивать испытуемое масло, вследствие чего последнее вытекает, не имея одинаковой температуры во всей своей массе, существуют мн. др. приборы для той же цели: Ламанского, Мартенса, Энглера и Кюнклера и мн. др., но все они требуют более или менее значительного количества масла для сделания опыта (не менее 240 куб. стм). Если в распоряжении исследователя находится очень немного материала, то для определении вязкости можно рекомендовать прибор А. И. Степанова (см. "Основы теории ламп", А. И. Степанова, СПб., 1898), предложившего свой прибор собственно для относительного определения внутреннего трения осветительных масел.

Прибор Степанова (рис. 1), представляющий видоизменение прибора Оствальда, состоит из двух стеклянных шариков а и b (причем b имеет емкость около 3—4 куб. стм и несколько больше а), верхние части которых переходят в довольно широкие трубки (4—5 мм диам.), а нижние — соединены капилляром fl; при опыте вливают жидкость с помощью воронки с оттянутым концом в шарик b, причем осторожным поднятием и опусканием стеклянной палочки g с заостренным и пришлифованным концом доводят нижний уровень до f, и по каплям сливают испытуемую жидкость так, чтобы при комнатной температуре объем ее помещался между чертами d и f; наполненный прибор помещают или в аллонж hki, соединенный с колбой, где кипит жидкость при желаемой температуре, или ставят в большой стакан с водой, которую нагревают до известной температуры, по достижении которой поднимают штифт g и по секундомеру отсчитывают время, в течение которого испытуемая жидкость протечет от метки f до метки е. Прибор Степанова имеет еще то преимущество, что позволяет определять внутреннее трение любой жидкости, не требуя ни правильности трубки в смысле ее размера и сечения, ни поддерживания постоянного и определенного давления и вообще никаких сложных устройств, как то имеет место в приборах Пуазейля, Петрова, Траубе и др. В самом деле, зная время истечения воды из прибора и внутреннее трение ее при температуре опыта (что можно найти в таблицах Ландольта и др.), мы можем определить внутреннее трение испытуемой жидкости по времени ее истечения из формулы

Z = (z'td)/(t'd')

где Z — внутреннее трение, t — время истечения и d — удельный вес. испытуемой жидкости, a те же буквы со значком — соответственные величины для воды; определив величину z'/(i'd') мы получим константу прибора, умножив которую на уд. вес и время истечения испытуемой жидкости, определим внутреннее трение этой последней (постоянное изменение давления вытекающей жидкости не будет иметь значения, так как вода и данная жидкость будут находиться в этом смысле в одинаковых условиях и так как в приборе Степанова имеем дело с относительным определением внутреннего трения). Что касается определения вязкости в приборе Степанова, то величину ее можно легко перевести на вязкость по всякому другому прибору (Энглера или Ламанского), зная время истечения, по Степанову, испытуемого масла и какого-либо другого, вязкость которого предварительно была установлена в ином приборе.

Для определения липкости пока не существует никаких приборов, а практика показала, что липкость большей части растительных и животных жиров гораздо значительнее, чем таковая для минеральных масел, причем в первых она не зависит от вязкости, а в последних (минеральных) более вязкие масла обладают и большей липкостью. При выборе специальных С. материалов обыкновенно комбинируют эти два свойства их, употребляя смеси растительных и животных жиров с минеральными маслами. Основным исходным материалом являются минеральные масла, к которым подмешиваются различные количества более дорогих растительных и животных жиров, кои в чистом виде употребляются только в исключительных случаях.

1) Веретенные масла. Веретена в прядильном производстве вследствие большого числа оборотов для сбережения механической силы требуют от смазки липкости и небольшой вязкости для уменьшения внутреннего трения, каковым условиям удовлетворяют жидкие минеральный масла (веретенные) с примесью растительных или животных масел.

2) Машинные С. масла получили название от своего назначения — смазывать все части паровых машин, кроме цилиндров и золотниковых коробок; ими же смазываются бензиновые, керосиновые и пневматические двигатели, локомобили, турбины, динамо-машины и пр.; для смазки всех этих машин употребляется обыкновенно минеральное масло с вязкостью 6—9 при 50°C (Энглер), к которому в зависимости от числа оборотов прибавляются для липкости растительные или животные жиры; упорные подшипники лучше всего смазывать чистым оливковым или сурепным маслом. Если передаточные подшипники или машины имеют малое число оборотов и давление их трущихся поверхностей невелико, то употребляют минеральное масло вязкости 5,8—6,5 при 50°С; если давление велико, а число оборотов не превышает нескольких сотен (напр. в подшипниках точильных камней, в цапфе кривошипа больших паровых машин в 200 и более индикаторных сил и т. д.), то выбирают более вязкие минеральные масла (8,5—12,0 при 50°C) или увеличивают липкость прибавкой растительных масел; если давление очень велико и одновременно требуется верность хода машины (на судах), то рекомендуется употребление исключительно не смешанных растительных или животных жиров. а) Минеральное масло для ледяных машин имеет вязкость 2,0 при 50°C, причем должно не изменяться на холоде. б) Минеральное масло для швейных машин и велосипедов выбирается из веретенных сортов или употребляются смеси минерального масла с растительными и животными жирами. в) Масло для часов должно обладать большой липкостью, совершенной неизменяемостью на холоде и на воздухе, быть свободным от кислот, не должно высыхать, сгущаться и испаряться, чему вполне удовлетворяет костяное масло (к которому иногда примешивают очищенное белое минеральное масло). г) Смазка для гидравлических аппаратов с целью защиты металла и набивки поршней, готовится из эмульсии мыла с каким-либо жиром. д) Масло для буровых работ должно обладать значительной липкостью, почему лучшим материалом для этой цели служит растительное масло (сурепное).

3) Цилиндровые масла, употребляемые для смазки паровых цилиндров и золотников, должны обладать большой вязкостью (13—22 при 50°C), значительной липкостью, — почему хорошим материалом считается животное сало, — отсутствием кислот (особенно серной, могущей остаться после очистительных процессов), отсутствием твердых посторонних частиц и обладать, по возможности, высокой температурой вспышки (не ниже 200°C); всем этим условиям удовлетворяют обыкновенно густые минеральные цилиндровые масла.

4) С целью наибольшей экономии в расходе С. материала в последнее время начали приготовлять так наз. густые С. жиры для различных частей машин. Получаются они главным образом растворением известковых (иногда магнезиальных) или свинцовых мыл в минеральных маслах различной густоты, причем заботятся прежде всего о возможно большем повышении темп. плавл., которая большей частью лежит не ниже 75°C. Чаще всего для приготовления мыла употребляется гашеная известь, олеин или жирное масло (сурепное, касторовое или оливковое), причем мыло уваривается до консистенции тягучей лепешки, остающейся плотной при относительно высокой температуре; заботятся, чтобы не оставалось заметного количества воды, иначе мыло будет плохо растворяться в минеральном масле, которое при температуре не выше 100°C прибавляется малыми порциями для лучшего размельчения и последующего растворения мыла; при употреблении для варки мыла олеина — С. жир получается более вязким, чем при употреблении сала или какого-либо другого твердого растительного жира. Хорошо приготовленный густой С. жир не должен выделять минерального масла даже при очень продолжительном хранении, не должен высыхать с поверхности и образовывать чешуйки; воды в таком жире содержится 4—6% известкового мыла 25—30%, остальное минеральное масло. Такие густые жиры с большой выгодой применяются при смазке передаточных приводов, качающихся частей машин, промежуточных шайб и других частей машин, смазка которых производится сбоку или снизу, одним словом, употребляются там, где давление трущихся поверхностей и число оборотов невелико. а) Смазка для гребенчатых колес готовится из графита или талька, смешанных с различными жирами, смолами, парафином и церезином (твердый жир); мягкие сорта получаются прибавлением к твердым известкового мыла, смоляного или иного масла. б) Смазка для кранов. Для высоких температур употребляется смесь различных веществ с высокой температурой плавления, для чего растворяют в расплавленном каучуке церезин, парафин и пр., после чего прибавляют тальк или графит; для низких температур приготовляют раствор каучука в различных маслах (растительных или минеральных); краны для кислот и щелочей требуют отсутствия в смазке обмыливающихся составных частей. в) Жир для набивки поршневого сальника и стержня для предохранения от порчи набивочного материала готовится из твердого жира (сала), воска и масла с примесью талька, дабы, по возможности, дольше держаться в набивке и, по возможности, медленнее вытекать из нее. г) Вальцевые жиры для горячих вальков на железоделательных заводах должны обладать высокой температурой плавления (около 100°C), для чего употребляются растворы натронных мыл из жиров с наивысшей температурой плавления (кокосовое или пальмовое масло) в очень густых минеральных маслах (вазелиновые брикеты). д) Вагонные мази представляют такое разнообразие состава, что, по недостатку места, возможно перечислить только те типы их, о которых уже упоминалось в этой статье; при этом нужно сказать, что все они имеют целью возможно малый расход смазочного материала, хотя по ценности все заграничные патенты едва ли не уступают употребляемым в России с этой целью густым нефтяным остаткам. 1) Мазь с серой: 2 ч. сала, 2 ч. ворвани и 1 ч. мелко истолченной серы; сначала плавят сало, куда прибавляют затем ворвань и серу, все время тщательно перемешивая, пока масса не застынет. 2) Мазь с мылом и пальмовым маслом (Бельгия): пальмового масла 210 ч., мыла 85 ч., соды 15 ч., воды 700 ч.; в расплавленном пальмовом масле распускают мыло и взбалтывают смесь с раствором соды. 3) Мазь с каучуком и свинцовыми соединениями: пальмового масла 20 ч., ворвани 100 ч., каучука 2, свинцового глета и сахара по 2 ч., причем сначала нагревают до 200° ворвань, растворяют в ней каучук и под конец прибавляют глет и пальмовое масло, все время перемешивая до остывания. 4) Мазь с графитом: говяжьего сала 36 ч., свиного сала 9 ч., пальмового масла 9 ч. и графита 2 ч. Все эти рецепты для различных времен года имеют немного различный состав, причем для летнего употребления мази готовятся более трудноплавкими, а для зимнего — обратно; для весны и осени употребляются промежуточные пропорции. Желающим ближе ознакомиться с различными патентами на изготовление вагонных мазей рекомендуем "Die Fabrication der Schmiermittel etc." von Richard Brunner. е) Колесные мази: для деревянных осей и втулок употребляется обыкновенно древесный деготь, получаемый при смолокурении, а для металлических — нефтяное сало в чистом виде или смешанное с тальком или другими С. материалами, в зависимости от назначения повозки или экипажа. Вообще, при выборе С. материала для какого-либо специального назначения пришли к выводу, что для каждой работы с данной машиной, — принимая во внимание давление друг на друга соприкасающихся поверхностей, величину нагрузки и скорость вращения, — существует наивыгоднейший тип смазки, установив который, должно всякий раз подгонять имеющиеся в распоряжении С. материалы.

Ср. "Schmiermittel etc." v. Künkler — Grossman.

П. М. Чельцов. Δ.