Смазки и масла, т.е. борьба с трением в машинах

Представляем историю смазок и масел, т.е. постоянную борьбу человека с трением в машинах.

2600 пен Первые следы смазки были обнаружены на гусеничном транспортном средстве, которое, вероятно, было похожим на сани грузовым транспортом, принадлежавшим египетскому правителю Ра-Ат-Ка. Анализ показал использование говяжьего и овечьего жира. Ученые пришли к выводу, что жир должен был позволить транспортному средству двигаться. Стоит добавить, что на резном барельефе на стене гробницы египетского фараона, датированном 2400 г. до н.э., можно увидеть фигуру человека, льющего смазку, уменьшающую трение при перемещении каменных блоков и статуй (1).

XIV впнэ Ступицы колесницы из другой гробницы египетского фараона, датируемой примерно 1400 годом до нашей эры, как полагают, были покрыты смазкой на основе животного жира. Имеются также сведения о том, что в то время впервые использовали природный асфальт, а большинство смазок и смазок имели растительное и животное происхождение и минеральные добавки (известняк).

77 пне-393 пе В колесницах, использовавшихся во время древнегреческих Олимпийских игр, на оси колес наносилась смазка с использованием животных жиров.

V-XII с. Смазка становится все более и более распространенной. Кроме колесных кареток (ступиц, осей), они использовались, например, в механизмах опускания и подъема шлюзовых ворот.

XV с. С появлением великого географического открытия и глубоководных путешествий началась великая смазка различных рабочих частей судов — от канатных шкивов до рулей. Следующие также доступны для использования, среди прочего минеральные масла, производные так называемых каменное масло и керосин.

1470 Леонардо да Винчи говорит, что трение зависит от нагрузки, то есть от действующих на нее сил, а не от поверхности. В 1699 году французский физик Амонтон независимо переоткрыл эти законы.

XVII Исаак Ньютон (2) вводит в физику понятие вязкости. Гидродинамический закон Ньютона является фундаментальным законом реальной механики жидкости. Согласно ему касательное напряжение в жидкости прямо пропорционально возникающей в ней скорости сдвига, а коэффициент пропорциональности, называемый вязкостью, является характерным параметром для данного типа жидкости. Ньютон вводит понятие внутреннего трения между слоями жидкости, движущимися по отношению друг к другу и примыкающими друг к другу. Мерой этого трения является вязкость жидкости, рассматриваемая как физическая характеристика данного типа жидкости.

1706 Готфрид Лейбниц вводит различие между трением скольжения и трением качения, что становится основой для дальнейшей работы над этим явлением.

1750 Леонард Эйлер первым обнаружил разницу между статическим и динамическим коэффициентами трения (так называемое залезание одной пилообразной поверхности на другую).

1785 Первое полное математическое описание явления трения было дано Шарлем Кулоном (так называемое упругое изгибание неравенств в сочетании с понятием пилообразных неравенств Эйлера). Он обнаружил, что статическое трение непостоянно, и показал изменчивость кинематического трения (3). Согласно кулоновской модели сила трения зависит от силы давления (N) контактирующих тел и коэффициента трения (μ). Соотношение первоначально было записано Кулоном в виде: T = Nx μ + A, где A обозначает прилипание.

середина девятнадцатого века Различные виды мыла начинают добавлять в смазочные масла в качестве загустителей. Литий, кальций, натрий, алюминий и другие мыла сегодня обычно используются в качестве загустителей смазочных материалов, хотя в этой роли используются и другие химические вещества.

1845 В США изобретена кальциевая смазка на основе минерального масла и животного жира. В настоящее время кальциевые смазки в основном используются для смазывания подшипников скольжения и качения, работающих при малых нагрузках.

1846-1854 Изобретение и применение процесса переработки ископаемых угольных соединений. Авраам Гесснер из Новой Шотландии, Канада, разработал метод производства керосина из угля. Вскоре, в 1854 г., Игнаций Лукасевич (4) начал производство керосина из нефти, добываемой вручную из шахт под Кросно. Первый крупный нефтеперерабатывающий завод был основан в Плоешти, Румыния, в 1856 году.

1853 Натриевая смазка на основе говяжьего жира и натрия изобретена в Великобритании. Смазки, содержащие натриевое мыло, выпускаются в небольших количествах, поскольку они растворимы в воде и могут применяться только для устройств, в которых исключен контакт с водой. Этот тип смазки используется для смазывания подшипников скольжения при температуре до 120°С в естественных условиях и в некоторых типах шарнирных соединений и подшипников качения.

1859 Эдвин Дрейк работает в США (Титусвилль, Пенсильвания) на первом бурении на нефть. Добывает 5 литров нефти в сутки из первой нефтеносной скважины (21) глубиной 3200 метр. Минеральные масла, ранее доступные в небольших количествах, становятся массовым продуктом. Сырье, извлеченное из земли, производит масла и смазки со свойствами, соответствующими требованиям машин эпохи индустриализации. Мощность машин, а значит, и силы трения в рабочих органах быстро росли, что требовало смазочных материалов нового поколения.

1866 Доктор Джон Эллис решил найти медицинское применение сырой нефти. Он потерпел неудачу, но случайно обнаружил его прекрасные смазывающие свойства. Он основал компанию Continuous Oil Refining Company, позже известную как Valvoline, по производству моторных масел (6).

20-е годы Динамично развивающееся автомобилестроение порождает необходимость совершенствования масел, смазывающих рабочие органы двигателей. Ученые пытаются удовлетворить этот спрос, в частности, работая над методами очистки. В последующие десятилетия начались исследования присадок, предотвращающих окисление масла, коррозию и повышающих долговечность автомобильных масел.

1927 IG Farben Industrie реализует первый промышленный процесс гидрокрекинга – для производства бензина из бурого угля (первая современная установка дистилляционного гидрокрекинга в нефтеперерабатывающей промышленности была использована компанией Chevron в 1958 г.). Это название описывает процесс крекинга, осуществляемый с участием водорода, направленный на снижение молекулярной массы компонентов сырья и изменение пропорций, в которых эти компоненты встречаются. В результате гидрокрекинга высококипящие нефтяные фракции, полученные фракционной перегонкой сырой нефти, и остатки перегонки, такие как гудрон, используют для получения СУГ, бензина гидрокрекинга и масляных фракций (7).

1935 СС Уэйкфилд Ко. выпустила патентованное масло Castrol. Этот новый продукт является результатом открытия ученых, которые заметили, что изоляционные масла становятся более устойчивыми к окислению при добавлении определенных металлических мыл. 1938 Фрэнк Боуден и Дэвид Табор разрабатывают так называемый Теория адгезионного трения. Предполагается, что тела соприкасаются не на номинальной поверхности, а на реальной поверхности. Неровности на поверхности деформируются. В зоне реального контакта имеет место сильное сцепление, в результате чего возникает так называемая мосты короткого замыкания. Сила трения необходима для разрыва клеевых контактов.

1938 Рой Дж. Планкетт случайно изобретает тефлон. Это произошло при проверке замороженного бака из тетрафторэтилена, используемого при производстве хладагента. Когда Планкетт открыл его, он обнаружил, что в контейнере образовался белый порошок, который не прилипал к стенкам контейнера. Оказалось, что тетрафторэтен полимеризовался с образованием политетрафторэтена, вещества с удивительными свойствами: чрезвычайно низкой поверхностной энергией и высокой термической и химической стойкостью. Так родился один из самых скользких известных нам материалов.

1942 Была изобретена литиевая смазка, которая быстро стала универсальным продуктом, используемым во всем мире. К этой группе относится более половины пластичных смазок. Их часто называют универсальными, потому что они широко используются в различных так называемых узлы трения: подшипники качения, скольжения, цапфы и другие нагруженные элементы, как в транспортных средствах, так и в промышленных устройствах, в широком диапазоне рабочих температур. Комплексные литиевые смазки позволяют повысить температуру использования по сравнению с обычными литиевыми смазками, сохраняя при этом другие благоприятные свойства.

1949 Рождение первого полиальфаолефина (ПАО) и начало второй революции в истории смазочных материалов. Семь лет спустя Socony-Vacuum (впоследствии входившая в состав концерна ExxonMobil) создает первое синтетическое полиальфаолефиновое масло. Это был огромный шаг вперед в области смазывания механического оборудования как при высоких, так и при низких температурах. Однако в автомобилях продукт появился только в 70-х годах.

1962 Комплексная алюминиевая смазка производится для высокотемпературного применения, в основном в машинах и устройствах пищевой промышленности. Эти виды смазок применяются также в шарнирных соединениях, подшипниках скольжения, открытых передачах во влажной среде, до температуры 65°С. В случае алюминиевых комплексных смазок температура каплепадения значительно повышена, до 240°С.

1966 Развивается наука под названием трибология. Раньше его отдельные отделы относились к разным областям. Например, проблемы сухого трения рассматривались в области физики, граничного трения — в физической химии, смазки — в технологии нефтепродуктов, износа от трения — в машиноведении. В 1966 году термин «трибология» был использован в докладе британскому правительству о состоянии дел, образовании и исследованиях в области машинной смазки, подготовленном британскими учеными во главе с Питером Йостом.

1974 Работа специалистов Mobil (с 1972 года ExxonMobil) над синтетическими маслами восходит к временам Второй мировой войны. В то время мировая экономика столкнулась с нехваткой нефти, что побудило американские компании искать альтернативные методы производства смазочных материалов с использованием ненефтяного сырья. Цель состояла в том, чтобы создать синтетическое масло, которое ведет себя аналогично минеральному маслу, которое смазывало практически все двигатели того времени. Исследования ученых были многообещающими, но не всегда очень успешными. Новаторские наблюдения относительно свойств упомянутого выше полиальфаолефина, изобретенного в 1949 году, оказались новаторскими. Жидкость была очень похожа на минеральное масло. С ним было легко смешиваться, и в то же время в некоторых практических отношениях он явно превосходил его. Во-первых, оно отлично смазывало при очень высоких температурах, при которых слой минерального масла был слишком тонким. Во-вторых, оно оставалось жидким при экстремально низких температурах, когда минеральные масла становились очень густыми или вообще теряли свою текучесть. Первое синтетическое моторное масло Mobil 1 (9) было разработано для снижения расхода топлива, и его последующие доработки стали ответом на новые ожидания рынка. Например, включение Mobil 1 с пониженным содержанием фосфора увеличило срок службы катализатора.

80-е годы. Открытие фуллеренов, которые в настоящее время все более широко используются в качестве нанотехнологических добавок к смазочным материалам. Фуллерены — это молекулы, состоящие из четного числа атомов углерода, образующие замкнутое полое тело. Они содержат от 28 до примерно 1500 атомов углерода. Поначалу казалось, что это очередная «природная диковинка». Однако в ходе исследований выяснилось, что они могут найти множество практических применений. Их можно присоединять к полимерам, получая тем самым смазки.

2004 Андрей Гейм и Константин Новоселов из Манчестерского университета производят графен. Вскоре выяснилось, что у него огромный потенциал с трибологической точки зрения. Начинается много исследований этого материала, и в результате делается много открытий. Один из последних сделали ученые из Аргоннской лаборатории, принадлежащей Министерству энергетики США. Они использовали один слой графена между стальным шариком и стальной поверхностью обода, подобно подшипникам. Оказалось, что графен справляется с трением намного лучше известных смазок.