Противозадирная присадка

Противозадирная присадка — это химическое соединение или композиция, добавляемая в смазочные материалы (масла, пластичные смазки, консистентные смазки) для предотвращения схватывания, задира и холодной сварки контактирующих поверхностей в условиях граничного трения, высоких удельных нагрузок и повышенных температур. Относится к классу присадок экстремального давления (EP-присадок, от англ. Extreme Pressure).

Назначение и принцип действия

В условиях высоких контактных нагрузок (например, в зубчатых передачах, подшипниках качения, кулачковых механизмах) масляная плёнка разрушается, и металлические поверхности вступают в непосредственный контакт. Это приводит к микросварке, переносу материала, образованию задиров и, в конечном счёте, к выходу узла из строя.

Противозадирные присадки работают по химическому механизму. При локальном повышении температуры (до 150–300 °C и выше) в зоне трения активные компоненты присадки вступают в реакцию с поверхностью металла, образуя тонкую (обычно доли микрометра) плёнку химических соединений — сульфидов, фосфидов, хлоридов, карбонатов. Эта плёнка обладает меньшей прочностью на сдвиг, чем основной металл, и более низкой температурой плавления. Она действует как «смазочный предохранитель»: при критических нагрузках плёнка срезается, предотвращая непосредственный контакт ювенильных (чистых) поверхностей металла и их схватывание. После разрушения плёнка восстанавливается за счёт остаточной концентрации присадки в масле.

Классификация

Противозадирные присадки классифицируют по химическому составу активных элементов.

Серосодержащие присадки

Наиболее распространённый тип. В качестве активного компонента используются полисульфиды, сульфидированные олефины, диалкилдитиофосфаты цинка (ZnDTP) и другие соединения серы. Сернистые плёнки (FeS, FeS₂) обладают высокой термической стабильностью и эффективны в широком диапазоне нагрузок. Присадки на основе серы часто применяются в трансмиссионных маслах.

Фосфорсодержащие присадки

Основа — эфиры фосфорной кислоты (трикрезилфосфат, трифенилфосфат) и диалкилдитиофосфаты цинка (ZnDTP). Фосфор образует на поверхности сложные фосфидные и фосфатные плёнки (FeP, Fe₃P, FePO₄). Эти присадки особенно эффективны при умеренных нагрузках и часто используются в моторных маслах в сочетании с серой.

Хлорсодержащие присадки

Хлорированные парафины и полимеры. Хлор образует на поверхности хлориды железа (FeCl₂, FeCl₃), которые обладают низкой прочностью на сдвиг и легко срезаются. Однако хлорсодержащие присадки имеют существенный недостаток: при попадании влаги они гидролизуются с образованием соляной кислоты, вызывающей коррозию. В современных смазках их применение ограничено, особенно в моторных маслах.

Комплексные (серо-фосфорные, серо-фосфор-хлорные) присадки

Содержат два или три активных элемента. Обеспечивают синергетический эффект: сера отвечает за работу при высоких нагрузках, фосфор — при средних, хлор — при низких. Такие композиции наиболее универсальны и используются в высоконагруженных промышленных редукторах и трансмиссиях.

Беззольные присадки

Современные экологически безопасные составы, не содержащие металлов (например, эфиры фосфорной кислоты, триазины, тиофосфаты). Они не образуют зольных отложений и не загрязняют катализаторы нейтрализации отработавших газов, что критично для современных двигателей с системами доочистки.

Применение

Противозадирные присадки являются обязательным компонентом смазочных материалов для узлов, работающих в условиях граничного трения при высоких нагрузках.

Трансмиссионные масла

В маслах для механических коробок передач, ведущих мостов и раздаточных коробок (по классификациям API GL-4, GL-5, GL-6) содержание противозадирных присадок (серы, фосфора, хлора) может достигать 5–10 % от объёма. Они обеспечивают защиту гипоидных передач, где контактные напряжения достигают 2000–3000 МПа.

Индустриальные масла

В маслах для редукторов, подшипников прокатных станов, прессов, горнодобывающей техники используются присадки EP (Extreme Pressure). Они входят в состав масел по стандартам ISO 6743-6 (типы C, D, E) и DIN 51517 (CLP, CLP-HC).

Моторные масла

В моторных маслах противозадирные присадки (в первую очередь диалкилдитиофосфаты цинка) выполняют одновременно функции антиокислительных, антикоррозионных и противозадирных добавок. Их содержание строго нормируется, так как избыток фосфора может отравлять катализаторы нейтрализации отработавших газов (например, в автомобилях с системой Euro-4 и выше).

Пластичные смазки

В консистентные смазки (например, литиевые, кальциевые, комплексные) противозадирные присадки добавляют для защиты подшипников качения и скольжения, работающих при ударных нагрузках и вибрациях. Примеры: смазки с дисульфидом молибдена (MoS₂) или графитом, которые также относят к твёрдым противозадирным добавкам.

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ)

В водорастворимые и масляные СОЖ присадки EP используются для обработки металлов резанием (точение, фрезерование, сверление) и давлением (штамповка, волочение). Они предотвращают налипание стружки на инструмент и образование задиров на обрабатываемой поверхности.

Стандарты и методы испытаний

Эффективность противозадирных присадок оценивается с помощью стандартизированных трибологических испытаний.

Четырёхшариковая машина трения

Наиболее распространённый метод (ASTM D2783, DIN 51350, ГОСТ 9490-75). Четыре стальных шарика вращаются относительно друг друга под нагрузкой. Критерии оценки:

• Pk — критическая нагрузка заедания (Н);
• Pc — сваривающая нагрузка (Н);
• D — диаметр пятна износа (мм) при фиксированной нагрузке.

Испытание на зубчатых колёсах

Метод FZG (ASTM D5182, DIN 51354) — ступенчатое нагружение пары зубчатых колёс до появления задира. Результат — ступень прочности (например, FZG 10, FZG 12).

Испытание на роликовой машине

Метод Timken (ASTM D2782, DIN 51350) — определение нагрузки смазки до разрушения плёнки на роликовом подшипнике.

Влияние на свойства смазочных материалов

Добавление противозадирных присадок может изменять физико-химические свойства базового масла:

• Повышение вязкости — особенно у серосодержащих и хлорсодержащих присадок.
• Снижение стойкости к окислению — некоторые присадки (особенно хлорсодержащие) катализируют окисление масла при высоких температурах.
• Коррозионная активность — хлорсодержащие и некоторые серосодержащие присадки могут вызывать коррозию цветных металлов (меди, латуни, бронзы). Для защиты вводят ингибиторы коррозии.
• Совместимость с уплотнениями — агрессивные присадки могут вызывать набухание или разрушение резиновых и полимерных уплотнений.

Экологические аспекты

Традиционные противозадирные присадки, содержащие хлор, свинец, цинк и фосфор, при утилизации отработанных масел могут выделять токсичные соединения (хлорорганические вещества, оксиды серы, фосфорную кислоту). В связи с этим в развитых странах (включая Россию) действуют ограничения на содержание хлора в смазочных материалах (например, по стандарту EU Ecolabel). Разрабатываются биоразлагаемые беззольные присадки на основе эфиров фосфорной кислоты и тиофосфатов, не содержащие тяжёлых металлов и галогенов.

Источники

1. ГОСТ 9490-75 «Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырёхшариковой машине».
2. Кузнецов Е. В., Захаров А. С. «Химмотология. Смазочные материалы и их применение». — М.: Химия, 2009.
3. Кламанн Д. «Смазки и родственные продукты. Синтез, свойства, применение». — М.: Химия, 1988.
4. Бартенев А. В., Прокопьев В. И. «Присадки к маслам и топливам». — М.: Недра, 1990.
5. ASTM D2783-21 «Standard Test Method for Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Four-Ball Method)».
6. ASTM D5182-21 «Standard Test Method for Evaluating the Scuffing Load Capacity of Oils (FZG Visual Method)».
7. ISO 6743-6:1990 «Lubricants, industrial oils and related products (class L) — Classification — Part 6: Family C (Gears)».
8. DIN 51517-3:2018 «Lubricants — Lubricating oils — Part 3: Lubricating oils CLP, minimum requirements».