Сила трения сопутствует любому движению и даже покою. Невозможно представить себе мир без трения. Если устранить его полностью, ни одно тело, будь то камень или песчинка, не удержится на месте — будет бесконечно скользить или катиться. Не говоря уже о том, что мы не сможем даже ходить. С другой стороны, трение значительно усложняет жизнь при перемещении тяжёлых грузов, и мы не можем создать вечный двигатель, так как любое движение рано или поздно останавливается.

Но учёные нашли способ уменьшить трение — придумали смазочные материалы. 

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №10(38). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Инженеры ожидали от смазочных материалов прежде всего снижения износа трущихся деталей без повреждения поверхностей. Другой очевидный результат уменьшения трения — это сокращение энергозатрат. Кроме того, масла и смазки отводят излишки тепла, выделяющиеся при трении; защищают поверхности от коррозии и пыли, а иногда даже от электрического тока и радиации. Они могут обладать и обратным эффектом — увеличивать силу трения между поверхностями. Такие вещества применяются для смазывания канатов и фрикционных механизмов, передающих крутящий момент с помощью трения. За несколько столетий смазочные материалы стали незаменимым компонентом во всех механических устройствах.

Смазочное масло из свиного жира и графита

При этом появились смазывающие вещества в очень, очень далёком прошлом. Они использовались ещё в Древнем Египте: смесью из животных жиров и извести обрабатывали оси колёс. Эта технология применялась на протяжении тысячелетий. Но появление паровых машин существенно повысило требования к смазке, что неудивительно, ведь нагрузки на механизмы резко возросли. В 1812 году Генри Томас Хардакр запатентовал смазку из графита и свиного жира, которые смешивались в пропорции 1:4. Позже стали использовать смесь оливкового масла и извести, растворённой в воде. К середине XIX века приоритетным стал способ получения смазочных материалов сухой перегонкой из каменного угля с добавлением графита или гуттаперчи.

Основа большинства современных смазывающих материалов — нефть. Сырьём для жидких смазок служат фракции, выкипающие при температурах выше 350 ºС и содержащие сотни сложных углеводородов, а также их производных с кислородом, азотом, серой и даже металлами: никелем и ванадием. Обычно такой «маслосодержащей» фракцией выступает мазут — продукт, остающийся от перегонки нефти в топливо. Сперва из него получают дистиллятные масла. Из кипящего ма­зута в условиях разреженной атмосферы выделяют три фракции: лёгкие масла (температура кипения 350–400 ºС), средние (400–450 ºС) и тяжёлые (450–500 ºС).

Полученные масла перед дальнейшим использованием необходимо очистить. Их обрабатывают щёлочами для нейтрализации органических кислот; очищают концентрированной серной кислотой, разрушающей смолисто-асфальтовые примеси; отбеливают специальными глинами, абсорбирующими нежелательные смолы и продукты окисления. Особенно важно очистить масло от парафинов. В больших концентрациях они повышают температуру застывания, что делает масло непригодным для холодных регионов.

Удаляют парафины преимущественно двумя путями: растворением с последующим охлаждением до выпадения парафинов в осадок или каталитическим способом — расщеплением до более лёгких соединений, которые станут частью масла. В результате получается базовое масло, из которого в дальнейшем изготовят самые разные жидкие смазочные материалы.

В их состав входят специальные загустители, например соли высших жирных кислот — мыла. Чаще всего используются кальцие­вые мыла. Такие пластичные смазки — солидолы — делают на основе нефтяных масел средней вязкости, их доля достигает 80–90%. Остальное приходится на кальцие­вый загуститель (10–15%) и воду (до 5%).

Для работы при высоких температурах (до 200 ºС) больше подходят литиевые смазки, или литолы. Основным загустителем в этом случае является гидроокись лития LiOH. Многие специалисты считают литол идеальным смазывающим веществом: его можно применять и в подшипниках прокатных станов, и в узлах трения сверхточных приборов.

К классу углеводородных пластичных смазок относится вазелин, или, как его называли в начале XX века, себонафт, нефтяное сало. Изготавливают вазелин, сплавляя высоковязкие нефтяные масла с загустителями — твёрдыми углеводородами (парафином и церезином).

Чаще всего углеводородные смазки используют при консервации и гидроизоляции стальных деталей и конструкций: низкая температура плавления не позволяет применять вазелин в узлах трения.

Такие неорганические загустители, как кварцевый песок, нитрид бора, графит, дисульфид молибдена и окись алюминия, открыли миру техники плас­тичные смазки. Они отличаются стабильностью в условиях высоких температур и даже ядерной радиации.

Самыми совершенными пластичными смазочными материалами считаются органические смазки. Делают их преимущественно на синтетических маслах (сложных эфирах и полисилоксанах) с использованием самых разных загустителей, от каучука до фторуглеродных соединений.

Одна из самых распространённых органических смазок — силиконовая — используется в быту для дверных петель, резиновых уплотнителей и даже электромоторчиков в принтерах.

Меньше чем за триста лет примитивные растительно-животные смеси превратились в высокотехнологичные, сложно устроенные смазочные материалы и кардинальным образом расширили своё присутствие в технике. Они сэкономили нам несчётное количество ресурсов, в том числе времени. Дальнейшая эволюция смазок — переход на искусственные материалы — будет происходить по мере исчерпания углеводородных запасов.