fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2025-46-3-280-287fwj-144Research ArticleСтатьиДисперсионный анализ ферромагнитных частиц в отработанных моторных маслахDispersion Analysis of Ferromagnetic Particles in Used Motor OilsГлушковА. Д.GlushkovA. D.

Советский проспект, д. 1, г. Калининград 236022, Россия

Sovetsky Prospekt, 1, Kaliningrad 236022, Russia

СинявскийН. Я.SinyavskyN. Ya.

Советский проспект, д. 1, г. Калининград 236022, Россия

Sovetsky Prospekt, 1, Kaliningrad 236022, Russia

nikolaj.sinyavskij@klgtu.ruКостриковаН. А.KostrikovaN. A.

Советский проспект, д. 1, г. Калининград 236022, Россия

Sovetsky Prospekt, 1, Kaliningrad 236022, Russia

Калининградский государственный технический университетРоссияKaliningrad State Technical UniversityRussian Federation202507102026463280287Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/144

Изучение содержания ферромагнитных частиц износа в отработанном моторном масле позволяет судить о степени износа трущихся деталей двигателя. В данной работе описывается новый метод определения фракционного состава системы ферромагнитных частиц износа в отработанном моторном масле, основанный на кинетике седиментации частиц в поле силы тяжести и аппаратурном времени поперечной релаксации ЯМР протонов углеводородов полидисперсной суспензии. В отличие от традиционного седиментационного анализа методом непрерывного взвешивания, в предлагаемом способе используется метод непрерывного измерения времени ЯМР релаксации Т2*. Предполагается, что взвешенные частицы увеличивают неоднородность магнитного поля магнита релаксометра и аппаратурное время спин-спиновой релаксации пропорционально массе осадка.

Получено аналитическое выражение распределения по размерам частиц и для наиболее вероятного эквивалентного радиуса для математической модели седиментационной кривой. Исследованы две физические модели частиц железа разных размеров, внесенных в свежие моторные масла. Показано, что при одной и той же концентрации железа в масле частицы мелких размеров делают магнитное поле более неоднородным, чем крупные частицы. Исследована кинетика изменения времён релаксации Т2* в процессе седиментации. Установлено, что при седиментации ферромагнитных частиц, времена спин-решёточной Т1 и спин-спиновой Т2 релаксации остаются неизменными. Для получения распределения ферромагнитных частиц все необходимые преобразования массива данных Т2*(t) выполнялись численно. Показано, что в отличие от одномодальных распределений для модельных образцов свежих масел с частицами железа, отработанное 420 часов масло M-10G2CS даёт распределение в широкой полосе радиусов от 3 мкм до 11 мкм. Распределения радиусов частиц в маслах Shell Rimula 15W40, отработанных 250 часов и 500 часов, как и следовало ожидать, подобны, но процентное содержание фракций в масле, отработанном 250 часов меньше, чем в масле, отработанном 500 часов. Характер этих распределений иной, чем у масла M-10G2CS (420 часов). Возможности предлагаемого метода для высокодисперсных систем ограничены очень медленным оседанием наноразмерных частиц в гравитационном поле.

Полученные в данной работе результаты могут быть полезны для дисперсионного анализа любых органических суспензий, содержащих микроразмерные ферромагнитные частицы.

Studying the content of ferromagnetic wear particles in used motor oil allows us to judge the degree of wear of the rubbing parts of the engine. This paper describes a new method for determining the fractional composition of a system of ferromagnetic wear particles in used motor oil, based on the kinetics of particle sedimentation in a gravity field and the instrumental time of transverse relaxation of NMR protons of hydrocarbons in a polydisperse suspension. Unlike traditional sedimentation analysis by continuous weighing, the proposed method uses a method of continuous measurement of the NMR relaxation time T2*. It is assumed that suspended particles increase the non-uniformity of the magnetic field of the relaxometer magnet and the apparatus time of spin-spin relaxation proportionally to the mass of the sediment.

An analytical expression for the particle size distribution and for the most probable equivalent radius for a mathematical model of the sedimentation curve is obtained. Two physical models of iron particles of different sizes introduced into fresh motor oils are investigated. It is shown that at the same iron concentration in engine oil, small particles make the magnetic field more non-uniform than large particles. The kinetics of changes in relaxation times T2* during sedimentation is studied. It was found that during sedimentation of ferromagnetic particles, the times of spin-lattice T1 and spin-spin T2 relaxation remain unchanged. To obtain the distribution of ferromagnetic particles, all necessary transformations of the data array T2*(t) were performed numerically. It is shown that, in contrast to the unimodal distributions for model samples of fresh oils with iron particles, M-10G2CS oil used for 420 hours gives a distribution in a wide range of radii from 3 μm to 11 μm. The distributions of particle radii in Shell Rimula 15W40 oils used for 250 hours and 500 hours are, as expected, similar, but the percentage content of fractions in the oil used for 250 hours is less than in the oil used for 500 hours. The nature of these distributions is different from that of M-10G2CS oil (420 hours). The capabilities of the proposed method for highly dispersed systems are limited by the very slow settling of nanosized particles in a gravitational field.

The results obtained in this work can be useful for dispersion analysis of any organic suspensions containing microsized ferromagnetic particles.

судовые моторные маслаферромагнитные частицы износаседиментацияЯМР релаксометриявремена релаксации T2*marine motor oilsferromagnetic wear particlessedimentationNMR relaxometryT2* relaxation timesReferencesRațiu S., Mihon L., Laza I., and Armioni M. A Review on the Contamination of Used Engine Oil // Ingineria automobilului. — 2020 (57), 20—25Rațiu S., Mihon L., Laza I., and Armioni M. A Review on the Contamination of Used Engine Oil // Ingineria automobilului. — 2020 (57), 20—25Синявский Н.Я., Корнева И.П., Иванов А.М. и др. Исследование судовых моторных масел ме-тодом динамического рассеяния света // Морские интеллектуальные технологии. — 2020, № 4(50)1, 103—108Синявский Н.Я., Корнева И.П., Иванов А.М. и др. Исследование судовых моторных масел ме-тодом динамического рассеяния света // Мор-ские интеллектуальные технологии. — 2020, № 4(50)1, 103—108Sinyavsky N., Korneva I., Ivanov A., and Kostri-kova N. Study of Used Marine Oils by the Photon Correlation Spectroscopy Method // IOP Confer-ence Series Materials Science and Engineering. — 2021, 1181(1):012001Sinyavsky N., Korneva I., Ivanov A., and Kostri-kova N. Study of Used Marine Oils by the Photon Correlation Spectroscopy Method // IOP Confer-ence Series Materials Science and Engineering. — 2021, 1181(1):012001Fitch J. Tricks to Classifying Wear Metals and Other Used Oil Suspensions // Noria Corporation. — https://www.machinerylubrication.com/Read/3/wear-metals-oil-suspensionsFitch J. Tricks to Classifying Wear Metals and Other Used Oil Suspensions // Noria Corporation. — https://www.machinerylubrication.com/Read/3/wear-metals-oil-suspensionsWear Debris Analysis & Debris Monitoring Equipment. Sietronics Pty Ltd. — https://www.sietronics.net/analex-wear-debrisWear Debris Analysis & Debris Monitoring Equipment. Sietronics Pty Ltd. — https://www.sietronics.net/analex-wear-debrisGovindarajan N. and Gnanamoorthy R. Ferrog-raphy – A Procedure for Measuring Wear Rate // Indian Journal of Engineering and Materials Sci-ences. — 2008 (15), no. 5, 377—381Govindarajan N. and Gnanamoorthy R. Ferrog-raphy – A Procedure for Measuring Wear Rate // Indian Journal of Engineering and Materials Sci-ences. — 2008 (15), no. 5, 377—381Seifert W.W. and Westcott V.C., A Method for the Study of Wear Particles in Lubricating Oil // Wear. — 1972 (21), no. 1, 27—42Seifert W.W. and Westcott V.C., A Method for the Study of Wear Particles in Lubricating Oil // Wear. — 1972 (21), no. 1, 27—42Синявский Н.Я., Иванов А.М., Кострико-ва Н.А. Анализ частиц продуктов износа в отработанных судовых моторных маслах // Мор-ские интеллектуальные технологии. — 2021, № 4-4(54), 44—48Синявский Н.Я., Иванов А.М., Кострико-ва Н.А. Анализ частиц продуктов износа в от-работанных судовых моторных маслах // Мор-ские интеллектуальные технологии. — 2021, № 4-4(54), 44—48Корнева И.П., Синявский Н.Я., Кострико-ва Н.А. Исследование судовых моторных масел с продуктами износа оптическими методами // Морские интеллектуальные технологии. — 2022, № 4(3), 72—78Корнева И.П., Синявский Н.Я., Кострико-ва Н.А. Исследование судовых моторных масел с продуктами износа оптическими методами // Морские интеллектуальные технологии. — 2022, № 4(3), 72—78Chavhan G., Babyn P., Thomas B., Shroff M., and Haacke E. Principles, Techniques, and Applications of T2*-based MR Imaging and Its Special Applications // RadioGraphics. — 2009 (29), no. 5, 1433—1449Chavhan G., Babyn P., Thomas B., Shroff M., and Haacke E. Principles, Techniques, and Appli-cations of T2*-based MR Imaging and Its Special Applications // RadioGraphics. — 2009 (29), no. 5, 1433—1449Tang Y., Chen T., Zhang X., and Huang X. GRE T2*-Weighted MRI: Principles and Clinical Applica-tions // BioMed Research International. — 2014, no. 1, 312142Tang Y., Chen T., Zhang X., and Huang X. GRE T2*-Weighted MRI: Principles and Clinical Applica-tions // BioMed Research International. — 2014, no. 1, 312142Sinyavsky N. and Mershiev I. Marine Engine Oil Diagnostics by Means of NMR Spectroscopy and Relaxometry of Protons // Journal of Eta Maritime Science. — 2022 (10), no. 3, 195—201Sinyavsky N. and Mershiev I. Marine Engine Oil Diagnostics by Means of NMR Spectroscopy and Relaxometry of Protons // Journal of Eta Maritime Science. — 2022 (10), no. 3, 195—201Miao R.S. and Saxena S.C. A Theory for Agglom-eration and Sedimentation of Ferromagnetic Parti-cles Suspended in a Hydrocarbon Liquid and Ex-posed to a Magnetic Field // Powder Technolo-gy. — 1996 (86), no. 2, 187—194Miao R.S. and Saxena S.C. A Theory for Agglom-eration and Sedimentation of Ferromagnetic Parti-cles Suspended in a Hydrocarbon Liquid and Ex-posed to a Magnetic Field // Powder Technolo-gy. — 1996 (86), no. 2, 187—194D’yachenko S.V., Kondrashkova I.S., and Zherno¬voi A.I. NMR Studies of the Sedimentation of Ferromagnetic Nanoparticles in a Magnetic Flu-id // Technical Physics. — 2017 (62), no. 10, 1602—1604D’yachenko S.V., Kondrashkova I.S., and Zherno¬voi A.I. NMR Studies of the Sedimentation of Ferromagnetic Nanoparticles in a Magnetic Flu-id // Technical Physics. — 2017 (62), no. 10, 1602—1604Benedikt E. Anisotropy of Ferromagnetic Powder Particles // Journal of Applied Physics. — 1942 (13), 105—109Benedikt E. Anisotropy of Ferromagnetic Powder Particles // Journal of Applied Physics. — 1942 (13), 105—109Штыхнов Г.С. // «Строительство и архи-тектура» серии «Известия высших учебных за-ведений СССР». — 1959, № 4(10)Штыхнов Г.С. // «Строительство и архи-тектура» серии «Известия высших учебных за-ведений СССР». — 1959, № 4(10)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.