Дисперсионный анализ ферромагнитных частиц в отработанных моторных маслах

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.

1. Rațiu S., Mihon L., Laza I., and Armioni M. A Review on the Contamination of Used Engine Oil // Ingineria automobilului. — 2020 (57), 20—25

2. Синявский 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—108

3. Sinyavsky 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):012001

4. Fitch J. Tricks to Classifying Wear Metals and Other Used Oil Suspensions // Noria Corporation. — https://www.machinerylubrication.com/Read/3/wear-metals-oil-suspensions

5. Wear Debris Analysis & Debris Monitoring Equipment. Sietronics Pty Ltd. — https://www.sietronics.net/analex-wear-debris

6. Govindarajan 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—381

7. Seifert W.W. and Westcott V.C., A Method for the Study of Wear Particles in Lubricating Oil // Wear. — 1972 (21), no. 1, 27—42

8. Синявский 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—48

9. Корнева 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—78

10. Chavhan 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—1449

11. Tang Y., Chen T., Zhang X., and Huang X. GRE T2*-Weighted MRI: Principles and Clinical Applica-tions // BioMed Research International. — 2014, no. 1, 312142

12. Sinyavsky 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—201

13. Miao 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—194

14. D’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—1604

15. Benedikt E. Anisotropy of Ferromagnetic Powder Particles // Journal of Applied Physics. — 1942 (13), 105—109

16. Штыхнов Г.С. // «Строительство и архи-тектура» серии «Известия высших учебных за-ведений СССР». — 1959, № 4(10)