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       潤滑油基礎知識

     

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                潤滑油基礎知識

    一、 潤滑油作用
        潤滑油是用在各種類型機械上以減少摩擦,保護機械及加工件的液體潤滑劑,主要起潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用。潤滑油占全部潤滑材料的85%,種類牌號繁多,現在世界年用量約3800萬噸。對潤滑油總的要求是:
    (1) 減摩抗磨,降低摩擦阻力以節約能源,減少磨損以延長機械壽命,提高經濟效益;
    (2) 冷卻,要求隨時將摩擦熱排出機外;
    (3) 密封,要求防泄漏、防塵、防串氣;
    (4) 抗腐蝕防銹,要求保護摩擦表面不受油變質或外來侵蝕;
    (5) 清凈沖洗,要求把摩擦面積垢清洗排除;
    (6) 應力分散緩沖,分散負荷和緩和沖擊及減震;
    (7) 動能傳遞,液壓系統和遙控馬達及摩擦無級變速等。

    二、潤滑油組成
        潤滑油一般由基礎油和添加劑兩部分組成;A油是潤滑油的主要成分,決定著潤滑油的基本性質,添加劑則可彌補和改善基礎油性能方面的不足,賦予某些新的性能,是潤滑油的重要組成部分。

    1、潤滑油基礎油
        潤滑油基礎油主要分礦物基礎油及合成基礎油兩大類。礦物基礎油應用廣泛,用量很大(約95%以上),但有些應用場合則必須使用合成基礎油調配的產品,因而使合成基礎油得到迅速發展。
    礦油基礎油由原油提煉而成。潤滑油基礎油主要生產過程有:常減壓蒸餾、溶劑脫瀝青、溶劑精制、溶劑脫蠟、白土或加氫補充精制。1995年修訂了我國現行的潤滑油基礎油標準,主要修改了分類方法,并增加了低凝和深度精制兩類專用基礎油標準。礦物型潤滑油的生產,最重要的是選用最佳的原油。
    礦物基礎油的化學成分包括高沸點、高分子量烴類和非烴類混合物。其組成一般為烷烴(直鏈、支鏈、多支鏈)、環烷烴(單環、雙環、多環)、芳烴(單環芳烴、多環芳烴)、環烷基芳烴以及含氧、含氮、含硫有機化合物和膠質、瀝青質等非烴類化合物。
    2、添加劑
        添加劑是近代高級潤滑油的精髓,正確選用合理加入,可改善其物理化學性質,對潤滑油賦予新的特殊性能,或加強其原來具有的某種性能,滿足更高的要求。根據潤滑油要求的質量和性能,對添加劑精心選擇,仔細平衡,進行合理調配,是保證潤滑油質量的關鍵。一般常用的添加劑有:粘度指數改進劑,傾點下降劑,抗氧化劑,清凈分散劑,摩擦緩和劑,油性劑,極壓劑,抗泡沫劑,金屬鈍化劑,乳化劑,防腐蝕劑,防銹劑,破乳化劑。

    三、潤滑油脂的基本性能
        潤滑油是一種技術密集型產品,是復雜的碳氫化合物的混合物,而其真正使用性能又是復雜的物理或化學變化過程的綜合效應。潤滑油的基本性能包括一般理化性能、特殊理化性能和模擬臺架試驗。

    一般理化性能
        每一類潤滑油脂都有其共同的一般理化性能,以表明該產品的內在質量。對潤滑油來說,這些一般理化性能如下:
    (1) 外觀(色度)
    油品的顏色,往往可以反映其精制程度和穩定性。對于基礎油來說,一般精制程度越高,其烴的氧化物和硫化物脫除的越干凈,顏色也就越淺。但是,即使精制的條件相同,不同油源和基屬的原油所生產的基礎油,其顏色和透明度也可能是不相同的。
    對于新的成品潤滑油,由于添加劑的使用,顏色作為判斷基礎油精制程度高低的指標已失去了它原來的意義。
    (2) 密度
    密度是潤滑油最簡單、最常用的物理性能指標。潤滑油的密度隨其組成中含碳、氧、硫的數量的增加而增大,因而在同樣粘度或同樣相對分子質量的情況下,含芳烴多的,含膠質和瀝青質多的潤滑油密度最大,含環烷烴多的居中,含烷烴多的最小。
    (3) 粘度
    粘度反映油品的內摩擦力,是表示油品油性和流動性的一項指標。在未加任何功能添加劑的前提下,粘度越大,油膜強度越高,流動性越差。
    (4) 粘度指數
    粘度指數表示油品粘度隨溫度變化的程度。粘度指數越高,表示油品粘度受溫度的影響越小,其粘溫性能越好,反之越差。
    (5)閃點
    閃點是表示油品蒸發性的一項指標。油品的餾分越輕,蒸發性越大,其閃點也越低。反之,油品的餾分越重,蒸發性越小,其閃點也越高。同時,閃點又是表示石油產品著火危險性的指標。油品的危險等級是根據閃點劃分的,閃點在45℃以下為易燃品,45℃以上為可燃品,,在油品的儲運過程中嚴禁將油品加熱到它的閃點溫度。在粘度相同的情況下,閃點越高越好。因此,用戶在選用潤滑油時應根據使用溫度和潤滑油的工作條件進行選擇。一般認為,閃點比使用溫度高20~30℃,即可安全使用。
    (6) 凝點和傾點
    凝點是指在規定的冷卻條件下油品停止流動的最高溫度。油品的凝固和純化合物的凝固有很大的不同。油品并沒有明確的凝固溫度,所謂“凝固”只是作為整體來看失去了流動性,并不是所有的組分都變成了固體。
    潤滑油的凝點是表示潤滑油低溫流動性的一個重要質量指標。對于生產、運輸和使用都有重要意義。凝點高的潤滑油不能在低溫下使用。相反,在氣溫較高的地區則沒有必要使用凝點低的潤滑油。因為潤滑油的凝點越低,其生產成本越高,造成不必要的浪費。一般說來,潤滑油的凝點應比使用環境的最低溫度低5~7℃。但是特別還要提及的是,在選用低溫的潤滑油時,應結合油品的凝點、低溫粘度及粘溫特性全面考慮。因為低凝點的油品,其低溫粘度和粘溫特性亦有可能不符合要求。
    凝點和傾點都是油品低溫流動性的指標,兩者無原則的差別,只是測定方法稍有不同。同一油品的凝點和傾點并不完全相等,一般傾點都高于凝點2~3℃,但也有例外。
    (7) 酸值、堿值和中和值
    酸值是表示潤滑油中含有酸性物質的指標,單位是mgKOH/g。酸值分強酸值和弱酸值兩種,兩者合并即為總酸值(簡稱TAN)。我們通常所說的“酸值”,實際上是指“總酸值(TAN)”。
    堿值是表示潤滑油中堿性物質含量的指標,單位是mgKOH/g。
    堿值亦分強堿值和弱堿值兩種,兩者合并即為總堿值(簡稱TBN)。我們通常所說的“堿值”實際上是指“總堿值(TBN)”。
    中和值實際上包括了總酸值和總堿值。但是,除了另有注明,一般所說的“中和值”,實際上僅是指“總酸值”,其單位也是mgKOH/g。
    (8) 水分
    水分是指潤滑油中含水量的百分數,通常是重量百分數。潤滑油中水分的存在,會破壞潤滑油形成的油膜,使潤滑效果變差,加速有機酸對金屬的腐蝕作用,銹蝕設備,使油品容易產生沉渣?傊,潤滑油中水分越少越好。
    (9) 機械雜質
    機械雜質是指存在于潤滑油中不溶于汽油、乙醇和苯等溶劑的沉淀物或膠狀懸浮物。這些雜質大部分是砂石和鐵屑之類,以及由添加劑帶來的一些難溶于溶劑的有機金屬鹽。通常,潤滑油基礎油的機械雜質都控制在0.005%以下(機雜在0.005%以下被認為是無)。
    (10)灰分和硫酸灰分
    灰分是指在規定條件下,灼燒后剩下的不燃燒物質;曳值慕M成一般認為是一些金屬元素及其鹽類;曳謱Σ煌挠推肪哂胁煌母拍,對基礎油或不加添加劑的油品來說,灰分可用于判斷油品的精制深度。對于加有金屬鹽類添加劑的油品(新油),灰分就成為定量控制添加劑加入量的手段。國外采用硫酸灰分代替灰分。其方法是:在油樣燃燒后灼燒灰化之前加入少量濃硫酸,使添加劑的金屬元素轉化為硫酸鹽。
    (11)殘炭
    油品在規定的實驗條件下,受熱蒸發和燃燒后形成的焦黑色殘留物稱為殘炭。殘炭是潤滑油基礎油的重要質量指標,是為判斷潤滑油的性質和精制深度而規定的項目。潤滑油基礎油中,殘炭的多少,不僅與其化學組成有關,而且也與油品的精制深度有關,潤滑油中形成殘炭的主要物質是:油中的膠質、瀝青質及多環芳烴。這些物質在空氣不足的條件下,受強熱分解、縮合而形成殘炭。油品的精制深度越深,其殘炭值越小。一般講,空白基礎油的殘炭值越小越好。
    現在,許多油品都含有金屬、硫、磷、氮元素的添加劑,它們的殘炭值很高,因此含添加劑油的殘炭已失去殘炭測定的本來意義。機械雜質、水分、灰分和殘炭都是反映油品純潔性的質量指標,反映了潤滑基礎油精制的程度。

    特殊理化性能
        除了上述一般理化性能之外,每一種潤滑油品還應具有表征其使用特性的特殊理化性質。越是質量要求高,或是專用性強的油品,其特殊理化性能就越突出。反映這些特殊理化性能的試驗方法簡要介紹如下:
    (1) 氧化安定性
    氧化安定性說明潤滑油的抗老化性能,一些使用壽命較長的工業潤滑油都有此項指標要求,因而成為這些種類油品要求的一個特殊性能。測定油品氧化安定性的方法很多,基本上都是一定量的油品在有空氣(或氧氣)及金屬催化劑的存在下,在一定溫度下氧化一定時間,然后測定油品的酸值、粘度變化及沉淀物的生成情況。一切潤滑油都依其化學組成和所處外界條件的不同,而具有不同的自動氧化傾向。隨使用過程而發生氧化作用,因而逐漸生成一些醛、酮、酸類和膠質、瀝青質等物質,氧化安定性則是抑制上述不利于油品使用的物質生成的性能。
    (2) 熱安定性
    熱安定性表示油品的耐高溫能力,也就是潤滑油對熱分解的抵抗能力,即熱分解溫度。一些高質量的抗磨液壓油、壓縮機油等都提出了熱安定性的要求。油品的熱安定性主要取決于基礎油的組成,很多分解溫度較低的添加劑往往對油品安定性有不利影響;抗氧劑也不能明顯地改善油品的熱安定性。
    (3)油性和極壓性
    油性是潤滑油中的極性物在摩擦部位金屬表面上形成堅固的理化吸附膜,從而起到耐高負荷和抗摩擦磨損的作用,而極壓性則是潤滑油的極性物在摩擦部位金屬表面上,受高溫、高負荷發生摩擦化學作用分解,并和表面金屬發生摩擦化學反應,形成低熔點的軟質(或稱具可塑性的)極壓膜,從而起到耐沖擊、耐高負荷高溫的潤滑作用。
    (4)腐蝕和銹蝕
    由于油品的氧化或添加劑的作用,常常會造成鋼和其它有色金屬的腐蝕。腐蝕試驗一般是將紫銅條放入油中,在100℃下放置3小時,然后觀察銅的變化;而銹蝕試驗則是在水和水汽作用下,鋼表面會產生銹蝕,測定防銹性是將30ml蒸餾水或人工海水加入到300ml試油中,再將鋼棒放置其內,在54℃下攪拌24小時,然后觀察鋼棒有無銹蝕。油品應該具有抗金屬腐蝕和防銹蝕作用,在工業潤滑油標準中,這兩個項目通常都是必測項目。
    (5)抗泡性
    潤滑油在運轉過程中,由于有空氣存在,常會產生泡沫,尤其是當油品中含有具有表面活性的添加劑時,則更容易產生泡沫,而且泡沫還不易消失。潤滑油使用中產生泡沫會使油膜破壞,使摩擦面發生燒結或增加磨損,并促進潤滑油氧化變質,還會使潤滑系統氣阻,影響潤滑油循環。因此抗泡性是潤滑油等的重要質量指標。
    (6)水解安定性
    水解安定性表征油品在水和金屬(主要是銅)作用下的穩定性,當油品酸值較高,或含有遇水易分解成酸性物質的添加劑時,常會使此項指標不合格。它的測定方法是將試油加入一定量的水之后,在銅片和一定溫度下混合攪動一定時間,然后測水層酸值和銅片的失重。
    (7)抗乳化性
    工業潤滑油在使用中常常不可避免地要混入一些冷卻水,如果潤滑油的抗乳化性不好,它將與混入的水形成乳化液,使水不易從循環油箱的底部放出,從而可能造成潤滑不良。因此抗乳化性是工業潤滑油的一項很重要的理化性能。一般油品是將40ml試油與40ml蒸餾水在一定溫度下劇烈攪拌一定時間,然后觀察油層—水層—乳化層分離成40—37—3ml的時間;工業齒輪油是將試油與水混合,在一定溫度和6000轉/分下攪拌5分鐘,放置5小時,再測油、水、乳化層的毫升數。
    (8)空氣釋放值
    液壓油標準中有此要求,因為在液壓系統中,如果溶于油品中的空氣不能及時釋放出來,那么它將影響液壓傳遞的精確性和靈敏性,嚴重時就不能滿足液壓系統的使用要求。測定此性能的方法與抗泡性類似,不過它是測定溶于油品內部的空氣(霧沫)釋放出來的時間。
    (9)橡膠密封性
    在液壓系統中以橡膠做密封件者居多,在機械中的油品不可避免地要與一些密封件接觸,橡膠密封性不好的油品可使橡膠溶脹、收縮、硬化、龜裂,影響其密封性,因此要求油品與橡膠有較好的適應性。液壓油標準中要求橡膠密封性指數,它是以一定尺寸的橡膠圈浸油一定時間后的變化來衡量。
    (10)剪切安定性
    加入增粘劑的油品在使用過程中,由于機械剪切的作用,油品中的高分子聚合物被剪斷,使油品粘度下降,影響正常潤滑。因此剪切安定性是這類油品必測的特殊理化性能。測定剪切安定性的方法很多,有超聲波剪切法、噴嘴剪切法、威克斯泵剪切法、FZG齒輪機剪切法,這些方法最終都是測定油品的粘度下降率。
    (11)溶解能力
    溶解能力通常用苯胺點來表示。不同級別的油對復合添加劑的溶解極限苯胺點是不同的,低灰分油的極限值比過堿性油要大,單級油的極限值比多級油要大。
    (12)揮發性
    基礎油的揮發性對油耗、粘度穩定性、氧化安定性有關。這些性質對多級油和節能油尤其重要。
    (13)防銹性能
    這是專指防銹油脂所應具有的特殊理化性能,它的試驗方法包括潮濕試驗、鹽霧試驗、疊片試驗、水置換性試驗,此外還有百葉箱試驗、長期儲存試驗等。
    (14)電氣性能
    電氣性能是絕緣油的特有性能,主要有介質損失角、介電常數、擊穿電壓、脈沖電壓等;A油的精制深度、雜質、水分等均對油品的電氣性能有較大的影響。
    (15)潤滑脂的特殊理化性能
    潤滑脂除一般理化性能外,專門用途的脂還有其特殊的理化性能。如防水性好的潤滑脂要求進行水淋試驗;低溫脂要測低溫轉矩;多效潤滑脂要測極壓抗磨性和防銹性;長壽命脂要進行軸承壽命試驗等。這些性能的測定也有相應的試驗方法。
    (16)其它特殊理化性能
    每種油品除一般性能外,都應有自己獨特的特殊性能。例如,淬火油要測定冷卻速度;乳化油要測定乳化穩定性;液壓導軌油要測防爬系數;噴霧潤滑油要測油霧彌漫性;冷凍機油要測凝絮點;低溫齒輪油要測成溝點等。這些特性都需要基礎油特殊的化學組成,或者加入某些特殊的添加劑來加以保證。

    四、 模擬臺架試驗
        潤滑油在評定了它們的特殊理化性能之后,一般還要進行某些模擬臺架試驗,包括一些發動機試驗,通過之后方能投入使用。
        具有極壓抗磨性能的油品都要評定其極壓抗磨性能。常用的試驗機有梯姆肯環塊試驗機、FZG齒輪試驗機、法萊克斯試驗機、滾子疲勞試驗機等,它們都用于評定油品的耐極壓負荷的能力或抗磨損性能。
    評價油品極壓性能應用最為普遍的試驗機是四球機,它可以評定油品的最大無卡咬負荷、燒結負荷、長期磨損及綜合磨損指數。這些指標可以在一定程度上反映油品的極壓抗磨性能,但是,它與實際使用性能在許多情況下均無很好的關聯性。只是由于此方法簡單易行,才仍被廣泛采用。
        在高檔的車輛齒輪油標準中,要求進行一系列齒輪臺架的評定,包括低速高扭矩、高速低扭矩齒輪試驗;帶沖擊負荷的齒輪試驗;減速箱銹蝕試驗及油品熱氧化安定性的齒輪試驗。
        評定內燃機油有很多單缸臺架試驗方法,如皮特W-1、AV-1、AV-B和萊別克L-38單缸及國產1105、1135單缸,可以用來評定各檔次內燃機油。目前API內燃機油質量分類規格標準中,規定柴油機油用Caterpillar、Mack、Cummins、單缸及GM多缸進行評定;汽油機油則進行MS程序ⅡD(銹蝕、抗磨損)ⅢE(高溫氧化)ⅤE(低溫油泥)等試驗。這些臺架試驗,投資很大,每次試驗費用很高,對試驗條件如環境控制、燃料標準等都有嚴格要求,不是一般試驗室都能具備評定條件的,只能在全國集中設置幾個評定點,來評定這些油品。
        總之,由于各類油品的特性不一,使用部位又千差萬別,因此必須根據每一類油品的實際情況,制定出反映油品內在質量水平的規格標準,使生產的每一類油品都符合所要求的質量指標,這樣才能滿足設備實際使用要求。


     
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