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技术探讨

润滑油使用和理化性质以及润滑系统的研究

1.1 润滑油的定义

润滑油是涂在需要润滑部分表面的油状液体。有减少摩擦、避免发热、防 润滑油止机器磨损以及医学用途等作用。一般是分馏石油的产物,也有从动植物油中提炼的。亦称“润滑脂”。不挥发的油状润滑剂。按其来源分动、植物油,石油润滑油和合成润滑油三大类。石油润滑油的用量占总用量97%以上,因此润滑油常指石油润滑油。主要用于减少运动部件表面间的摩擦,同时对机器设备具有冷却、密封、防腐、防锈、绝缘、功率传送、清洗杂质等作用。主要以来自原油蒸馏装置的润滑油馏分和渣油馏分为原料,通过溶剂脱沥青 、溶剂脱蜡、溶剂精制、加氢精制或酸碱精制、白土精制等工艺,除去或降低形成游离碳的物质、低粘度指数的物质、氧化安定性差的物质、石蜡以及影响成品油颜色的化学物质等组分,得到合格的润滑油基础油,经过调合并加入添加剂后即成为润滑油产品。润滑油最主要的性能是粘度、氧化安定性和润滑性,它们与润滑油馏分的组成密切相关。粘度是反映润滑油流动性的重要质量指标。不同的使用条件具有不同的粘度要求。重负荷和低速度的机械要选用高粘度润滑油 。氧化安定性表示油品在使用环境中,由于温度、空气中氧以及金属催化作用所表现的抗氧化能力。油品氧化后,根据使用条件会生成细小的沥青质为主的碳状物质,呈粘滞的漆状物质或漆膜,或粘性的含水物质,从而降低或丧失其使用性能。润滑性表示润滑油的减磨性能。润滑油是一种不挥发的油状润滑剂,由基础油和添加剂调和而成。基础油是润滑油的主要成分,决定着润滑油的基本性质,添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足,赋予某些新的性能,是润滑油的重要组成部分;按其来源分动植物油、石油润滑油和合成润滑油三大类,石油润滑油的用量占总用量97%以上,因此润滑油常指石油润滑油。

1.2 润滑油的分类

从用途角度来看,润滑油主要包括车用油、工业油及其它特种油三大类。工业油规格、特种油规格的变化相对较慢,其供货商也比较稳定;而车用油升级换代快,代表着润滑油的发展水平,这就使得车用润滑油成为各个厂家竞争的焦点。
总之,我们把润滑油界定为特殊技术含量的消费品。说它是“特殊技术含量”,在于它的技术内涵包括了添加剂、基础油和润滑油配方本身;说它是“消费品”,在于它的消费方式与人类消费食品没有什么两样。这种特殊技术含量的消费品,更需要市场导向的企业行为的呵护。

 

 

第二章:润滑油的润滑原理

 

2.1 润滑油的润滑原理

润滑油的润滑原理是减少摩擦,所谓摩擦,是指当两个相对运动表面,在外力作用下发生相对位移时,存在一个相对的接触面,叫摩擦面。摩擦现象的种类很多,有外摩擦、内摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦、干摩擦、边界润滑摩擦、流体润滑摩擦、混合润滑摩擦等。摩擦带来的表观现象如高温、高压、噪音、磨损等。其中危害最大的是磨损,磨损有粘着磨损,磨料磨损,腐蚀磨损、表面疲劳磨损等类型,它直接影响机械设备的正常运转甚至失效。

2.2 润滑油的作用
润滑油的作用就是在两摩擦副之间形成一种保护膜,避免金属与金属之间直接接触,从而缓冲了摩擦力作用,起到润滑作用,减少磨损,博爱户机械正常运转。这种保护膜可以是物理吸附膜,或化学吸附膜或氧化膜,膜的厚度及强度直接影响到润滑作用。
普通润滑油的润滑作用主要是在摩擦面间形成一层油膜作保护,润滑油的润滑理论是依靠添加剂在摩擦面形成吸附膜起保护作用,基础油本身仅起到添加剂载体和摩擦面间密封作用,油膜的润滑作用已退到次要地位。

 

第三章:润滑油的理化性能指标

 

  • 度量液体流动的阻力

3.1.1 粘度和粘度指数(VI)

粘度是滑油最重要的指标。它在很大程度上决定着两个摩擦表面间楔形油膜的形成。长期以来,国外广泛使用按滑油的粘度进行分类的SAE分类法,把发动机用滑油按粘度分成10个等级,如表5-5所示。ISO(The International Standardization Organization)把滑油按40℃时的运动粘度Cst(mm2/s)的数值分成18个等级:ISOVG(Viscosity Grade),如表5-6所示。

表5-5 滑油的SAE分类法

SAE粘度等级 最大粘度(MPA·s) 边界泵出温度 100℃时粘度(mm2/s)

(相应温度℃) (℃) 最 小 最 大

0W 3 250(-30) -35 3.8 –

5W 3 500(-25) -30 3.8 –

10W 3 500(-20) -25 4.1 –

15W 3 500(-15) -20 5.6 –

20W 4 500(-10) -15 5.6 –

25W 6 000(-5) -10 9.3 –

20 – – 5.6 小于93

30 – – 9.3 小于125

40 – – 12.5 小于163

50 – – 16.3 小于219

 

表5-6 ISO粘度分类表

粘度等级 中点粘度

(mm2/s,40℃) 粘度限(mm2/s,40℃) 粘度等级 中点粘度

(mm2/s,40℃) 粘度限(mm2/s,40℃)

最小 最大 最小 最大

ISO-VG2 2.2 1.98 2.42 ISO-VG68 68 61.2 74.8

3 3.2 2.88 3.52 100 100 90.0 110

5 4.6 4.14 5.06 150 150 135 165

7 6.8 6.12 7.48 220 220 198 242

10 10 9.00 11.0 320 320 288 352

15 15 13.5 16.5 460 460 414 506

22 22 19.8 24.2 680 680 612 748

32 32 28.8 35.2 1 000 1 000 900 1 100

46 46 41.4 50.6 1 500 1 500 1 350 1 650

滑油的粘度随温度的升高而降低,这种性能称滑油的粘温特性。对于航行在不同季节和不同纬度的船舶,柴油机在冷车起动和正常运转时,滑油的工作温度不同,其粘度的大小也不相同,这对保证可靠的润滑影响极大。因而仅以测定温度下的粘度来判断滑油的品质还是不够的,还必须注意粘度随温度的变化规律。研究表明,不同滑油的粘温特性是不同的,如有的滑油温度每升高10℃,粘度能减小四分之三,有的滑油则减小不到一半。若滑油的粘度随温度变化程度小,它就能在比较大的温度范围内满足使用要求,这种滑油的粘温特性就好。

在国外,通常用粘度指数(VI)来说明滑油的粘温特性。它是通过与两种标准油相比较而得出的。

粘度指数的物理意义表明,粘度指数大者,则温度变化时其粘度变化小。一般,粘度指数在80以上者称高粘度指数,小于35者为低粘度指数,介于35~80之间者称中间粘度指数。最好的石蜡粘度指数可达124,加入增粘剂(后述)后可高达200以上。

我国曾用粘度比来评定粘温特性。它是该滑油在50℃和100℃时的运动粘度的比值。粘度比小,表示它在规定温度范围内粘度变化小,质量好。如已知滑油的粘度比,可由曲线法求出相应的粘度指数。

度量粘度单位有数种,早期通用于美国的单位是赛氏通用粘度(SSU),在100华氏度或210华氏度下度量,在欧洲早期则采用在100华氏度或210华氏度时所测得之雷德伍德粘度(Redwood Second,RWI)为单位。现时大部分国家已转为公制,以在40℃和100℃量得的厘斯为单位。
粘度高的润滑油,能承受较高之压力而不会被挤离受润滑之表面,但其较大之液体内部磨檫力却可能阻碍机件之运动。粘度低的润滑油,内部阻力较少,但容易被挤离机件间之接触面。因此,选择适当之润滑油粘度至为重要。
粘度随温度而改变,故表达液体之粘度时,必须同时附上其温度,温度上升时,液体之粘度随而降低;同样地,温度下降时,液体粘度则增高。
粘度指数(VI)用以表示液体粘度随温度而改变之情况。高粘度指数表示温度上升时,液体变稀程度较少。又润滑油之粘度指数可加入粘度指数促进剂(通常为高分子量聚合物)而增强。
添加聚合物的方法所增加的油品粘度,可以因为聚合物分子受到剪切力的破坏而部分消失(例如在重负荷的齿轮表面)。能够抗拒因剪切力而引起粘度改变的油品,就是具有较高的剪切力稳定性。

3.2 凝点和倾点

凝点是指在规定的冷却条件下油品停止流动的最高温度,一般润滑油的使用温度应比凝点高5~7℃。凝点可按GB/T510-83规定的方法进行测定。
倾点是油品在规定的条件下冷却到能继续流动的最低温度,也是油品流动的极限温度,故能更好地反映油品的低温流动性,实际使用性比凝点好。润滑油的最低使用温度应高于油品倾点30℃以上。倾点可按GB/T3535-83规定的方法进行测定。

3.3 闪点

闪点是表示油品蒸发性的一项指标。油品蒸发性越大,其闪点越低。同时,闪点又是表示石油产品着火危险性的指标。在选用润滑油时,应根据使用温度和润滑油的工作条件进行确定。一般认为,闪点比使用温度高20~30℃即可安全使用。闪点可按GB/T267-88或GB/T261-83规定的方法测定。

3.4 燃点

燃点指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而初次发生闪光时的温度。各种油品的闪火点可通过标准仪器测定。液体挥发的蒸气与空气形成混合物遇火源能够闪燃的最低温度采用闭杯法测定。闪点温度比着火点温度低些。从消防观点来说,液体闪点就是可能引起火灾的最低温度。闪点越低,引起火灾的危险性越大。

3.5 粘温特性

温度变化时,润滑油的粘度也随之变化。温度升高则粘度降低,反之亦然。润滑油粘度随温度变化的特性称为润滑油的粘温特性,它是润滑油的重要指标之一。
表示润滑油粘温特性的方法有两种:一种是粘度比,另一种是粘度指数VI。粘度指数是由两种标准油的假定粘度指数演算而得的。一种油的VI值越大,表示它的粘度随温度的变化越小,通常认为该油品的粘温特性越好。

3.6 颜色

润滑油的颜色与基础油的精制深度及所加的添加剂有关。在使用或贮存过程则与油品的氧化、变质程度有关。如呈乳白色,则有水或气泡存在;颜色变深,则氧化变质或污染。润滑油颜色的测定可按B/T6540-86进行。
3.7 酸值

酸值指中和1克油样中全部酸性物质所需的氢氧化钾的毫克数,单位是Mikohn/g。对于新油,酸值表示油品精制的深度或添加剂的加入量(当加有酸性添加剂时);对于旧油,酸值表示氧化变质的程度。一般润滑油在贮存和使用过程中,由于在一定的温度下与空气中的氧发生反应,生成一定的有机酸,或由于碱性添加剂的消耗,油品的酸值会发生变化。因此,酸值过大说明氧化变质严重,应考虑换油。酸值可按GB/T264-83规定的方法进行测定。

3.8 水溶性酸碱

这主要用于鉴别油号在精制过程中是否将无机酸碱水洗干净;在贮存、使用过程中,有无受无机酸碱的污染或因包装、保管不当而使油品氧化分解,产生有机酸类,致使油品产生水溶性酸碱。一般地讲,油品中不允许有水溶性酸碱,否则,与水、汽接触的油品容易腐蚀机械设备。这是一项定性试验,可按GB/T259-88规定的方法进行。
3.9 机械杂质

机械杂质是润滑油中不溶于溶剂的沉淀物或胶状悬浮物的含量。它们大部分是砂石和铁屑之类,或由添加剂带来的一些难溶于溶剂的有机金属盐。机械杂质将加速机械设备的正常磨损,严重时将堵塞油路、油嘴和过滤器,破坏正常润滑。此外,金属碎屑在一定的温度下对油起催化作用,会加速油品氧化变质。机械杂质可按GB/T511-88规定的方法进行测定。

3.10 水分

水分指润滑油中含水量的重量百分数。润滑油中的水分,一般以三种状态存在:①游离水;②乳化水;③溶解水。润滑油中水分的存在会破坏润滑油膜,使润滑效果变差,加速有机酸对金属的腐蚀作用,还会使添加剂(尤其是金属盐类),发生水解反应而失效,从而产生沉淀,堵塞油路,妨碍润滑油的循环和供应。此外,在使用温度接近凝点时,会使润滑油流动性变差,粘温性能变坏。当使用温度高时,水汽化,这不但破坏油膜而且产生气阻,影响润滑油的循环。水分测定可按GB/T260-88的规定进行。

 

3.11 灰分

灰分是指在规定的条件下,灼烧后剩下的不燃烧物质,以重量百分数表示,测定可按GB/T508-85规定的方法进行。灰分一般是一些金属元素及其盐类。对基础油或不加添加剂的油品来说,灰分可用来判断油品的精制深度。对于加有金属盐类添加剂的油品(新油),灰分就成为定量控制添加剂加入量的参照,此时的灰分不是越少越好,而是不得低于某个指标,如内燃机油的产品标准中,既规定了基础油的最高灰分,又规定了最低灰分。

  • 氧化稳定性

油类氧化后产生树脂及淤渣,此等物质会阻塞滤油器及油管通道。

氧化作用又能产生有机酸,令机件受到腐蚀。

良好之润滑油应具有抗氧化作用。

3.13 酸性和碱性(TAN,TBN)

酸性高的润滑油,对机件产生腐蚀作用。

大多数发动机润滑油因假如碱性添加剂而略呈碱性,用以中和润滑油氧化时产生之酸质。

润滑油长时间使用后,可能因氧化而产生有机酸物质。因此,润滑油之氧化程度,可借测定其酸质而知晓。

3.14 清洁作用

大部分润滑油都加入清洁剂和分散剂,用以防止不完全燃烧产生之污垢和金属表面的积聚物。

  • 防锈性

水分可能渗入润滑系统,使机件生锈。

生锈之杂质能变成催化剂,加快润滑油氧化。

防锈添加剂能被吸附于金属表面,防止金属表面与水分接触,从而产生防锈作用。

  • 防蚀作用

润滑油中之酸性物质能腐蚀机件。

防蚀剂能与金属起作用,产生一层保护膜,令酸性物质与金属分开,减少腐蚀

  • 抗泡性能

润滑油内之气泡会把油品与金属表面隔开,减低润滑作用。

泡沫亦会妨碍机件运行。

在油压系统中,泡沫能减低油的内聚力,引致油压下降。

优质润滑油,不易产生气泡,并能令泡沫迅速消散,抗泡沫添加剂能减低润滑油的起泡性。

3.18 乳化及抗乳化作用

乳化作用就是油和水均匀混合的现象。
有些油类需要具高度乳化能力,以便和水易于混合,例如,某些供切割金属用的油类便是。
乳化剂对油、水都具有强烈的亲和力,故能令油和水的分子互相结合,换言之,油加入乳化剂,乳化性能便会加强。
其他油类,例如涡轮机油,需要有良好抗乳化性,以便易于和水分离。优异的炼油技术可提高润滑油之抗乳化性能。
3.19 抗磨损性

在某些润滑情况下,可能需要粘度极低之润滑油,以免妨碍机器转速,但金属表面亦随而产生磨蚀作用。润滑油如加入抗磨剂,后者便在金属面形成保护层,令金属表面在摩擦过程中产生最低磨蚀效果。
3.20 极压负荷性质
重负荷,极压及高温能令机器移动部分熔合,令机器活动受影响

润滑油中之极压添加,可和金属起作用,形成一种低熔点化合物,机器由于高压负荷而产生之高热,便在该化合物熔融时得以消散,不致令金属接触面熔合。
极压特性通常用TIMKEN法(ASTMD2782)或FZG齿轮机(IP334)测定。TIMKEN法是以一个浸于油浴中的钢杯旋转于一钢块上,在磨损出现前的最大负载即为允许负载。FZG齿轮机测试法中,特制的齿轮在油浴中运行,负载逐级增加至齿轮磨损,此即为润滑油的FZG负荷级。
3.21 胶粘性
具胶粘性的润滑油,能长时间粘附于被润滑物体表面,避免溅泼。用于纺织机器及钢缆的润滑剂通常均具胶粘性。

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