變速變負荷條件下評定潤滑油抗磨性的特征參數

2013-07-19 02:52:56杜鵬飛宋世遠李華峰

石油煉制與化工 2013年2期

杜鵬飛，宋世遠，李華峰

（解放軍后勤工程學院軍事油料應用與管理工程系，重慶401311）

目前對于潤滑油抗磨性能的研究有多種方法［1］。SH/T 0189［2］通過測量磨斑直徑來評價潤滑油的抗磨性能、GB/T 3142［3］和 GB/T 12583［4］潤滑劑承載能力測定法通過測量最大無卡咬負荷（PB）、燒結負荷（PD）、磨斑直徑來評定潤滑油的極壓抗磨性能等。同一類型的油品在實際應用中性能差別較大，但在試驗測量時往往具有相近或完全相同的參數值，譬如，通過測量PB、PD值來評定同一類型的油品性能時，數據區分性往往不是很好。針對上述問題，本課題在變速變負荷條件下，采用四球試驗機評定油品的抗磨性，通過對引起油品摩擦系數突變的參數負荷（P）和轉速（V）的研究，提出油品抗磨性特征參數（R）的概念。采用R對PB、PD值進行修正，以參數R及修正后的PB、PD值評定同一類型油品的抗磨性能。

1 實驗

1.1 試驗材料和儀器

1.1.1試驗材料選用500SN為基礎油，二烷基二硫代磷酸鋅（T202）為添加劑。試驗鋼球為GCr15軸承鋼二級標準鋼球，直徑12.70mm，硬度為HRC 59～61；石油醚，分析純。

1.1.2試驗儀器濟南舜茂實驗儀器有限公司生產的MMW－1型立式萬能摩擦磨損試驗機；濟南試驗機廠生產的MQ－800型四球摩擦試驗機。

1.2 試驗方法

1.2.1 潤滑油抗磨性能根據SH/T 0189方法對500SN基礎油及添加T202的調配油進行抗磨性測試。實驗條件為：負荷392N，轉速1 200r/min，試驗時間60min，油溫（75±2）℃。試驗在立式萬能摩擦磨損試驗機MMW－1上進行，每次試驗前，鋼球在石油醚中超聲波清洗10min，按上述條件進行實驗，并記錄摩擦系數。采用精度為0.05mm的光學顯微鏡觀測鋼球的磨斑直徑，并取3次測量的平均值作為磨損的評價指標。

1.2.2PB和PD值測定在四球摩擦試驗機MQ－800上，采用GB/T 3142潤滑劑承載能力測定法和GB/T 12583潤滑劑極壓性能測定法測量基礎油500SN及添加T202調配油的PB、PD值，按其規定的負荷級別依次進行試驗，直到燒結發生為止。

1.2.3 變速變負荷試驗變速變負荷試驗在立式萬能摩擦磨損試驗機MMW－1上進行，試驗前鋼球在石油醚中超聲波清洗10min，通過試驗機配套軟件設定變速變負荷試驗程序，并記錄實驗過程中摩擦系數的變化情況。由于在試驗過程中，摩擦系數都出現突變，鋼球都會出現嚴重摩擦磨損，故試驗結束后不需要測量鋼球的磨斑直徑。變速變負荷試驗條件為：設置初始負荷為100N，初始轉速為1 000r/min，試驗時間為30min，油溫（75±2）℃，在30min的試驗期間內負荷由100N呈線性均勻上升到600N，轉速由1 000r/min呈線性均勻上升到1 600r/min。在此過程中測量摩擦系數的變化，記錄油品摩擦系數發生突變時的P和V的數值，每個油品在該變速變負荷試驗條件下重復進行3次，計算出該油品摩擦系數出現波峰時P與V的乘積平均值作為試驗數據。

2 結果與討論

以500SN為基礎油，T202添加劑添加量（w）分別為0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%時的PB、PD值及磨斑直徑見表1。從表1可以看出：添加劑T202能明顯改善基礎油的抗磨性能。當T202添加劑添加量（w）分別為 0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%時，磨斑直徑分別為0.72，0.59，0.56，055，0.53mm；T202添加量為1.0%與1.5%時的磨斑直徑僅相差0.01mm，T202添加量為1.5%與2.0%時的磨斑直徑也僅相差0.02mm。從表1還可以看出：當T202添加劑添加量（w）分別為0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0% 時，PB值分別為695.8，921.2，921.2，1 048.6，1 117.2N，PD值分別為 980.0，1 234.8，1 234.8，1 568.0，1 568.0N，其中，T202添加量為0.5%與1.0%時的PB值同為921.2N，PD值同為1 234.8N，而且T202添加量為1.5%與2.0%時的PD值也同為1 568.0N。可見，通過PB、PD值及磨斑直徑很難具體區分出油品抗磨性能的好壞，評價效果不理想。

表1 幾種油品的抗磨性能

在變速變負荷條件下，以500SN為基礎油，T202添加劑添加量（w）分別為0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%時的摩擦系數見圖1。由圖1可見，上述5種油品摩擦系數出現峰值時的時間分別為1 250，1 538，1 580，1 709，1 790s，測定此時的負荷和轉速分別為 445，526，540，573，596N 和1 417，1 514，1 530，1 570，1 597r/min。5種油品在變速變負荷試驗條件下，摩擦系數都會出現突變，隨著T202添加劑添加量的增加，出現峰值的時間、負荷及轉速都依次增加。摩擦系數出現峰值的原因可能是由于添加劑T202中含有的S、P等元素與鋼球表面發生化學反應形成反應膜，該反應膜所能承受的負荷和轉速有一定的限度，當負荷和轉速增大到反應膜所能承受的臨界值時，摩擦表面的溫度急劇升高使反應膜失效或熔化時，反應膜就發生破裂，摩擦系數迅速增大，出現波峰；而且隨著T202添加劑添加量的增加，形成的反應膜厚度增加，其所承受的最大負荷和轉速也依次增加，這也是上述5種油品出現波峰依次推后的原因。其中加入0.5%T202油品的摩擦系數出現2次波峰，且第2次波峰強度更大，但選用第1次出現波峰時的P與V乘積，原因是第1次出現波動時，其負荷和速度已經達到了反應膜所能承受的臨界限度，致使油膜破裂，摩擦系數出現波動。由于第1次摩擦系數出現波動時，鋼球已經發生了嚴重的摩擦磨損，會有金屬磨粒產生，金屬磨粒的存在導致第2次波峰強度更大。

圖1 幾種油品的摩擦系數隨時間的變化

以500SN基礎油在變速變負荷條件下出現摩擦系數峰值時的P與V乘積作為參考標準，引進一個參數（R），定義R為所測油品的PV乘積與500SN基礎油PV乘積的比值。R的數值大于1，說明該油品的抗磨性能好于500SN基礎油的抗磨性能，且R值越大說明油品的抗磨性能相對越好。通過計算得到上述5種油品的參數R見表2。由表2可以看出，通過引進參數R可以直觀地判斷油品抗磨性能的好壞，以500SN基礎油為參考標準，5種油品的參數R依次為1.00，1.26，1.31，1.43，1.51，含有添加劑 T202的調配油與500SN基礎油相比，參數R的差值比較明顯，說明T202添加劑能明顯改善500SN基礎油的抗磨性能；且隨著T202添加劑添加量的增加，參數R依次增加，與表1中的數據呈現出較好的一致性。

表2 油品的參數R

以500SN基礎油的PB、PD值為基準，引進參數R對PB、PD值進行修正（油品對應的參數R乘以500SN基礎油的PB、PD值），幾種油品修正后的PB、PD值見表3。從表3可以看出，以500SN為基礎油，T202添加劑添加量（w）分別為0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，油品參數R修正后的PB值分別為695.8，876.7，911.5，995.0，1 050.7 N，修正后的PD值分別為 980.0，1 234.8，1 283.8，1 401.4，1 479.8N，與測試的PB、PD值相比具有明顯的區分性，可以區分同一類型油品的抗磨性能。