提高軸承滾道超精油抗乳化性能的措施

侯萬果，段欣生

(洛陽軸研科技股份有限公司 非金屬材料開發部，河南 洛陽 471039)

超精加工是提高軸承精度的重要保障，特別是對于精度等級較高的精密軸承來說，其滾道等重要部位只有采用超精加工才能滿足設計的精度要求[1]。超精油由12%的航空煤油、76%的基礎油、5%的抗磨劑、6%的防銹劑和1%的抗乳化劑組成，在精密軸承加工過程中起到冷卻、潤滑、防銹及清洗的作用。超精加工是軸承零件加工的最后一道工序，滾道在超精加工前經過粗磨、精磨工序后一般不經過清洗和烘干直接進行超精，因此，工件表面會殘留一些磨削液，其中包括水和表面活性物質，均可以引起超精油的乳化。乳化后的超精油黏度變大，嚴重時，可以使超精油變質形成黏稠的膏狀，導致滾道超精過程中的細磨屑、油石末和灰塵等雜質無法沉淀于油箱底部，漂浮在超精油的上面，嚴重影響滾道的加工精度和表面粗糙度；另一方面超精油乳化后，油質劣化，對工件造成腐蝕，降低超精油的使用壽命，加快機床和循環泵的磨損[2]。

1 超精油的乳化機理

超精油發生乳化通常是由水和表面活性物質引發。目前，軸承零件磨削大多使用水溶性磨削液，磨削液中含有表面活性物質。表面活性物質具有親油和親水的性質，當超精油混入水和表面活性物質后，表面活性物質會顯著降低油、水界面的張力，并富集在油的界面層，使超精油在超精過程中發生乳化。此時，由于表面活性物質吸附在油、水兩相界面，對水有親和力的強極性基團朝向水，而弱極性的親油基則朝向油，故水滴可以穩定地分散于油中，很難通過靜置的方法將水分除去。乳化后的超精油性能發生改變，其黏度變大，導致混入超精油中的機械雜質很難沉到油箱的底部，同時，超精油在超精過程中產生的水溶性酸會對軸承零件產生腐蝕。原配方超精油乳化前后的性能對比見表1。由表中數據可知，乳化后的超精油各項性能指標顯著變差，如果繼續使用將嚴重影響軸承滾道的加工質量。

表1 超精油乳化前后的性能對比

2 提高超精油抗乳化性的方法

超精油在使用過程中基于其自身的特性應保持較低的黏度，以便使水分和機械雜質容易分離,沉淀到油箱底部。因此，首先要選擇一種合適的基礎油，其次是尋找與超精油組分相匹配的抗乳化添加劑。

2.1 基礎油的選擇

基礎油是超精油的主要成分，其抗乳化性對超精油的抗乳化性能影響很大[3]。考慮到實際加工的需要，超精油的黏度范圍不宜過大，否則，油品易被工件帶走造成浪費，同時也不利于細磨屑、油石末和灰塵的下沉；如果黏度過低，油膜容易流失，導致潤滑性能變差，加工過程中滾道表面易出現劃傷，表面粗糙度變差等缺陷。

試驗選用10#機油、25#變壓器油和75SN油，參照標準GB/T 7305《石油和合成液水分離性測定法》進行抗乳化性能試驗分析，具體方法：將40 mL基礎油加入到40 mL蒸餾水中，在54 ℃的水浴鍋中靜置10 min，然后以(1 500±15)r/min的轉速攪拌5 min，停止后記錄形成3 mL乳化層和油、水完全分離的時間，作為考量抗乳化性能的指標，具體結果見表2。由表2數據可知，25#變壓器油的抗乳化性最好。分析認為，基礎油的抗乳化性與其成分有關，且其抗乳化性隨著基礎油精制深度的提高而提高。這是因為未經過深度精制時，油中含多環芳烴膠質、瀝青質較多，其在油中均以膠體分散的膠束形式存在，易與水形成油水乳化液。25#變壓器油是環烷基原油的衍生物，該油經過深度處理，蠟、硫等含量較低，因此，其抗乳化能力較強。

表2 基礎油的常規理化性能

2.2 抗乳化劑的選擇

在油中加入一定量的抗乳化劑，可以顯著提高油的抗乳化性能。抗乳化劑具有多個親水和親油基團，分別能與水和油進行多點吸附，從而置換原來的保護膜，代替不牢固的吸附層，起到抗乳化作用；同時，抗乳化劑作為表面活性物質，具有更強的表面活性，能置換出油、水界面上的表面物質，從而改變界面的性質，借助分子間作用力嵌入油水界面膜使之破裂展開，不斷釋放出油所包含的微小水滴，最終水滴相互凝聚增大，靠重力沉降使油水分離。在已經乳化的超精油中分別加入等量的抗乳化劑A，B，C和D，測定超精油的黏度，結果如圖1所示。其中4種抗乳化劑均能改變超精油的黏度，相比而言，A和D的效果更顯著。試驗結果表明，當加入的添加劑A和D的質量分數大于1%后，添加量對超精油黏度影響不再有明顯的改變。

圖1 不同抗乳化劑對超精油黏度的影響

3 不同添加劑對超精油性能的影響

用25#變壓器油代替原來的基礎油配成超精油，按超精油標準測定其性能。

在由25#變壓器油配制成的超精油中分別加入質量分數1%的抗乳化劑A和D，記為樣品A和樣品D，測量其性能變化，結果見表3。由表可知，加入D的超精油有一定的腐蝕性。

表3 超精油的性能

4 改進前后的超精油抗乳化性能

對數批次改進配方后的超精油和在某軸承廠使用20 d后超精油進行抗乳化性測量，結果見表4。表中數據說明，改進后超精油的抗乳化性明顯提高，油水能夠完全分離。

表4 超精油的抗乳化性能對比

綜上所述，保證超精油具有良好的抗乳化性很有必要，故應在生產過程中對超精油進行定期的抗乳化性能檢測。試驗數據和經驗表明，可把油水完全分離的時間20 min作為超精油抗乳化性能是否合格的內控指標。

5 結束語

改進后的抗乳化超精油已經在一些軸承企業推廣應用，并取得了較好的效果。在實際的超精研與精磨過程中體現了良好的冷卻性、清洗性和潤滑性，有效提高了軸承滾道的表面精度，使產品合格率提高到98%以上；每周6 d，16 h連續工作，超精油使用周期達到40 d以上，大約是原超精油使用壽命的2倍；同時，使用過程中40 ℃時超精油運動黏度保持在一個較低的范圍內，有利于超精油中水分、細磨屑和砂輪末的沉積和分離。