影響軸承防銹油抗氧化及結膠性能的原因分析

買楠楠，王子君，王燦輝，陳蓉

（1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟 河南 洛陽 471039）

為避免軸承及零件生銹，軸承行業(yè)多采用防銹油進行防護。軸承防銹油由基礎油和緩蝕劑調(diào)配而成，通過浸泡、噴淋、刷涂等方法在金屬表面形成一層致密、均勻的油膜，使金屬表面與環(huán)境隔離，避免受環(huán)境中腐蝕介質(zhì)的影響。

評定軸承防銹油性能的項目主要有理化指標（如閃點、黏度、傾點、色度等）和防護性能測試。評定防護性能指標的試驗主要有3類：自然條件試驗、室內(nèi)加速試驗、防銹油防銹性能試驗，其中室內(nèi)加速試驗為常見的試驗方法，其通過人工模擬自然氣候條件設計專用的設備在實驗室內(nèi)進行測試，如濕熱試驗模擬高溫高濕氣候條件、鹽霧試驗模擬海邊和海上儲運條件等。防銹油防銹性能試驗也可利用電化學法［1］，該方法是近年來發(fā)展起來的新型防銹油性能評價方法，結合電化學理論與近代物理表面分析技術，測試速度快、靈敏度高，可應用在金屬腐蝕的基礎性研究、腐蝕試驗和腐蝕速度的測定等方面。

高溫及光照會促使軸承防銹油氧化變質(zhì)結膠，在金屬表面產(chǎn)生干性油膜，特別是陽光直射或用透明聚乙烯薄膜包裝與金屬接觸的地方更為嚴重。因此提高軸承防銹油的抗氧化性，避免油膜發(fā)生結膠，延長軸承防銹油的防銹期是行業(yè)對防銹油的基本要求。為此，對幾類基礎油及緩蝕劑的選擇與影響其組成的防銹油的抗氧化及結膠性的相關性開展測試分析及探討。

1 試驗

1.1 試驗儀器

采用YWX／Q-150B型鹽霧腐蝕試驗箱進行鹽霧試驗；采用DSL-060型防銹油脂濕熱試驗儀進行濕熱試驗和疊片試驗；采用潤滑油熱氧化安定性測定儀進行抗氧化試驗；采用TSY-1225型石油產(chǎn)品色度測定儀進行色度試驗。

1.2 試驗材料

干燥器，底部盛有2／3體積的5%甘油水溶液制成濕潤槽；10＃鋼片，規(guī)格100 mm×50 mm；聚乙烯塑料薄膜，厚0.05～0.08 mm；不銹鋼塊，規(guī)格25 mm×25 mm×75 mm；載玻片，規(guī)格25 mm×75 mm×2 mm。

1.3 試驗方法

1.3.1 防銹試驗

軸承防銹油防銹性能試驗包括鹽霧試驗、疊片試驗及濕熱試驗。

油鹽霧試驗參照SH／T 0081—1991《防銹油脂鹽霧試驗法》，將打磨、清洗好的鋼片浸涂待測油樣，將鋼片瀝干后放置于溫度（35±1）℃的鹽霧試驗箱內(nèi)48 h，鋼片銹蝕度不大于A級為合格。

油濕熱試驗參照 GB／T 2361—1992《防銹油脂濕熱試驗法》，將涂有油樣的鋼片放置于溫度（49±1）℃、相對濕度95%以上的濕熱試驗箱內(nèi)，試驗240 h后，鋼片銹蝕度不大于A級為合格。

疊片試驗參照 SH／T 0692—2000附錄 A《防銹油長期疊片腐蝕試驗》，將涂有油樣的鋼片夾在2個不銹鋼塊之間，放置于相對濕度95%以上、溫度（49±1）℃的濕熱試驗箱內(nèi)，試驗7 d后取出觀察，鋼片無疊印為合格。

1.3.2 抗氧化及結膠性能試驗

軸承防銹油抗氧化及結膠性試驗分為2步［2］：

1）將裝有油樣的氧化管置于潤滑油抗氧化安定性測定儀的油浴中，油浴溫度為（125±0.5）℃，以200 mL／min的流速連續(xù)通氧16 h，記錄油樣試驗前后色度變化。軸承防銹油的色度試驗參照SH／T 0168—1992《石油產(chǎn)品色度測定法》，將油樣注入比色管內(nèi)，與標準色片相比較，以其相當?shù)纳栕鳛樵撚蜆拥纳取?/p>

2）將抗氧化試驗后的油樣涂覆在鋼片和塑料薄膜之間，將重疊好的油樣移入干燥器中，分別在50，80℃下保持24 h，檢查塑料薄膜下油膜的狀態(tài)。防銹油膜無明顯干結、結膠現(xiàn)象，說明防銹油抗氧化結膠性能合格。

2 結果與分析

2.1 基礎油

選擇2種類型的基礎油，按照如下比例調(diào)配成軸承防銹油：磺酸鋇12%，成膜劑2%，助劑1%，基礎油余量，按基礎油廠家編號為1-1～1-10，其中1-9和1-10試樣另添加0.2%酚類抗氧劑。分別測試防銹油試樣的防銹、抗氧化及結膠性，試驗結果見表1。

表1 軸承防銹油（基礎油）試樣試驗結果Tab.1 Test results of bearing anti-rust oil sample

由表1可知，在低溫下（50℃），試樣1-6和試樣1-7的防銹油膜發(fā)生結膠，軸承防銹油氧化前后色度變化不小于9。在較高溫度下（80℃），試樣1-1，1-2，1-5，1-8和1-9的防銹油膜發(fā)生結膠，軸承防銹油氧化前后色度變化不小于7，防銹油膜結膠狀態(tài)如圖1a所示，油膜不連續(xù)，呈斷裂、黃斑狀，手觸干硬，擦除困難。試樣1-3，1-4和1-10的防銹油膜在低溫和較高溫下，油膜均無結膠現(xiàn)象，其中試樣1-4和試樣1-10氧化前后色度變化不大于5，防銹油膜狀態(tài)如圖1b所示，油膜連續(xù)，手觸呈油狀，易于擦除，擦除后如圖1c所示，鋼片光亮如初，表面無油印。抗氧化及結膠性越好的軸承防銹油，其氧化前后色度變化越小［3］。

圖1 防銹油膜形態(tài)Fig.1 Morphology of anti-rust oil film

對比試樣1-1～1-8低溫及較高溫下油膜的結膠情況。在低溫條件下，使用API Ⅱ類基礎油的試樣1-6和試樣1-7油膜發(fā)生結膠，而使用API Ⅰ類基礎油的試樣油膜未發(fā)生結膠，其中試樣1-3和試樣1-4在較高溫下，油膜也未發(fā)生結膠，說明在不添加酚類抗氧劑的條件下，API Ⅰ類基礎油的抗氧化及結膠性能略好于API Ⅱ類的基礎油［4］。

同樣的配方和工藝條件下，不同類型的基礎油表現(xiàn)出的添加劑的相容性不同。試樣1-6和試樣1-7防銹性能不合格，由于API Ⅱ類油經(jīng)過加氫，飽和度大大提高，對極性緩蝕劑的溶解性較差［5］。使用API Ⅰ類基礎油的試樣在防銹性能上表現(xiàn)出差異，其中試樣1-3，1-5和1-8防銹性能不合格。根據(jù)美國金氏公司的研究，環(huán)烷基油比石蠟基油具有更好的緩釋劑溶解性，由于本試驗所用的API Ⅰ類基礎油的產(chǎn)地與精制程度不同，其含烴基的結構也不同，因而導致防銹油防銹性能有所不同。

2.2 緩蝕劑

分別選擇2種生產(chǎn)工藝的磺酸鋇，使用軸承防銹油1-4所用的基礎油，按照如下比例調(diào)配成軸承防銹油：磺酸鋇12%，成膜劑2%，助劑1%，基礎油余量，按照磺酸鋇廠家編號為2-1～2-4；另使用軸承防銹油1-2所用的基礎油，按照上述的配方及工藝調(diào)配防銹油，編號2-5～2-8作為對比。對以上油樣進行防銹試驗、抗氧化及結膠性試驗，結果見表2。

表2 軸承防銹油（緩蝕劑）試樣試驗結果Tab.2 Test results of bearing anti-rust oil sample

由表2可知，試樣2-2～2-4，2-6～2-8的防銹試驗不合格，由于不同廠家的磺酸鋇中的鋇含量和磺酸鋇含量差別較大，因此表現(xiàn)出的防銹性能不同。試樣2-1～2-4在低溫和較高溫下，防銹油膜均無結膠現(xiàn)象，而試樣2-5～2-8在較高溫下，防銹油膜發(fā)生結膠現(xiàn)象。

目前合成磺酸鋇常采用復分解法和中和法。中和法制備的磺酸鋇呈黏稠液體試樣，而復分解法制備的磺酸鋇流動性差，常呈現(xiàn)固體狀態(tài)，需要高溫溶解，配制成的防銹油穩(wěn)定性差，室溫存放短期內(nèi)就會沉淀或凝膠［6］。結合表2的試驗結果，分析使用復分解法制備的磺酸鋇調(diào)配防銹油，油膜并沒發(fā)生結膠現(xiàn)象，證明油膜發(fā)生結膠與基礎油的抗氧化性有關，與磺酸鋇生產(chǎn)工藝沒有明顯的相關性。由于空氣中氧的作用，基礎油往往會生成過氧化物、醇、酮、羧酸等化合物，經(jīng)過長時存放，可能進一步形成非油溶性聚合物，呈現(xiàn)不同程度的析出，而涂覆在軸承表面的防銹油膜體系會因此被破壞。基礎油的氧化和緩蝕劑的析出表現(xiàn)在軸承表面就是干結的黃斑或黃點，嚴重的會導致軸承銹蝕。

3 結論

軸承防銹油膜發(fā)生結膠與基礎油的種類有關。在不加酚類抗氧劑的條件下，API Ⅰ類基礎油的抗氧化及結膠性能略好于API Ⅱ類基礎油，且API Ⅰ類基礎油比API Ⅱ類基礎油具有更好的緩蝕劑感受性，更適合配制防銹油。磺酸鋇作為主要的防銹油緩蝕劑，其生產(chǎn)工藝及有效成分的含量影響防銹油的穩(wěn)定性和防銹性，但與油膜的氧化結膠沒有明顯的相關性。