鋰基潤滑脂FE9壽命的影響因素探討

王慶日，趙麗，高宇航，劉虹禹

(遼寧海華科技股份有限公司，遼寧 鞍山 114229)

隨著各種機械設備作業率的逐漸提高，對軸承的使用壽命和可靠性要求也越來越高，而軸承的損壞約30%由潤滑不良引起，說明潤滑劑對軸承使用壽命起著重要作用。研究表明，提高潤滑脂的產品質量可將軸承使用壽命提高2～5倍[1]。

潤滑脂在滾動軸承中的最長使用壽命(簡稱軸承的使用壽命)是評價潤滑脂使用壽命的重要指標之一，該性能的優劣直接關系到軸承的運行性能和使用壽命，對一次性注油和長期運轉的設備更為重要。使用滾動軸承潤滑脂測試儀FE9在一定的溫度、速度、載荷和密封方式下進行潤滑脂壽命試驗，已列入很多潤滑脂的檢驗規范[2]，還可根據試驗結果進行合理的內推和外延以得到該潤滑脂在不同軸承(類型和尺寸)、工作溫度、速度和載荷條件下的理論潤滑脂壽命[3]。

1 試驗方法

采用滾動軸承測試儀FE9，依據DIN 51821標準要求的潤滑脂壽命檢驗規程及操作原理對不同的鋰基潤滑脂進行壽命試驗[4-5]。

試驗采用向心推力球軸承，試驗條件見表1。根據標準要求，至少使用5套軸承開展試驗，將每套軸承的試驗結果記錄在韋布爾分布圖上，然后通過軟件計算出各種百分比下試驗軸承可超過載荷的持續時間，本文均以50%失效概率F50[5]計算。

表1 試驗條件Tab.1 Test conditions

本文著重討論鋰基潤滑脂的油分離度、極壓性能的變化等對潤滑脂壽命的影響。

2 油分離度對潤滑脂壽命的影響

大部分中小型密封軸承是將潤滑脂一次性封存在軸承內部空間，而潤滑脂所特有的栓塞流動特性使接觸區的潤滑劑供應不充分，即密封軸承的潤滑屬于乏油潤滑，因此潤滑脂在軸承運轉過程中的持續分油能力是保證軸承良好運轉的重要條件之一。

潤滑脂中的基礎油以游離油、毛細管油、膨化油3種方式存在。潤滑脂分油能力主要取決于后2種油的含量，因游離油最易析出，毛細管油次之，而膨化油最不易析出[6]。影響潤滑脂分油能力的因素有很多，主要包括稠化劑類型和含量、基礎油種類和黏度、潤滑脂制造工藝等。本文通過不同黏度等級的基礎油組合調整潤滑脂的分油能力，然后用滾動軸承測試儀FE9分別對不同潤滑脂試樣進行壽命試驗。

2.1 單鋰基潤滑脂

表2中的試樣(A,B,C,D)均采用單鋰皂稠化劑，并且基礎油的種類和黏度相同，通過潤滑脂的制造工藝和基礎油組合調整潤滑脂的分油能力，采用IP121油分離度方法(不同潤滑脂的使用溫度不同，所以測試的最高溫度也不一樣，礦物油潤滑脂測試的是120 ℃，合成油潤滑脂測試的是140 ℃)測試潤滑脂的分油能力。

表2 單鋰基潤滑脂試樣的組成及試驗結果對比Tab.2 Comparison of test results and composition of lithium grease samples

由表2可知：40 ℃下4種試樣油分離度差距不明顯，120 ℃下4種試樣的油分離度區別比較明顯；根據120 ℃油分離度情況與潤滑脂壽命結果對比看，油分離度最大的D試樣和油分離度最小的C試樣的壽命均較短，而油分離度適中的A試樣和B試樣的壽命較長。

2.2 復合鋰基潤滑脂

為進一步研究潤滑脂油分離度對潤滑脂壽命的影響，采用復合鋰皂稠化劑,相同結構和不同黏度的聚α烯烴基礎油制備的3種潤滑脂試樣(E,F,G)，試驗數據見表3。

表3 復合鋰基潤滑脂的組成及試驗結果對比Tab.3 Comparison of test results and composition of complex lithium grease samples

由表3可知，不同基礎油黏度的合成油復合鋰基潤滑脂在140 ℃時的油分離度對潤滑脂壽命有不同的影響：E試樣基礎油黏度小,油分離度大，壽命最短，只有139 h；G試樣基礎油黏度大,油分離度最小，壽命為205 h；而油分離度適中的F試樣壽命最長，達到了320 h。

2. 3 小結

由以上2組試驗數據可知，無論是以礦物油為基礎油的單鋰基潤滑脂還是合成油為基礎油的復合鋰基潤滑脂,其壽命與油分離度都有一定關系，即潤滑脂在試驗溫度下的油分離度過大或過小，相應的壽命均較短。油分離度過小不能保證軸承得到較充分的潤滑，軸承潤滑效果不好而導致試驗時間較短；油分離度過大潤滑效果雖好，但潤滑脂過早失效，同樣導致試驗時間較短。因此，礦物油單鋰基潤滑脂和合成油復合鋰基潤滑脂在試驗溫度下油分離度分別為10%和7%左右時潤滑脂壽命最長。

3 極壓抗磨劑對潤滑脂壽命的影響

潤滑脂壽命試驗的條件屬中速和中等載荷，因此潤滑脂的極壓抗磨性能對潤滑脂壽命有一定的影響。為保證試驗的連續性，在試樣A(擬提高礦物油類潤滑脂的壽命)的基礎上加入一定量的硫磷添加劑制備出試樣A1，并在A1試樣的基礎上添加少量的含鉬添加劑制備出試樣A2。對2個試樣的相關理化指標及潤滑脂壽命進行試驗，試樣的組成及試驗結果見表4。

表4 含極壓抗磨劑的試樣組成及試驗結果對比Tab.4 Comparison of test results and composition of samples containing extreme pressure anti-wear agents

由表4可知：極壓抗磨劑的加入使A試樣的壽命明顯提高(由132 h提高到195 h)。而加入含鉬添加劑的A2試樣壽命達到了261 h。極壓抗磨劑對潤滑脂壽命有顯著的影響，可有效改善潤滑脂的壽命。

隨機抽取A1和A2試樣數據中各1套軸承(每個試樣試驗5套軸承)，其輸出功率的變化規律如圖1所示，A2試樣試驗過程中輸出功率隨時間變化的曲線比較平穩，該曲線越平穩表示軸承在試驗過程中的扭矩越穩定。可以說明含鉬添加劑的潤滑脂對軸承的潤滑更加充分，潤滑脂選擇合適的極壓抗磨劑組合不僅能提高潤滑脂壽命，而且軸承在運轉過程中會更加平穩。

圖1 試驗軸承的輸出功率隨時間的變化規律Fig.1 Change rule of output power of test bearing with time

4 結論

1)鋰基潤滑脂油分離度過大或過小均會影響其壽命，因此要控制油分離度在一個合適的范圍內。試驗結果表明，礦物油單鋰基潤滑脂和合成油復合鋰基潤滑脂在試驗溫度下油分離度分別為10%和7%左右時潤滑脂壽命最長。

2)在鋰基潤滑脂中加入極壓抗磨劑可提高壽命。特別是加入含鉬添加劑后，不僅進一步提高了潤滑脂壽命，而且試驗過程中的輸出功率更加平穩，扭矩波動較小。