工業齒輪油不同黏度級別通讀規則研究

石 嘯

(中國石化潤滑油有限公司北京研究院，北京 100085)

0 引言

工業齒輪油廣泛應用于鋼鐵、水泥、煤炭和石化等眾多行業，隨著國民經濟的快速發展，其用量逐年遞增，2020年國內需求量已達到31萬t/a。按照GB 5903-2011要求，工業齒輪油出廠需要測試運動黏度、液相銹蝕、氧化安定性、四球極壓抗磨、FZG承載等16項理化指標和臺架性能。其中部分測試項目周期長(例如氧化需要13 d)、費用高(FZG為2萬元/次)，造成油品批次檢測項目多、檢測成本高、出廠延滯，不利于及時供應客戶。若依據工業齒輪油配方和產品性能特點，將出廠批次檢驗項目進行合理簡化，可有效避免重復浪費，助力市場保供。

1 齒輪油配方特點

工業齒輪油根據齒輪箱工況特點研制，一般要求具有合適的黏度、良好的黏溫性能、足夠的極壓抗磨性能、良好的氧化安定性性、抗乳化性能、抗泡性能和防銹防腐等性能,主要涉及極壓劑、抗磨劑、摩擦改進劑、降凝劑、抗氧劑、防銹劑、銅腐抑制劑、破乳劑和抗泡劑等添加劑。

根據添加劑在潤滑油中的主要作用，以功能分類，即“物質按其作用”分為三組：(1)摩擦改善劑(Tribo-Improvers additives)，包括摩擦改進劑、抗磨劑、極壓添加劑等，在潤滑劑配方中處于中心地位，直接有助于改善潤滑劑的摩擦學性能；(2)流變改進劑(rheology-improving additives)，包括黏度改進劑和降凝劑，主要是在流體動力條件下，通過改變液體的體積特性來改善潤滑性能，主要涉及基礎油的流動性；(3)性能保持劑(Maintainers)，是指通過防止潤滑系統中的物質劣化來幫助保持物質(潤滑劑和機械元件的材料)處于良好狀態的添加劑，主要作用為有助于延長潤滑系統的壽命，并且在某些情況下部分有助于提高潤滑性能。如抗氧化劑、腐蝕抑制劑(包括防銹劑)、抗泡劑和破乳劑等。

除根據添加劑的功能進行分類外，還可以通過其作用點和作用機理進行分類，如以作用點分類可分為界面劑和分散劑兩類，以作用機理分類可分為化學添加劑、物理添加劑兩類。表1列出了各個潤滑劑添加劑不同分類的交互特性[1-3]。

表1 添加劑不同分類的關系

從表1可以看出，極壓劑、抗磨劑、摩擦改進劑、抗氧劑和腐蝕抑制劑均為化學作用機理，彼此之間存在相互影響，如競爭吸附作用等。物理作用類添加劑包括降凝劑、破乳劑、抗泡劑。依據添加劑的化學作用、物理作用以及界面作用機理，并根據齒輪油配方開發經驗，工業齒輪油理化項目和添加劑、基礎油關聯性見表2。

表2 工業齒輪油主要理化項目與添加劑、基礎油關聯性

表2(續)

根據表2對應情況，工業齒輪油最為重要的極壓性能與配方中的極壓抗磨劑、防銹劑和基礎油相關度較大；若在添加劑種類和加劑量完全相同的情況下，提升齒輪油的黏度級別可增大油品的油膜厚度，油品承載性能增強；即添加劑相同情況下，基礎油組分類別相同僅比例不同的同源基礎油配方，高黏度級別工業齒輪油承載高于低黏度級別工業齒輪油。因此對于添加劑相同且基礎油同源的工業齒輪油配方，低黏度級別油品承載性能可向上讀到同源高黏度級別。

氧化性能與配方中的抗氧劑、極壓劑和基礎油關聯性較強，根據經驗一般同類低黏度基礎油的抗氧化性能優于高黏度基礎油，因此高黏度級別齒輪油抗氧化性能可向下讀到同源低黏度級別。同源低黏度基礎油低溫性能優于同源高黏度基礎油，因此傾點的情況類似，即降凝劑及劑量相同時，高黏度級別配方傾點可向下讀到同源低黏度級別。

2 DIN與Flender通讀規則

由于德國強大的機械制造實力，同時擁有Flender、SEW、Bosch Rexroth和Eickhoff等眾多高端工業齒輪箱OEM，引領了齒輪箱和工業齒輪油技術發展趨勢，德國標準化學會(Deutsches Institut für Normung，DIN)的《潤滑劑.潤滑油.第3部分:潤滑油CLP的最低要求》：DIN 51517-3齒輪油標準在行業中廣泛使用，且認可度高[4-11]。DIN 51517-3-2018標準附錄A中對工業齒輪油的通讀規則有明確要求，具體見表3[12]。

表3 DIN 51517-3工業齒輪油不同黏度級別通讀規則

表3(續)

從表3可以看出，DIN 51517-3-2018對于工業齒輪油的極壓承載性能，如FZG和FE-8僅需測試最低黏度級別；對于傾點僅需測試最高黏度級別，而氧化安定性、銅片腐蝕和液相銹蝕除了需要測試最高黏度級別，還需要補測常售黏度級別，有助于進一步確認該配方體系可行性。

弗蘭德(Flender)為國際頂尖工業齒輪箱制造商，其齒輪箱產品涵蓋水泥、鋼鐵、煤炭和港口等各個工業領域，技術水平和市場占有率均處于領先地位。弗蘭德主導的AS7300工業齒輪油技術規格多年來一直引領著國際工業齒輪油技術規格的發展，目前已更新為第16版，在工業齒輪油領域具有極為重要的地位[13]。弗蘭德工業齒輪油技術規格AS 7300中一共有10余個測試項目[14]，相關黏度級別測試要求見表4。

表4 弗蘭德AS7300技術規格對工業齒輪油配方測試要求

表4(續)

由表4中可知，弗蘭德AS7300不同黏度級別通讀規則要求與DIN 51517-3-2018基本一致，對于FZG、FE-8軸承和FVA54微點蝕等承載性能均對最低黏度級別VG 150進行測試，Flender泡沫對最高黏度級別VG 680進行測試，而對于底漆、面漆、橡膠兼容性和弗蘭德過濾測試僅需測試常售黏度級別VG 320。

3 國內工業齒輪油通讀規則建議

從齒輪油配方特點、添加劑作用機理、DIN 51517-3和弗蘭德工業齒輪油技術規格的通讀規則可以看出，對于FZG、FE-8和微點蝕等承載性能可以從低黏度級別向上通讀，抗氧化性能可以從高黏度級別向下通讀，結合國內工業齒輪油實際情況，國內L-CKC/L-CKD工業齒輪油通讀規則建議如表5。

表5 L-CKC/L-CKD工業齒輪油通讀規則建議

以L-CKD工業齒輪油為例，VG 68～1000等8個黏度級別18個分析項目共需測試144個理化和臺架項目，測試周期長，費用高。經過通讀規則簡化后，常規理化只需測試86個，氧化長周期和承載性能臺架僅需測試12個，常規理化精簡了10.4%，氧化長周期和承載性能臺架精簡了80%；特別是13天長周期的氧化實驗從8個黏度級別縮減為2～3個黏度級別，對于油品快速出廠具有重要意義。按常規檢測價格計算，全黏度級別單批次總檢測費用可節省64.7萬元，檢測費用僅為采用通讀規則簡化前的12.7%，節約效果顯著。

4 小結

國內工業齒輪油產量逐年增加，但油品生產環節存在一定程度的供貨不及時，檢測費用過高的情況。根據工業齒輪油產品特點和DIN 51517-3等工業齒輪油標準跨黏度級別通讀規則，結合國內齒輪油實際情況綜合分析梳理了L-CKC/CKD工業齒輪油通讀規則，按照承載性能和抗氧化性能等項目分別進行低黏度級別和高黏度級別測試，可有效簡化油品檢測個數，節省檢測費用，加快油品出廠速度，對于工業齒輪油生產環節避免重復浪費，及時穩定市場供貨均具有重要意義。