润滑剂剩余使用寿命评定技术的研究

润滑剂剩余使用寿命评定技术的研究 2006年2月 第2期(总第174期) 润滑与密封 LUBRICATIONENGINEERING Feb.20o6 No.2(serialNo.174) 润滑剂剩余使用寿命评定技术的研究 王德岩黄毅褚建林孙越鹏 (1.空军油料研究所北京100076;2.66177部队北京102249) 备摘要:介绍了国内外润滑剂剩余使用寿命评定技术的研究现状,并对儿种典型的 评定技术进行了分析和对比.结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,循环伏安评定技术是最适合的润滑剂剩余使用寿命评定技术,利用这种技术 可以有效地评价润滑剂的使用寿命和 鲁设备工作状况. {=关键词:润滑剂;剩余使用寿命;评定技术 中图分类号:0657文献标识码:B文章编号:0254—0150(2006)2—147—3 TheStudyonMeasurementTechniquesforRemaining UsefulLifeofLubricants WangDeyan'HuangYi'ChuJianlinSunYuepeng (1_AirForcePOLResearchInstitute,Beijing100076,China;2.66177Unit,Beijing102249, China) Abstract:Thestudysituationonmeasurementtechniquesforremainingusefullifeoflubrican tsathomeandabroadwas introduced.Sometypicalmeasurementtechniqueswereanalyzedandcompared.Theresults howsthatvohammetricmeas? urementtechniquesarethebestmethodtomeasureremainingusefullifeoflubricants.Thisme asurementmethodcanel- fectiveevaluatethelubricantsremainingusefullifeandtheconditionofoperatingequipment, Keywords:lubricants:remainingusefullife;measurementtechniques 润滑剂在使用过程中会因热氧化而降解,尽管在 润滑剂中加入特定的化合物能提高润滑剂的抗热氧化 能力,延缓润滑剂的降解速度,但是随着润滑剂使用 时间的增加,其物理性质将持续变化,最终达到使用 寿命而失去润滑作用.润滑剂失效后将导致被润滑部 件得不到有效润滑而过分磨损,以致发生故障. 为了确保润滑剂不超过使用寿命,目前一般采用 定期更换润滑剂的方法.但这种方法是一种保守的手 段,使很多尚具有剩余使用寿命的润滑剂被浪费了. 现场采用的另外一种润滑剂的监测方法是长期稳定试 验法,包括测定总酸值/总碱值等的常规化验方法. 该方法通过测定润滑剂的总酸值来监测降解过程,或 通过测定总碱值以了解润滑剂中和酸性物质的能力. 除监控降解过程外,还可以应用原子光谱测定润滑剂 中的金属含量了解设备的磨损情况.因总酸值/总碱 值的测定受多种因素的影响,如设备的工作状态及添 加剂的含量等,因此它们不能用来确定润滑剂的工作 时间和剩余寿命. 目前,国内外研究者对润滑剂剩余使用寿命的评 收稿日期:2005一叭一O5 作者简介:王德岩,助理工程师.E-mail:wdy1988@126.(201/I. 定方法进行了大量研究,并提出了一系列评定方法. 本文作者介绍了国内外润滑剂剩余使用寿命评定技术 的研究现状,并对几种典型的评定技术进行了分析和 对比. 1润滑剂剩余使用寿命评定技术的研究现状 所谓的润滑剂剩余使用寿命就是从润滑剂开始加 入设备中使用,到其物理性质发生变化,不能满足设 备对润滑剂的各种性能要求,从而不能起到润滑作用 时这一期间被称为润滑剂剩余使用寿命(RUL)…. 早在1987年6月,美国的戴顿研究所受美空军 的委托就开始进行了润滑剂剩余使用寿命评定的研 究J.此后美国对该项技术进行了大量的研究,到 20世纪90年代,基本形成了一套完整的实验方法, 并开发出成型的润滑剂剩余使用寿命专用评定仪器 (见图I).目前,在理论研究方面比较有代表性的有 RobeaKauffman和Rhine等人,他们研究了用于润滑 剂剩余使用寿命评定的热氧化,化学氧化,电化学等 相关技术,并对各种评定技术进行了分析和对比,认 为伏安测定技术是目前润滑剂剩余使用寿命评定的最 佳技术. 伏安法测定技术源于2O世纪2O年代捷克化学家 海洛夫斯基对滴汞电极的研究.2O世纪3O__4O年代 ??? 148润滑与密封总第174期 美国人凯瑟夫和他的学生对该项技术进行了应用研 究.此后的2O年,循环伏安法,三电极系统等一些 高级技忙相继产生了.到1970年,借助计算机分析, 玻碳和化学改良电极的高级技术也相继lH现了2O 世纪8O年代Kauffman等人将该技术用于润滑剂剩余 使用寿命的评定,并取得了迅速发展.试验证明,运 用电化学氧化方法通过测定润滑剂中的抗氧剂含星来 评定润滑剂的RUL的分析技术是完全可行,可靠 的? 我国对于润滑剂剩余使用寿命评定技术的研究工 作起步较晚.后勤工程学院,空军油料研究所在最近 的四五年里进行了该项技术的研究,但主要集中在基 础理论的研究,还没有形成一套完整的技术理论.国 内还没有开发出相关的评定仪器,相关论述也较少. 后勤工程学院油品测试与评定中心的史永刚,冯 新泸,李子存等人进行r相关的研究工作,他们利用 线性伏安测定技术对润滑剂剩余使用寿命进行了评 定,并分别利用铂碳和金属铂]二作电极,不同的溶剂 和电解质对内燃机油进行了评定,分析了可行性和可 靠性,探索出了最佳测定条件. 空军油料研究所的千德岩等人也进行了相关的研 究工作.他们利用循环伏安法对涡轮航空发动机润滑 油和航空润滑脂进行了评定,得出了以玻碳为:工作电 极,丙酮为溶剂,碳酸锂为电解质进行评定的最佳r 作条件.研究结果表明,循环伏安法除具有费用低 廉,评定快速,准确,操作简便并可直接显示结果等 优点外,还具有检测设备工况,测定润滑剂的TAN/ TBN等理化指标.预测设备润滑系统故障等功能. 2几种典型的评定技术 润滑剂剩余使用 寿命评定技术就是利 用热氧化,化学氧化 或电化学等技术对润 滑剂的剩余使用寿命 进行评估与检定,判 断装备的润滑剂是否 适合继续使用以及进 行状态监控的理论和图1润滑油剩余使 技术总称.一F面介用寿命评定仪 绍几种典型的评定技术. 2.1热氧化技术 热氧化技术就是采用物理加热的方法,通过热氧 化作用迅速消耗掉润滑剂中的抗氧剂;抗氧剂消耗完 毕后,润滑剂的基础油即迅速降解;通过确定基础油 降解的"开始时间"(等温条件)或"开始温度" (变温条件),即可达到评定润滑剂剩余使月】寿命 (RUI)的日的.该方法分为高压羞热分析法和差示 扫描量热技术.差热分析技术由于分析时间较长不能 满足快速测定的要求.而高压差热分析由于需较高压 力,操作复杂,加之费用较高,测定结果准确度不 高,不适于进行润滑剂剩余使用寿命的评定. 2,2化学氧化处理技术 化学氧化处理法足基于油样巾的抗氧剂收集自由 基和分解氢过氧化的能力来进行研究的.该种方法 有自由基收集法(FRT)和比色法.由于FRT方法 在操作上受到限制,难以用于润滑剂剩余使用寿命的 评定,这里主要介绍比色法. 比色法是以抗氧剂系统分解氯过氧化物的能力为 基础的,陔方法是确定油样中的抗氧剂分解过氧化物 的能力.比色法是以双4-二甲基氨二硫代联苯酰镍 复合物(BDN)和抗氧剂与老化四氧呋喃(THF) 的竞争反应为基础的.当BDN反应时,溶液逐渐变 成无色,使得BDN的反应速度可以通过它的脱色速 度米测量.通常,在抗氧剂存在情况下BDN溶液脱 色速度取决于抗氧剂阻止BDN与老化THF反应的能 力.陔方法易于操作且比DSC方法成本较低,需要 试样少,要求10min内完成分析,且不需要像DSC 法的高压,高氧条件,有更好的安全性. 由于比色法是以BDN在25c【=下被THF脱色为基 础的,它没有任何热和压力的要求,因此与DSC及 FRT确定诱导期相比,用BDN脱色速度来确定润滑 剂RUL是比色法的最大优点.因为贯穿整个试验 BDN脱色速度足一个常数.所以油样抗氧剂的能力 可以在1min内测出来. 2.3电化学分析技术 日前应用于分析化学领域里众多的电化学分析技 术中,其中最具代表性的是循环伏安技术和线性扫描 伏安法.其作用机理足:给电极施加一个足够大的电 压,使抗氧剂和其它电化学活性物质在玻碳工作电极 表面发生氧化反应,电化学氧化反应向电极释放电 子,电流强度与溶液中的抗氧剂浓度成线性关系.抗 氧剂浓度与类型和电流强度与电压相关,通:过抗氧剂 浓度得出剩余使用寿命. 循环伏安技术是建立在微电极t的电流电一时 问的线形关系L的.测定时,先将待测油样溶解在含 有电解质的溶剂(不同抗氧剂类型的润滑剂不同) 2006年第2期王德岩等:润滑剂剩余使用寿命评定技术的研究149 中,再将三电极(工作电极,参比电极,辅助电极) 插入到混合溶液中.辅助电极的电压开始时随时问的 增加而增大然后线性下降,工作电极表面产生的电流 作为时间的函数进行记录.如图2为一种典型的航空 涡轮发动机润滑剂的持续电压的电压.电流图j. 图2中,开始时电压低(图2中的(1)),电化 学氧化速度较慢,因此工作电极表面没有电流产生. 当辅助电极的电压比油样中的抗氧剂的氧化电压高 时,抗氧剂氧化使阳极电流增加(称作氧化峰).一 旦抗氧剂都被氧化完毕,辅助电极的电压记录方向逆 转,然后立刻下降(图2中的(2)).当辅助电极的 电压变得比氧化后的抗氧剂还原电压高时,氧化后的 抗氧剂开始还原,并使阴极电流增加(称作还原 峰).氧化和还原峰出现时的电压值和峰高用来确定 和计算油样中存在的抗氧剂.当辅助电极的电压达到 开始值时(图2中的(3)),电压记录方向逆转并立 即增大进入下一个电压循环.良好的电压循环用于确 定抗氧剂在发生氧化还原反应时,是否生成了新的抗 氧剂.正如图2所示,原来的抗氧剂系统(图2中的 (A))产生了新的抗氧剂,因为在第2个电压循环中 出现了第一个循环中没有出现的氧化峰(图2中的 (B)). 篓囊一无毒溶剂中的电化酬矗)一/,一7(1)学氧化反应的,它…嘞没有任何"差热分 /'/氧…… 析"(DSC)技术的【2)\/一第二圈电压循环 热和压力要求以及 s 4 0 . 4 . s鎏 . 12 . 16 . 20 比色技术的使用危一1,0电压,v. 险化学药品的要求.图2循环伏安法技术 循环伏安法最大的 优点是在于测定结果准确,操作方便且不论油样的 RUL多大,它的测试时间均不超过1rain.相比较而 言,DSC和比色技术的试验时间由油样的RUL决定, 在1,10rain之间不等.因此该种方法最适于评定润 滑剂剩余使用寿命,同时该方法也给开发航空发动机 油液监测系统提供了一条可选路径. 3结束语 用循环伏安法技术分析润滑剂剩余使用寿命是可 靠的,且与常规分析方法相关性很好.这种方法为润 滑剂剩余使用寿命的快速测定和现场及在线准确测定 提供了可能.用抗氧剂浓度可以预测酸值和粘度的变 化,是评价润滑剂使用寿命的有效手段. 美国空军已开发出评定润滑剂剩余使用寿命的技 术和试验仪器,这些试验仪器操作简单,易于推广使 用.另外,所开发的润滑剂剩余使用寿命评定技术也 超出了预期的功能,它不仅能够评定润滑剂剩余使用 寿命,确定合适的换油期以节省大量的润滑剂和人 力,而且还可以作为SOAP技术的补充,r叫书来预测 润滑系统的故障. 参考文献 【1】KauffmanRE,RhineWE.AssessmentofaRemainingLu bricantLife[R].ReportNo.AFWALTR一86—2024,Ne— vember,1986. 【21KauffmanRE.RemainingUsethlLifeMeasuremeutsofDiesel EngineOils,AutomotiveEngineOils,HydraulicFluids,and GreasesUsingCyclicVohammetrieMethods[Jj.LubEng, 1995.51(3). 【3】RapidDeterminationofRemainingLubricantLife[J].STLE HandbookofLubricationandTribology:VIII,1994:89一 100 【4】史永刚,冯新泸,李于存一种润滑剂工作状态监测新技 术[J]理化检验(化学分册),2002(12) 【5】王德岩,润滑剂剩余使用寿命快速测定新技术[J].军 用航油,2003(4). 【6】KauffmanRE.Rapid,PortableVohammetricTechniquesfor PerformingAntioxidant,TANandTBNMeasurements[J].Lub Eng,1998,54(1):39—46. 【7】KauffmanRE,RhineWE.润滑剂剩余使用寿命评估技术 的发展(第一部分)——差示扫描量热技术[J].陈声 强,译.军用航油:国外版,1990(3). 【8】KauffmanRE,RhineWE.润滑剂剩余使用寿命评估技术 的发展(第=部分)——比色法[J]陈声强,译.军 用航油:国外版,1991(1) 【9】KauffmanREDevelopmentofaRemainingUsefulLifeofa LubricantEvaluationTechnique.PartIII:CyclicVoltammetric Techniques[J].LubricationEngineering,1990,46(1). 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