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润滑、润滑油与润滑脂基础(一)

时间: 2019-04-29
作者: 澳凯
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一、润滑的基本概念

  1. 润滑的来源

        我国是世界上最早发现和利用润滑材料的国家之一。关于润滑的最早记载见于《诗经》。其中的《邶风·泉水》有这样的诗句“载脂载辖,还车言迈”,“辖”用在古车上,相当于现在的销钉,使车轮轴向固定;而“脂”当然是润滑剂;“还”即回还,“迈”就是快。意思是用油脂将车轴充分地润滑,细心检查销钉,驱车快快回家。这清楚地说明,对轴承进行润滑,车子才能跑得轻快。在河南安阳殷墓的遗迹中,就有驾四匹马的战车,那时的马车车轴和轴套是用木材制成的,已有用动物油脂来当润滑剂的痕迹。周代(公元前1066-前256)时,即记载了广泛使用动物油脂作为车轴的润滑剂的史实。考古学家描述到:毂中间钻孔,装上两端细的车轴,两者之间还要装上铜制的锥形轴承,外面裹上皮革,内有润滑剂。中国古代约四千年前开始用牛拉车,三千年前开始牛耕,因此不会大量宰杀牛。作为润滑剂的动物油脂主要是指羊油和猪油。至于植物油的出现较晚,用做润滑剂也是汉朝以后的事情了。

           埃及的法老、金字塔、斯芬克斯、图坦卡蒙陵墓里的财宝等等非常引人遐思。尤其是金字塔,对于它的建造人们有过种种猜测,甚至有人认为这是在超级智慧外星人的帮助下建造起来的。其实不然,埃及人对他们的成就感到很骄傲,因而用图画和象形文字把建筑工程记录下来。任何对此有兴趣的人,都可去埃及看看古代建筑和陵墓墙壁上那些描绘大型建筑工程的壁画。

    润滑、润滑油与润滑脂基础


                                                    博尔塞Tehuti——Hetep墓发现的埃及人搬运石像的壁画

           上图所示的壁画是在博尔塞Tehuti-Hetep墓发现的,展示了当时古埃及人是如何搬运大型石像的。雕像固定在雪橇上,与后期亚述人使用的雪橇一样,但他们没有使用滚珠和撬杆。而是,在石像基座上有一个人在往地上雪橇前进方向上倒润滑剂。有人猜测倒的是油,有的说倒的是水。最让人信服的结论是雪橇是在木板铺的路上滑行,木板用水润滑。俯身倾倒润滑剂的人应该是有记载的第一个摩擦学家或者说是润滑工程师了。

  2. 润滑油的简介

     润滑油的来源: 润滑油成分中的基础油,大致分为以下两类:

①矿物油(Mineral oils): 矿物油系由原油(Crude oil)提炼出来,原油经由真空蒸馏(Vacuum Distillation)、溶剂脱柏油(Propane Deasphalting)、糠醛精链(Furtural Extraction)、脱腊(MEK Dewaxing)、加氢处理(Hydrofinishing)等步骤,提炼出供润滑油所需的基础油(Base oil),碳氢化合物(HydroCarbons)

②合成油(Synthetic .

     API定义基础油的分类

   

润滑、润滑油与润滑脂基础

3.润滑油的炼制

润滑、润滑油与润滑脂基础 

润滑油的成分:

润滑油(Lubricants)系由基础油(Base oil)与添加剂调配所产生,添加剂的功能系在增强基础油的不足及用途不同而调整其配方。


4.润滑剂的分类

 润滑、润滑油与润滑脂基础


二、润滑油的特性

1。粘度(Viscosity)

◆在润滑油中粘度为最重要考虑的因素。粘度高的润滑油油膜厚度高相对的油阻力也越大,反之亦然。因此如何选择正确的粘度亦是相当的学问。常被用来作为粘度的单位有(Cp, centipoise)、(cSt, centistokes)、(mm2/s, square millimetres per second)。


◆在润滑油中常使用的粘度分类有三种:


1、SAE(美国汽车工程师协会)如:5W/50、10W/40…其中W即为冬天耐温温度。在引擎油粘度皆以此作为分类。


2、SAE GEAR在齿轮油粘度则以80W/90、85W/140为常见粘度。


3、工业润滑油分类常以ISO粘度表分类,其系以ASTM、ASLE所定义粘度下作为油粘度分类。其分类根据ASTM D2422、BS 4231、DIN No.51519及 ISO Std.3448。



◆粘度- 温度曲线

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2.粘度指数 VI :


◆润滑油会依温度的高低其油黏度亦相对的稀薄或增厚。


◆若使用高黏度指数润滑油其在高温时油黏度较不易变的稀薄,如此在长时间高温环境下,其油耗量亦相对降低。通常矿物油须添加此一类型之添加剂,以减少机油在高温下之高耗油量。合成油则较少使用此添加剂,因为合成油本身大多为高黏度指数型。在使用温度环境高度差异下,常使用此一类型添加剂。


3.铜片腐蚀


◆铜腐蚀性:是指润滑油如果含有活性硫化物和低分子有机酸以及油品制备时残留的无机酸和碱,对金属的腐蚀作用。齿轮油的换油要测试该项指标。

◆测定:铜片腐蚀试验,用标准铜片浸在试样中,一般在100℃,3h.取出洗涤后与腐蚀标准色板进行比较。腐蚀标准色板分级:1a,1b/2a,2b,2c,2d,2e/3a,3b/4a,4b,4c。

◆四度12级:1无腐蚀;2为中度,2c开始认为有轻度腐蚀,新油不允许;3为深度,3a已认为有腐蚀;4为重度腐蚀,4a已是严重腐蚀。

润滑、润滑油与润滑脂基础

                                                                           ASTM铜片腐蚀比色板


4.闪火点

◆将润滑油加温至其油气蒸发足以引燃的最高温度,称之闪火点。闪火点通常被视为油品耐温安全参考,当然在高温场所使用较低闪火点油品时,容易产生较高之油质挥发及产生油耗,如此在高温场所是相当危险的。

◆在新油的状态下使用较高的粘度其闪火点亦相对较高。


润滑、润滑油与润滑脂基础

                                                     

5.酸值TAN

◆在润滑油提炼过程中,制造者将油中的硫化酸及残留物取出,使得基础油得以保持中性,最后使用试剂来测定油中之中和值。


◆此测试方式常被使用来测试油质氧化程度及使用寿命。因油氧化后易造成油质成酸性,进而降低润滑、腐蚀机件。此种测试称之为TAN(Total Acid Number),依据其酸性指数来判断,常用于涡轮机油、绝缘油,空压机油等。


6.倾点

◆倾点为润滑油在低温时所能流动的最低温度。


◆通常在低温环境使用时会将润滑油的倾点作为考虑,如:油压泵、汽车发动机等。


三、添加剂的认识

◆添加剂系由化学合成,添加于基础油中用以增强或延长润滑油之性能。润滑油使用对象不同如:汽车发动机、齿轮、船用发动机、航空器、高速蒸气涡轮机、工业机械等。


◆其添加剂所使用的种类、数量亦有所不同。添加于基础油从一种至十数种之多。其所占比 例亦能高达30%以上。


◆常见添加剂:

  1、抗磨剂(Anti-Wear):降低金属间摩擦。

  2、极压剂(EP):于高压状态下使用此添加剂以产生一金属膜以减少磨损。

  3、抗腐蚀剂(Anti-corrosion):腐蚀产生有两种原因,一是从润滑油本身酸性引致;另一则是由污染物引起,添加此剂有效降低腐蚀性。

   4、◆抗氧化剂(Anti-oxidation): 

当油温升高而其中又含有空气时,润滑油极易氧化。当油氧化时,油黏度增加及有机酸厚度亦增加,此外油泥油垢亦可能附着于热金属表面。在某些案例中,这些油垢可能进一步氧化并硬化,形成我们常见的积碳。在使用温度超过93℃时油会加速氧化,因此抗氧化添加剂急需使用。然而此一添加剂并不能全然保证完全不氧化,毕竟过度负荷的使用及基础油的操作因素,因此定时更换润滑油为保持机件最佳状况之不二方式。

  5、固体润滑添加剂

◆提供用于高温“高负荷及高压力”时使用,在某些高温场所时常被应用,由于此一类润滑 剂能用于超高温场所,故常见于烤箱,烘炉等。但此类产品需注意高温卡死状况,尤其是密闭型轴承。


◆常见之干式固体润滑剂:

  1、二硫化钼(MoS2) 黑色         耐温 450 ℃


  2、石墨(Graphite) 灰色         耐温 600 ℃


  3、铁氟隆(PTFE) 白色         耐温 300 ℃


  4、陶瓷(Ceramic) 白色     耐温 1100 ℃


四、合成油的认识

◆人工合成润滑油为近百年来特殊高科技产品,其效用及性能远大于矿物油,更能量身定做,因此渐为市场 所认知且接受之。由于合成油的前期成本为一般矿物油的三倍以上,在一般传统使用者旧观念的首次成本 考量下,竞争力较低。然而以合成油优越的性能及长期使用的状况下 其具有更佳的优点如下:

ü使用寿命较传统油三~四倍之多

ü抗氧化性更高 

ü结胶更低 

ü积碳更少 

润滑、润滑油与润滑脂基础

ü抗化学性更佳 

ü高低温性能更好 

ü更环保(可生化分解)。

因此推荐及指定使用合成油的厂商有愈增加趋势。




常见的合成油种类、主要差异:

润滑、润滑油与润滑脂基础


各种基础油的性能差异:

润滑、润滑油与润滑脂基础


各种基础油使用温度范围比较 :

润滑、润滑油与润滑脂基础


五、油品分析


◆油品分析的好处是:

    在设备故障前先发现,最有效率的设备检测,了解设备的健康信息,最迅速的故障排除。防范于未然,就是油品分析的精神。

    目的:·润滑油相当于人体血液;

                       ·了解油品状况,是否还可继续使用;

                       ·设备润滑情况的动态监测--磨损金属含量的趋势分析;

                       ·设备润滑故障的原因分析。


◆常检测项目:

  1.粘度 Viscosity (40 ℃,100 ℃ cSt)

  2.含水量(Water Content)

  3.金属磨耗/元素分析

  4.总酸值(TAN)

  5.光谱分析 (INFRA)

注意:需保留原油品油样


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