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耐高温润滑脂测试新技术
www.sinolub.com    2015-10-13    中国润滑油信息网
  如今,随着行业对设备效率要求的提高,润滑脂面临的工况更为严苛。恶劣的工况环境意味着,润滑脂必须在高温条件下为齿轮和轴承提供更好的润滑和抗磨损保护。

  显然,润滑脂的耐高温性能及对其的关注都不再是新鲜话题,但是在过去十年间行业对该领域的研究不断增加和深入。例如,雅富顿公司最新的研究主题是温度变化对转矩的影响以及这些变化与润滑脂稳定性及摩擦性能的关联。稳定性和摩擦控制力强的润滑脂能够有效减少扭矩损坏。高温条件下润滑脂性能的完整性可以通过现有的几种技术和结合一些新技术来测定。此外,耐高温润滑脂配方完整性的提高,能有效改善磨损,延长轴承寿命。

  高温性能

  在欧洲,两种通用的润滑脂分类标准分部为DIN51502和ISO6743。两种分类标准明确规定了,如果润滑脂不能通过指定的120℃温度测试,那么就该采用滴点来测试最高的操作温度。

  虽然耐高温润滑脂在通用的轴承试验上表现一般,但是它们在特定的高温应用中性能表现卓越。在通用的测试中,粘稠的润滑脂(NLGI 0及以下)会在轴承中侧漏出来;而通常耐高温润滑脂造成轴承故障并不是因为油脂降解,而仅仅是因为泄漏。

  也就是说,特种润滑脂可能具有优良的高温稳定性,但却未必能在较好地通过通用标准的轴承润滑油测试。

  润滑脂高温性能的定义应分为两部分:即,温度上限—油脂可以短时间发挥作用的最高温度,以及最高操作温度——润滑脂可以保持长时间工作的最高温度。

  制造商在确定最高操作温度上差异非常大。分析同类锂润滑脂产品数据表,我们发现油脂的最高操作温度上限在120到250度C之间;此外最近有研究表明,行业对最高操作温度的定义标准不一致,不同的最高温度测试导致了不同的结果。

  热量的影响

  要定义润滑脂最高操作温度可选测试或测试组合的标准,我们就需要了解影响油脂降解的参数以及降解对润滑脂性能的影响。某些研究表明,高温条件下油脂蒸发导致降解,这也是造成高温润滑性能损失和轴承损坏故障的主要原因。还有研究表明,抗磨性能和边界性能也在轴承故障中扮演者重要的角色。

  同样地,雅富顿公司对润滑脂配方进行了多维度的调查研究,以发现润滑脂配方和油脂高温轴承保护性能的关系。研究确定了三个关键的影响因素,每一个因素都代表了润滑脂高温性能不同的一个方面。第一个因素是了解高温条件下润滑脂的结构和热稳定性。研究的测试包括滴点、热重分析、油分离和流变应变扫描。

  滴点表示润滑脂增稠剂在高温条件下锁住油脂的能力。如果油脂的高温条件下从轴承中被释放出来,就很有可能会导致轴承故障。

  雅富顿公司的流变仪测试,主要是测量润滑脂结构完整性被破坏(又称为屈服点)以及油脂完整性丢失后的刚度(称为在流点的储能模数)时的剪切应力。这两个参数都是衡量油脂保护性能的的重要指标。流变仪测试采用了3个润滑脂样本,测试温度在140和160摄氏度之间。不同润滑脂的屈服点差异显著。其中一种油脂在标准应力下显示出完整性轻微下降,而第二种甚至在更高的温度下保持了原有的稳定性。

  第三种润滑脂在较高温度下丧失结构完整性所需的应力相对更小。可见,润滑脂在指定高温下保持其结构完整性的能力与其温度润滑保护性能密切相关。

  同样地,倾点的弹性模量(倾点是指润滑脂内部结构开始变得像凝胶状物质,像粘性材料的时候)可能是衡量润滑脂在应用条件下保持在轴承内的重要指标。3种润滑脂在倾点测试中又有了截然不同的表现,其中两个在140和160摄氏度两个温度中得出测量值差异不大。另一方面,第三种润滑脂在两个不同温度的测量值变化比较大。测量值表明了润滑脂的刚度,也意味着油脂流入接触区的能力。因此,如果润滑脂刚度高,油脂就无法很好地移动到轴承的接触区,并为轴承金属表面提供润滑。

  雅富顿研究评估的第二个因素是润滑脂的摩擦和磨损性能。雅富顿公司测量边界润滑和薄膜的摩擦系数,并分析了FAG fe-9钻机测试后轴承的磨损。我们使用了修改后的版本的试验方法标准测量摩擦、磨损以及润滑脂的耐磨特性。我们用测试的结果来分析高温条件下不同润滑脂配方的摩擦和磨损反应。

  140摄氏度高温测试的扭矩痕迹表明,不同润滑脂在指定高温条件下的反应千变万化。高摩擦系数的润滑脂因增加轴承运转的能量导致轴承故障,而许多轴承测试通过增加扭矩测试来鉴定轴承故障。

  雅富顿公司用来评价润滑脂高温性能的第三个参数是氧化稳定性。这促使研究人员对高温润滑脂配方抗氧化组合添加剂的有效性进行测试。此外,研究人员在加入极压剂、抗磨剂和腐蚀抑制剂的情况下,对抗氧化剂组合进行测试。测试比较了七种市售的高温性能润滑脂。我们研究了油分离和蒸发以及在标准测试中的氧化稳定性。此外,研究人员将润滑脂应用于滚动轴承后进行流变仪测试(RBA试验)。三周后,打开轴承,将剩余的油脂从油盒中取出,通过余寿命评估的常规测试测定试验后的剩油脂抗氧化剂的比例。

  RBA试验中的油分离和蒸发测试结果表明,单单是标准测试方法,如ASTM D6184,不足以测定在升高的温度下轴承中润滑脂的损失。例如,其中一个样本油脂在ASTM D6184的测试结果显示出最高的油脂损失,但当轴承内部加热到120和140摄氏度时,油脂损失却比其他油脂少得多。从这一事实可以很容易理解到,该润滑脂的滴点非常接近140摄氏度。

  无论是压差扫描量热法(PDSC)还是RBA试验中,复合磺酸钙基润滑脂的性能表现都是最好的。与其他润滑脂相比,磺酸钙基配方的抗氧化物性能更好,在140摄氏度高温测试三周后该类润滑脂保持的原始抗氧化剂比例高达49%。

  在PDSC测试中,锂加厚和粘土加厚润滑脂的氧化稳定性表现最差。但是,该类油脂在RBA测试中表现却截然不同。在120摄氏度温度测试三周后和140摄氏度的两周后,锂稠化润滑脂发生降解。在两个高温测试中,粘土稠化润滑脂的失效时间都是三周后。RBA test中所有润滑脂的反应可以分为两个阶段。在油脂老化过程的第一阶段,扭矩等于或低于新油的扭矩。温度升高引起油脂渗油,从而导致扭矩降低,这就可能提高对滚流。在第二阶段,扭矩再次开始升高,并最终导致轴承故障。

  油脂老化的第二阶段,基础油中的氧化剂和聚合物以及轴承中油脂泄漏,导致润滑不足,从而造成扭矩增大。RBA试验120和140摄氏度高温测试的结果与DIN 51502中确定最高操作温度上限的SKF r2f-b测试结果大都吻合。只有一项参数与SKF r2f-b试验结果不一致,其中的原因尚不清楚,需要进一步调查。

  结论

  流变学在对了解润滑脂各方面性能的重要性变得更加清晰。雅富顿的研究表明,多种技术能够帮助润滑油配方技术员更好地了解在接近真实环境条件下油脂固体和液体的参数。

  标准分析法和测试平台的调整能够为润滑脂配方中关键性能参数提供非常好的观察分析角度。测定结构稳定性和热稳定性的能力、摩擦磨损对高温扭矩的影响以及油脂的氧化稳定性等参数对润滑脂配方人员来说都是无价之宝。在一个给定的应用程序中对润滑脂各方面性能进行多层次分析,能够更好地了解润滑脂的关键性能参数,为采用更高效和更具有成本效益的方式研制润滑脂配方提供了新的方向。

  该项研究表明,轴承油脂损失是导致故障的关键因素。同时,标准的油脂分离试验并不总能够在实际的操作温度中很好的分析油脂的损耗。相反,静态老化轴承的油脂损耗提供了一个更实际的方法来确定润滑脂的操作温度上限。

  滚动轴承油脂流变学测试为分析各种油品配方技术在较长时间暴露于升高的温度下的表现提供了一个良好的角度。虽然这项研究仍处于早期阶段,但是第一次的研究结果表明,开发利用流变测量与滚动轴承组件有可能成为确定的操作温度上限的一种方法。

来源:中国润滑油信息网

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