管文，戴振東，于敏，靳廣虎

（1.南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇南京 210016;2.南京航空航天大學(xué)仿生結(jié)構(gòu)與材料防護(hù)研究所，江蘇南京 210016）

極壓抗磨劑對不同航空油的適應(yīng)性

管文1，2，戴振東2，于敏2，靳廣虎1

（1.南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇南京 210016;2.南京航空航天大學(xué)仿生結(jié)構(gòu)與材料防護(hù)研究所，江蘇南京 210016）

直升機(jī)減速器潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障，齒輪軸承將處于無潤滑油工作狀態(tài)，使減速器在短時間內(nèi)破壞，造成災(zāi)難性的后果。將2%的T307、T321、T202、T391添加劑分別加入到926和DOD－L－85734航空油中做12Cr2Ni4A鋼摩擦副45 min油霧潤滑試驗(yàn)。結(jié)果表明:抗磨效果最好的是2%T202加入到926航空油和2%T391加入到DOD－L－85734航空油，2%T391加入DOD－L－85734油霧潤滑45 min的磨損體積僅是干摩擦43 s磨損體積的1/24。

油霧潤滑;添加劑;航空油;干運(yùn)轉(zhuǎn)

直升機(jī)減速器潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將會在極短的時間內(nèi)造成災(zāi)難性的后果。美國、歐洲、日本和俄羅斯均對直升機(jī)有30～60 min不等的干運(yùn)轉(zhuǎn)［1－3］能力要求，即在失油條件下，傳動系統(tǒng)（主減速器及尾傳動減速器）能工作一定時間，以便飛行員脫離作戰(zhàn)環(huán)境、尋找著陸點(diǎn)。目前中國直升機(jī)干運(yùn)轉(zhuǎn)能力不足30 min。油霧潤滑［1，3－5］耗油量少，能減小直升機(jī)的質(zhì)量，由于壓縮空氣能很好地散熱，故潤滑效果好。極壓抗磨劑的研究目前僅局限于浸油等充分潤滑情況，油霧潤滑抗磨劑的研究卻一直未得到關(guān)注。筆者采用油霧潤滑方式，對926和DOD－L－85734兩種航空油進(jìn)行多種極壓抗磨添加劑的摩擦學(xué)試驗(yàn)，以尋找油霧潤滑條件下抗磨性能最好的添加劑。為降低試驗(yàn)成本，以銷盤摩擦試驗(yàn)代替齒輪傳動。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 基礎(chǔ)油和添加劑

試驗(yàn)用基礎(chǔ)油是美國生產(chǎn)的DOD－L－85734航空潤滑油（簡稱DOD）和中國生產(chǎn)的926航空潤滑油。添加劑是由中科院蘭州物理化學(xué)研究所提供的T321（硫化異丁烯）、T307（硫磷酸復(fù)酯胺鹽）、T391 （磷酸復(fù)酯銨鹽）、T202（二烷基二硫代磷酸鋅，ZDDP）。將幾種添加劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)［6］2%分別加入到DOD和926航空油中攪拌均勻，得到待測油樣。

1.1.2 摩擦副

上、下試樣均是長治鋼鐵有限公司生產(chǎn)的12Cr2Ni4A，該鋼是中國航空齒輪鋼的主要材料之一。上試樣是Φ4 mm×10 mm的小圓柱，下試樣是Φ98 mm×4 mm的圓盤（圖1）。上、下試樣的表面處理與直升機(jī)減速器齒輪的技術(shù)要求相同:滲碳深度0.8～1.0 mm，表面硬度不低于HRC60。試驗(yàn)前后，試樣在丙酮中清洗5 min再用熱風(fēng)吹干。試驗(yàn)后，用日本生產(chǎn)的超景深三維顯微鏡KEYENCE觀察上試樣的磨痕形貌并測量上試樣的磨痕寬度。

圖1 摩擦試驗(yàn)簡圖Fig.1 Sketch map of friction test

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 摩擦磨損試驗(yàn)

用UMT－Ⅱ試驗(yàn)機(jī)做銷盤摩擦磨損試驗(yàn)，載荷為100 N，折算出的赫茲接觸應(yīng)力為424.4 MPa。接觸方式為線接觸，其中上試樣不動而下試樣旋轉(zhuǎn)（圖1）。取下試樣轉(zhuǎn)速1 000 r/min、摩擦中心距旋轉(zhuǎn)中心25 mm，計(jì)算出上、下試樣的相對滑動速度為2.62 m/s（由于上試樣容熱體積小且連續(xù)滑動，而直升機(jī)減速器齒輪體積大且旋轉(zhuǎn)一周每個齒的嚙合點(diǎn)才相對滑動一次，取2.62 m/s的滑動速度對上試樣是較惡劣的摩擦工況）。

試驗(yàn)?zāi)M直升機(jī)減速器失油狀況:在上、下試樣待摩擦區(qū)域涂一層基礎(chǔ)油，再用柔軟的衛(wèi)生紙擦干，滑動過程中摩擦系數(shù)急劇升高時就在試樣接觸區(qū)入口處噴一次油霧。試驗(yàn)開始后，每隔5 min用熱電偶在上試樣最靠近摩擦區(qū)域的同一點(diǎn)處測量溫度。每次試驗(yàn)的時間為45 min。

1.2.2 油霧試驗(yàn)

油霧裝置采用南京貝奇爾公司生產(chǎn)的VERSAIII型電動潤滑泵，使?jié)櫥挽F化［7－10］的氣壓為0.1 MPa。使用的氣源是常見的小型空氣壓縮機(jī)。試驗(yàn)時，手持噴嘴在摩擦區(qū)域的入口中心處噴油霧，噴嘴與水平面呈30°夾角、噴嘴距離摩擦界面6 mm。噴油霧時間為10 s/次、噴油量為0.01 mL/次。

2 結(jié)果分析

圖2為6種工況的摩擦系數(shù)曲線圖，其中，（a）～（c）為基礎(chǔ)油926油霧潤滑45 min，（d）～（e）為基礎(chǔ)油DOD油霧潤滑45 min，（f）為上、下試樣干摩擦工況。干摩擦過程中，摩擦系數(shù)上升很快、摩擦產(chǎn)生的溫度很高。干摩擦43 s、摩擦系數(shù)達(dá)到0.3時，試驗(yàn)機(jī)出于自我保護(hù)而停止工作，測算此時上試樣的磨損體積為0.153 mm3。

2.1 潤滑性能

從圖2（a）～（e）看出:試驗(yàn)開始后，摩擦系數(shù)迅速上升，在試驗(yàn)開始后的第二秒噴一次油霧后，摩擦系數(shù)迅速下降，經(jīng)過一段時間又急劇升高，再噴一次油霧摩擦系數(shù)又迅速下降。如此反復(fù)，直到45 min試驗(yàn)結(jié)束（圖中較長的豎直線由噴油霧引起）。基礎(chǔ)油926油霧潤滑45 min的噴油霧情況如下:2% T202+926共噴油霧2次、用油量0.02 mL;2%T391 +926共噴油霧3次、用油量0.03 m L;926共噴油霧5次、用油量0.05 mL;2%T321+926共噴油霧4次、用油量0.04 mL;2%T307+926共噴油霧4次、用油量0.04 mL?；A(chǔ)油DOD油霧潤滑45 min的噴油霧情況如下:2%T202+DOD共噴油霧5次、用油量0.05 mL;2%T391+DOD共噴油霧3次、用油量0.03 mL;DOD共噴油霧4次、用油量0.04 mL; 2%T321+DOD共噴油霧4次、用油量0.04 mL;2% T307+DOD共噴油霧4次、用油量0.04 mL。

基礎(chǔ)油926噴油次數(shù)最少的是2%T202+926，而基礎(chǔ)油DOD噴油次數(shù)最少的是2%T391+DOD，10種油霧潤滑噴油用量最少的是2%T202+926:僅噴油霧2次、用油量僅0.02 mL。

2.2 磨損性能

2.2.1 磨損量

基礎(chǔ)油926油霧潤滑45 min上試樣磨痕寬度如下:2%T202+926、2%T391+926、926、2%T321+ 926、2%T307+926分別為530、665、680、800和750μm?；A(chǔ)油DOD油霧潤滑45 min上試樣磨痕寬度如下:2%T202+DOD、2%T391+DOD、DOD、2% T321+DOD和2%T307+DOD分別為610、512、678、781和700μm。

分析磨痕寬度可知，含2%T321和2%T307的磨痕寬度均比基礎(chǔ)油的磨痕寬度大，而含2%T202和2%T391的磨痕寬度卻均比基礎(chǔ)油的磨痕寬度小。基礎(chǔ)油926磨痕寬度最小的是2%T202+926，基礎(chǔ)油DOD磨痕寬度最小的是2%T391+DOD（比2%T202+926的磨痕寬度略?。?。折算為磨損體積，則2%T391+DOD油霧潤滑45 min的磨損體積僅是干摩擦43 s磨損體積的1/24。

對比圖2（a）和（e）發(fā)現(xiàn):2%T202+926摩擦系數(shù)平穩(wěn)，尤其在15～45 min的時間段，但其磨損量反而比2%T391+DOD的大，原因是2%T202+926腐蝕磨損大。

圖2 摩擦系數(shù)Fig.2 Friction coefficient

2.2.2 溫度表現(xiàn)

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn):摩擦?xí)r間越長，上試樣磨擦區(qū)域的溫度就越高，10種噴霧工況摩擦溫度均在45 min試驗(yàn)結(jié)束時最高。926試樣的5種噴霧工況試驗(yàn)前后的溫升均小于47℃，DOD的5種噴霧工況試驗(yàn)前后的溫升卻均比926試樣的5種噴霧工況?。ǘ叩臏厣罡哂?0℃），如:2%T202+926試驗(yàn)前后溫升為47℃，而2%T391+DOD試驗(yàn)前后溫升僅為34℃。干摩擦僅13 s時的溫升就超過51℃?？梢姡挽F潤滑能大大降低摩擦區(qū)域的溫升，基礎(chǔ)油DOD比試樣926的降溫效果更為明顯。

2.2.3 表面質(zhì)量

圖3為油霧潤滑45 min的磨痕形貌（放大200倍）。由圖3看出:2%T202+926的表面由于腐蝕磨損嚴(yán)重而質(zhì)量不好，而2%T391+DOD的表面則光滑平整，這是由于T391中的氮有效地抑制磷的過度腐蝕。

圖3 油霧潤滑45m in的磨痕形貌Fig.3 W orn surface of oil-m ist lubrication 45 m in

3 結(jié)論

（1）含2%T321和2%T307的油霧潤滑抗磨效果均比基礎(chǔ)油差，而含2%T391和2%T202的油霧潤滑抗磨效果卻均比基礎(chǔ)油好。

（2）926試樣的油霧潤滑抗磨效果最好的是2%T202+926;DOD試樣的油霧潤滑抗磨效果最好的是2%T391+DOD。二者各有優(yōu)缺點(diǎn):2%T202+ 926用油量少，但腐蝕磨損大、溫升高、表面質(zhì)量不好;而2%T391+DOD用油量稍多，但磨損量小、溫升低且表面質(zhì)量好。

（3）油霧潤滑大大降低了摩擦區(qū)域的溫升，DOD試樣比926試樣降溫效果更為明顯。

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Adaptability of extrem e pressure and anti-wear additives in different aeronautical oils

GUANWen1，2，DAIZhen－dong2，YU Min2，JIN Guang－h(huán)u1
（1.College of Mechanical and Electrical Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China; 2.Institute of Bio-inspired Structure and Surface Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China）

If the lubrication system of helicopter reducer is destroyed，gears and bearingswill be at non－lubricating oilwork state，which causes the reducer to be damaged in a very short time and creates disastrous consequence.The various 2%additives of T307，T321，T202，T391 weremixed with 926 and DOD－L－85734 aeronautical oils to make 12Cr2Ni4A steel pairs 45min oil－mist lubrication experiments.The results show that the besteffectof resistancewear is926 aeronautical oil containing 2%T202 and DOD－L－85734 aeronautical oil containing 2%T391.The attrition volume of DOD－L－85734 aeronautical oil containing 2%T391 under oil－mist lubrication for 45 min is only 1/24 of the attrition volume of dry friction for 43 s.

oil－mist lubrication;additive;aeronautical oil;oil－out operation

TE 626.3

A

10.3969/j.issn.1673－5005.2012.05.022

1673－5005（2012）05－0119－03

2012－04－10

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目”973”計(jì)劃（2007CB607600）;中科院固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目

管文（1968－），女（漢族），山東高密人，副教授，博士研究生，從事摩擦與潤滑研究。

（編輯 沈玉英）