劉洪亮,陳磊,陳春風,陳靜

(孚迪斯石油化工(葫蘆島)有限公司,遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

隨著航空技術(shù)的發(fā)展，航空發(fā)動機對潤滑油的抗氧化安定性和耐高溫性能要求越來越高。傳統(tǒng)的礦物基航空潤滑油由于其高溫易裂解、氧化，產(chǎn)生大量油泥和結(jié)焦物已逐漸被淘汰；現(xiàn)多采用雙酯、多元醇酯等合成油作為航空潤滑油的基礎(chǔ)油。合成酯類航空潤滑油，尤其是多元醇酯如三羥甲基丙烷酯、季戊四醇酯和雙季戊四醇酯等具有優(yōu)異的黏溫性能、耐高溫性能、低溫流動性以及潤滑性，已成為目前使用最廣泛的航空潤滑油[1]。

同時，航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與航空潤滑油接觸的金屬材料種類繁多，在使用過的航空潤滑油中，通過油料分析光譜儀可以檢測出十幾甚至二十幾種金屬元素。這些金屬中，鉛和鎂較易遭受腐蝕，尤其是有銅離子催化的條件下腐蝕更甚[2]。航空發(fā)動機的零部件一旦遭受腐蝕，會帶來很嚴重的后果。本文研究航空潤滑油中各組分對金屬鉛的腐蝕影響，并分析鉛材料在航空潤滑油中產(chǎn)生腐蝕的原因。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

基礎(chǔ)油：己二酸酯、三羥甲基丙烷酯、季戊四醇酯；

添加劑：磷酸三甲酚酯(T306)、硫代磷酸酯(TPPT)、苯并三氮唑(T706)、辛基丁基二苯胺(L57)、2,6二叔丁基對甲酚(T501)、N-苯基-α-萘胺(T531)；

金屬試片：Pb-2鉛、T2銅。

1.2 實驗方法及設(shè)備

試驗過程：按照GJB 497要求的方法進行，將鉛片和銅片固定在同一旋轉(zhuǎn)軸上，置于試樣中，以一定速度轉(zhuǎn)動，在規(guī)定的條件下試驗，以鉛片單位面積重量變化來表示試驗對鉛的腐蝕程度。

試驗條件：溫度(163±1) ℃、試驗時間(60±1) min、攪拌軸轉(zhuǎn)速(600±50) r/min。

試驗設(shè)備：分析天平(感量0.2 mg)、游標卡尺(量程0～200 mm，最小刻度0.02 mm)、按照GJB 497要求定制的鉛腐蝕測定儀。

2 實驗結(jié)果及討論

2.1 基礎(chǔ)油對鉛腐蝕性能的影響

潤滑油中基礎(chǔ)油組分一般均在90%以上，基礎(chǔ)油對產(chǎn)品的性能影響巨大，同時，酯類航空潤滑油是目前使用最廣泛的航空潤滑油。因此，對己二酸酯、三羥甲基丙烷酯和季戊四醇酯進行鉛腐蝕試驗，選取的基礎(chǔ)油的運動黏度和酸值見表1，具體鉛腐蝕試驗結(jié)果及試驗后油品的酸值見表2。

表1 基礎(chǔ)油的運動黏度和酸值

對于合成酯類基礎(chǔ)油來說，其酸值主要來源是生產(chǎn)過程中殘留的有機酸性物質(zhì)和儲存過程中油品氧化裂解產(chǎn)生的有機酸。鉛在絕大多數(shù)有機化合物中具有良好的耐蝕性，但在有機酸中的耐蝕性較差[3]。因此，潤滑油產(chǎn)品的酸值對鉛腐蝕的影響較大。為消除基礎(chǔ)油本身酸值對鉛腐蝕的影響，所選取的三種基礎(chǔ)油的酸值比較接近。

表2 基礎(chǔ)油鉛腐蝕試驗結(jié)果

MIL-PRF-7808L和GJB 135A標準對航空潤滑油鉛腐蝕的要求為不大于0.9 mg/cm2，而表2中三種基礎(chǔ)油的鉛腐蝕均比標準要求高6～7倍。由腐蝕試驗后基礎(chǔ)油的酸值變化較大可以看出：導(dǎo)致鉛腐蝕較嚴重的原因是基礎(chǔ)油本身的抗氧化性能較差，在高溫和通空氣的條件下發(fā)生氧化，產(chǎn)生有機酸性物質(zhì)[4]造成鉛的腐蝕。同時，與鉛片一起試驗的還有銅片，試驗過程中銅片也會腐蝕產(chǎn)生銅離子，銅離子還會加速油品的氧化生成更多的酸性物質(zhì)。根據(jù)表2中鉛腐蝕結(jié)果及試驗后油品的酸值結(jié)果，也證明了三種基礎(chǔ)油中己二酸酯的抗氧化性最差，季戊四醇酯的抗氧化性最好。

2.2 抗氧劑對鉛腐蝕性能的影響

航空潤滑油中常用的抗氧劑有辛基丁基二苯胺(L57)、2,6二叔丁基對甲酚(T501)、N-苯基-α-萘胺(T31)等[5]，其中T501是酚類抗氧劑，T31和L57為胺類抗氧劑。在上述三種基礎(chǔ)油中分別添加2%的抗氧劑進行鉛腐蝕試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 不同抗氧劑的鉛腐蝕結(jié)果 mg/cm2

通過表3可以看出，在基礎(chǔ)油中添加抗氧劑后，其鉛腐蝕均有明顯改善。抗氧劑的作用主要是抑制油品的氧化過程，鈍化金屬對氧化反應(yīng)的催化作用[6]。也就是說在基礎(chǔ)油中添加抗氧劑會抑制油品的氧化，控制氧化后有機酸性物質(zhì)的產(chǎn)生，從而抑制鉛的腐蝕。

添加同一種添加劑的基礎(chǔ)油的鉛腐蝕結(jié)果是季戊四醇酯≤三羥甲基丙烷酯<己二酸酯，也驗證了2.1的結(jié)論。不同抗氧劑的鉛腐蝕結(jié)果為T501>T301>L57，說明上述幾種添加劑的抗氧化效果是L57>T301>T501。尤其是添加T501的油品的鉛腐蝕結(jié)果仍較大，主要原因是T501是酚類抗氧劑，其在低溫下的抗氧化效果較好，但在高溫條件下抗氧劑會失效[7]，基礎(chǔ)油仍然會被氧化而生成較多有機酸性物質(zhì)，導(dǎo)致油品的鉛腐蝕結(jié)果較大。

2.3 抗磨劑對鉛腐蝕性能的影響

由于航空潤滑油的特殊性，其對抗磨劑的要求一般是腐蝕小、無灰和溶解性好[8]，限制了極壓抗磨性能好的含氯抗磨劑和金屬鹽類抗磨劑的應(yīng)用。目前，航空潤滑油最常用的抗磨劑是磷酸三甲酚酯(T306)和硫代磷酸酯(TPPT)[9]。本文在上述三種基礎(chǔ)油中分別添加2%抗磨劑進行鉛腐蝕試驗，具體試驗結(jié)果見表4。

表4 不同抗磨劑的鉛腐蝕結(jié)果 mg/cm2

通過表4試驗數(shù)據(jù)可知，T306和TPPT對鉛腐蝕均有一定的抑制效果，尤其是加入TPPT后鉛腐蝕降低很多。磷酸酯和硫代磷酸酯能夠?qū)⒒A(chǔ)油氧化過程中產(chǎn)生的過氧化物分解成非游離基型的穩(wěn)定化合物[10]，從而抑制氧化過程，進而控制鉛腐蝕的產(chǎn)生。TPPT分子上硫元素能夠被過氧化物迅速氧化，其氧化反應(yīng)中生成的中間產(chǎn)物也是很強的過氧化物破壞者，因此其比T306有更好的鉛腐蝕抑制效果。

2.4 金屬鈍化劑對鉛腐蝕性能的影響

金屬鈍化劑也是航空潤滑油中常用添加劑，目前應(yīng)用最多的就是苯并三氮唑及其衍生物。本文在基礎(chǔ)油中添加T706金屬鈍化劑，研究金屬鈍化劑的添加量對鉛腐蝕性能的影響，具體試驗結(jié)果見表5。

表5 金屬鈍化劑對鉛腐蝕的影響

從表5鉛腐蝕結(jié)果可以看出，在基礎(chǔ)油中加入少量的金屬鈍化劑對抑制鉛腐蝕就有明顯效果。金屬鈍化劑能夠在金屬表面形成化學(xué)吸附膜，從而抑制鉛腐蝕的發(fā)生，同時還可以避免銅金屬對潤滑油的催化作用[11]。而隨著T706添加量的增大，鉛腐蝕的抑制效果變差是由于T706屬酸性物質(zhì)，其添加量增大后，油品的酸值也隨之增大，最終導(dǎo)致鉛腐蝕結(jié)果變大。

3 結(jié)論

(1)鉛在航空潤滑油中產(chǎn)生腐蝕的原因是油品高溫或催化作用下氧化、裂解產(chǎn)生的有機酸性物質(zhì)引起的。

(2)抗氧劑的加入能夠有效抑制油品的氧化過程，從而抑制鉛的腐蝕。

(3)磷酸酯類抗磨劑對鉛腐蝕的抑制作用不明顯，而硫代磷酸酯類抗磨劑對鉛腐蝕的抑制效果較明顯。

(4)潤滑油中加入少量的金屬鈍化劑就能抑制鉛的腐蝕過程，但隨著其添加量的增加，鉛腐蝕的抑制效果變差。

參考文獻：

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