阮少軍，費逸偉，吳楠，彭顯才，劉鴻銘

(空軍勤務學院航空油料物資系，江蘇 徐州 221000)

0 引言

未來軍用飛機的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在超音速巡航和低油耗兩個方面，要具備超音速巡航的能力，發(fā)動機就必須具有足夠的推力，而在低油耗的前提條件下增加發(fā)動機的推力，提高渦輪前的燃氣溫度和增壓比就成為了重要的實現(xiàn)手段[1]?？上攵S著渦輪溫度的提高以及空氣量的降低，顯然會造成潤滑油的局部結焦和嚴重的熱氧化降解，所以未來的軍用飛機發(fā)動機必須要求潤滑油具有非常優(yōu)異的熱氧化安定性能，由此對潤滑油的熱氧化安定性能進行評價就顯得十分重要。

但現(xiàn)行的評價方法在試驗溫度以及油品用量方面存在一些問題，不能滿足研究高溫條件下航空潤滑油氧化安定性的需要。因為絕大多數(shù)標準的試驗溫度較低，普遍在200 ℃以下，且試驗中油品用量較少，普遍在150 mL以下，少數(shù)特例標準方法也是在試驗溫度和試驗用油量上均不能兼得，而研究航空潤滑油之所以強調(diào)試驗溫度要高，主要是因為在實際的工況條件下，油品的局部接觸溫度高達300 ℃左右，所以在模擬試驗時需要盡可能地提高試驗溫度，而另一方面又需要足夠的試驗油品用量，這樣便于試驗結束后，后續(xù)的油品檢測評價有充足的試驗原料。因此本文以標準試驗SH/T 0560[2]潤滑油熱安定性試驗法與SH/T 0450[3]合成油氧化腐蝕測定法為參考依據(jù)，提出了一種可行性較強的試驗思路：即通過對合成烴及酯類合成航空潤滑油進行試驗處理，先定性測定出允許試驗條件范圍，分析此試驗條件范圍值后，選擇合適的試驗條件，測算試驗結束后油品的40 ℃黏度變化、酸值變化、沉積物含量和金屬試片的重量變化，從而定量地對兩種油品的熱氧化安定性進行科學地評價。此試驗思路為合成類航空潤滑油熱氧化安定性的對比試驗研究提供了一種新的試驗方法，以下就此方法的詳細過程做以具體闡述。

1 本文引用的標準

SH/T 0450[3]合成油氧化腐蝕測定法；

GB/T 265[4]石油產(chǎn)品運動黏度測定法和動力黏度計算法；

GB/T 7304[5]石油產(chǎn)品和潤滑劑中和值測定法(電位滴定法)；

SH/T 0560[2]潤滑油熱安定性試驗法；

SH/T 0005[6]油漆工業(yè)用油溶劑。

2 試驗所需的試劑與材料

(1)SH/T 0560 潤滑油熱安定性試驗法：溶劑油應該符合SH 0005的要求、蒸餾水需是二次蒸餾水或離子交換水。

(2)SH/T 0450 合成油氧化腐蝕測定法：苯、無水乙醇、石油醚(沸程60～90 ℃)、金屬片(銅片、鋼片、鋁片、鎂片、鉛片；規(guī)格均為20 mm×10 mm ×2 mm)、毛刷、鑷子、砂紙或紗布、脫脂棉。

(3)合成類航空潤滑試驗油：A—合成烴類油品、B—酯類油(為了便于研究，以英文字母來代指對應油品)

3 試驗所需的儀器與設備

(1)SH/T 0560 潤滑油熱安定性試驗法中：潤滑油熱安定性試驗箱、轉(zhuǎn)盤、溫度計、試驗杯、天平、干燥器、日光臺燈。

(2)SH/T 0450 合成油氧化腐蝕測定法中：氧化管、通氣管、恒溫浴、空氣流量計、金屬片懸掛鉤、溫度計(0～250 ℃)、卡尺、平面挫或鋼絲刷。

4 試驗方法概要

(1)用SH/T 0560潤滑油熱安定性試驗法，嘗試設定不同的試驗溫度(℃)和不同的試驗時間(h)，對需要測定的合成類航空潤滑油(A、B)進行氧化，通過目測已經(jīng)冷卻的油品及試驗杯底部有無沉淀情況，來定性判定不同試驗條件下各類油品的熱安定情況：即可以分別假定若干個確定的時間h或溫度T值，然后通過觀察試驗杯底部從無沉淀—出現(xiàn)沉淀—沉淀增多—沉淀多至油品失效的情況，進而大概得出另一組試驗溫度區(qū)間T或試驗時間區(qū)間h，即溫度T{T1；T2…Tn}、時間h{h1；h2…h(huán)n}。

(2)利用定性方法中得出大致的溫度T{T1；T2…Tn}和時間h{h1；h2…h(huán)n}區(qū)間值，作為定量方法SH/T 0450 合成油氧化腐蝕測定法的試驗條件參考范圍，最后用試驗后油品40 ℃的黏度變化、酸值變化、沉積物含量和金屬試片的重量變化，來定量對比評定不同試驗油品的氧化安定性。

5 試驗方法分析

先假定一組試驗時間h1、h2、h3、h4、h5、h6，利用SH/T 0560潤滑油熱安定性試驗法，然后根據(jù)沉淀的出現(xiàn)情況來測定不同試驗時間條件下，試驗油品溫度的大致分布情況，具體詳見表1。需要注意的是，無沉淀及沉淀增多過程中對應的試驗溫度數(shù)值理論上存在無數(shù)個，這里為了說明問題，僅僅各選取無沉淀和沉淀增多情況下有限的三個溫度數(shù)值點來進行情況說明。

表1 不同試驗時間下油品的試驗溫度

然后根據(jù)表1中測定T11至T66的溫度值可大致確定出試驗油品的氧化反應溫度區(qū)間。在此基礎上對這些溫度數(shù)值進行區(qū)間的劃分，假定可將其劃分為T1、T2、T3、T4、T5、T6，再次利用SH/T 0560 潤滑油熱安定性試驗法，根據(jù)沉淀的出現(xiàn)情況來測定不同試驗溫度條件下，試驗油品時間的大致分布情況，具體詳見表2。同樣，需要注意的是，無沉淀及沉淀增多過程中對應的試驗時間數(shù)值理論上也存在無數(shù)個。在此，也只各選擇無沉淀和沉淀增多情況下有限的三個時間數(shù)值點來說明情況。

表2 不同試驗溫度下油品的試驗時間

整理分析表1和表2中測試潤滑油品大致的試驗溫度和試驗時間數(shù)據(jù)值，可以作為定量方法SH/T 0450 合成油氧化腐蝕測定法試驗條件的參考范圍。

在空氣、溫度以及金屬催化的條件下，潤滑油會發(fā)生氧化降解，從而生成酸性物質(zhì)和高分子的聚合物，其結果會造成潤滑油的顏色加深、酸值和黏度增大、沉淀物增多、腐蝕性變強。所以氧化安定性試驗中，常把潤滑油氧化降解的性能指標變化規(guī)定為：黏度變化(40 ℃)不得大于25%，酸值增加不大于4 mgKOH/g。所以根據(jù)此判斷條件可以作為定量考察潤滑油氧化變質(zhì)情況的判據(jù)。

結合判定依據(jù)以及利用SH/T 0560 潤滑油熱安定性試驗法大致確定的試驗溫度、時間范圍區(qū)間，先在大致確定的試驗時間范圍區(qū)間內(nèi)選擇若干個時間節(jié)點hx作為統(tǒng)一試驗的基本條件，然后再利用SH/T 0450的方法，在試驗溫度區(qū)間的范圍內(nèi)對潤滑油品進行測定，具體的測定結果指標見表3，表中分別測算了兩種合成類航空潤滑油品的酸值變化、黏度變化、沉積物含量及金屬片重量變化，為了更為方便地分析數(shù)據(jù)，可以采用折線圖的形式來更為直觀地看出2種潤滑油品熱氧化安定性能的優(yōu)劣。

表3 A和B潤滑油試驗時間為hx時的測定指標與溫度的關系

同理，再在大致確定的試驗溫度范圍區(qū)間內(nèi)選擇若干個溫度節(jié)點Tx作為統(tǒng)一的試驗基本條件，然后在大致確定的試驗時間區(qū)間范圍內(nèi)對潤滑油進行測定，具體的結果指標見表4。

表4 A和B潤滑油試驗溫度為Tx時的測定指標與時間的關系

表4(續(xù))

最后，根據(jù)表3及表4中得到的數(shù)據(jù)，匯總分析后就可以對合成烴類油品A和酯類油B的氧化安定性進行評估，詳見表5，利用已經(jīng)測算出較低試驗溫度Tx和較高試驗溫度Ty下的各項試驗指標，即可完成對A與B類油品的氧化安定性進行對比評估。

表5 合成烴類油品A和酯類油B的氧化安定性

6 測定結果精密度

為了保證試驗的精確性，在整個試驗操作過程中應該滿足兩個條件：其一是重復性，即同一操作者重復測定兩個結果之差，不應超過表6數(shù)值；其二是再現(xiàn)性，即兩個實驗室提供測定結果之差，不應超過表6數(shù)值。

表6 試驗的精密度測定范圍

7 試驗方法應用實例

所用的油品：A-928合成烴類基礎油PAO、B-928酯類基礎油DIOA(空軍油料研究所提供)。

利用SH/T 0560 潤滑油熱安定性試驗法，嘗試設定不同的試驗溫度(℃)和不同的試驗時間(h)，對需要測定的合成類航空潤滑油(928、50-1-4)進行氧化，通過目測已經(jīng)冷卻的油品及試驗杯底部有無沉淀情況，定性判定出不同試驗條件下兩種油品的熱氧化安定情況，得出了一組試驗溫度區(qū)間T{180 ℃、200 ℃、230 ℃、260 ℃、300 ℃}；時間區(qū)間{2 h、10 h、20 h、50 h、100 h}。

為了簡要說明方法實用性情況，這里僅以2 h下試樣油品溫度為{180 ℃、200 ℃、230 ℃、260 ℃、300 ℃}；200 ℃下試樣油品的時間區(qū)間為{2 h、10 h、20 h、50 h、100 h}的試驗數(shù)據(jù)做以說明，見表7、表8。

表7 928潤滑油試驗時間為2h時的測定指標與溫度的關系

表7(續(xù))

表8 潤滑油試驗溫度為200℃時的測定指標與時間的關系

從上述表中的數(shù)據(jù)，選取180 ℃/2 h，以及200 ℃/20 h的試驗條件做對比分析，見表9。

表9 928航空潤滑油PAO和DIOA的氧化安定性

從表9中能夠看出，就酸值變化情況而言，DIOA基礎油比PAO基礎油的明顯；但是從黏度變化、沉淀物含量以及金屬片重量的變化情況來看，DIOA基礎油要比PAO基礎油的影響小，總的分析，928航空潤滑油中DIOA基礎油與PAO基礎油相比，其氧化安定性能較好。

參考文獻：

[1] 徐敏.航空渦輪潤滑油應用[M].北京:石油工業(yè)出版社,1997:146-190.

[2] SH/T 0560 潤滑油熱安定性試驗法[S].

[3] SH/T 0450 合成油氧化腐蝕測定法[S].

[4] GB/T 265 石油產(chǎn)品運動黏度測定法和動力黏度計算法[S].

[5] GB/T 7304 石油產(chǎn)品和潤滑劑中和值測定法(電位滴定法)[S].

[6] SH/T 0005 油漆工業(yè)用油溶劑[S].