王艷麗

(山西潞安太行潤滑油有限公司，山西 長治 046000)

引 言

齒輪油是以石油潤滑油為基礎(chǔ)油，在其中加入各類抗磨劑及復合添加劑后調(diào)制而成的一種重要的潤滑油，主要用于各類齒輪傳動系統(tǒng)中，用于降低輪齒嚙合時的磨損，防止齒面擦傷、磨損等，延長傳動系統(tǒng)的工作壽命，提高傳動系統(tǒng)傳動的平穩(wěn)性和高效性。當車輛在低速運行的情況下，汽車傳動箱內(nèi)油液的溫度相對較低，使燃料內(nèi)的水分很難從齒輪油內(nèi)排出，造成漆膜及油泥的沉淀物較多，同時，在長期運行時，齒輪油在各種因素的作用下逐漸發(fā)生氧化，內(nèi)部化學成分氧元素增多，相對分子質(zhì)量增大，由烴類化合物轉(zhuǎn)變成了非烴化合物，外現(xiàn)上顏色變深，沉淀增多，腐蝕性增大，造成油液的黏度值迅速增加(通常氧化后油液黏度值增加量在10%以上)，使齒輪油的的使用性能急劇下降[1]，因此，如何提高齒輪油的抗氧化性及使用壽命，確保傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性，成為了迫切需要解決的問題。

1 降凝劑的抗氧化性機理分析

降凝劑T803B具有優(yōu)秀的抗油液老化性的特性，當油液在溫度較低時，降凝劑高熔點的固體烴分子處于定向的排列狀態(tài)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此時，能夠?qū)⒌腿埸c的油液吸附在形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)附近，使油液分子喪失自由流動性。降凝劑的分子結(jié)構(gòu)能夠在固體烴的表面形成吸附層，能夠?qū)腆w烴生長的外形和伸展方向進行約束。在油液中降凝劑只能對固體烴的外形大小進行限制，但是并不能改變油液的濁點量。經(jīng)試驗驗證，當油液中不含有降凝劑時，其油液中固體烴結(jié)構(gòu)為直徑是30 μm～140 μm的針狀晶體，當在油液中添加降凝劑后，能夠顯著減小固體烴結(jié)構(gòu)的直徑，其結(jié)構(gòu)為直徑是10 μm～12 μm的分枝星形結(jié)晶。這是因為，當降凝劑能夠在固體烴表面吸附芳香族基團，在芳香族基團的作用下使固體烴表面產(chǎn)生共晶，其共晶體上分支的數(shù)量會隨著降凝劑濃度的增加而增大。這主要是因為降凝劑對結(jié)晶的生長方向產(chǎn)生了支配作用。

當沒有降凝劑時，固體烴的單晶體生長時，在X、Y方向上能夠快速生長，形成板狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶體，大量的結(jié)晶體通過四周的棱角相互連接，最終形成三維網(wǎng)狀的骨架結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無降凝劑時固體烴晶體的生長方式

當在油液內(nèi)加入促凝劑時，由于降凝劑所含的分子能夠在固體烴的表面產(chǎn)生共晶，在共晶體的作用下對固體烴內(nèi)晶體的生長產(chǎn)生約束作用，限制固體烴晶體在X、Z方向上的生產(chǎn)，促進晶體在Y方向上的生長，使晶體的結(jié)構(gòu)朝著正方形的結(jié)構(gòu)發(fā)展。同時，在降凝劑分子的作用下，留在固體烴表面的極性基團能夠阻止固體烴晶體間相互的結(jié)合，整體結(jié)構(gòu)如圖2所示[2]。

圖2 有降凝劑時固體烴晶體的生長方式

2 降凝劑對基礎(chǔ)油抗氧化性的影響

某含有復合添加劑的齒輪油主要由基礎(chǔ)油(HVI 150BS-201002)構(gòu)成，在該齒輪油內(nèi)分別加入降凝劑T803B、分散劑T154、金屬減活劑 T406及清凈劑 T101，以驗證其對該齒輪油抗氧化特性及油樣黏度的影響。油樣組成如表1所示。

表1 油樣組成列表 g

2.1 人工老化實驗

取1個200 mL的燒杯，加入100 mL試驗油樣，加入1片大小適中的45號鋼片，使其完全浸入油樣內(nèi)，然后，把燒杯放置到120 ℃的恒溫箱內(nèi)，保持288 h。取出鋼片后用石油醚進行沖洗，觀察鋼片的變色情況和燒杯內(nèi)的沉淀物，同時，對杯中油樣的黏度及油樣的沉淀值進行測量。

2.2 油樣黏度的測定

油液黏度測定時，需采用毛細管黏度計[3]，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

在進行油樣的黏度測量時，需按以下順序進行：

1) 將毛細管黏度測量儀完全垂直放置在恒溫箱內(nèi)，把恒溫箱的溫度調(diào)整到(45±0.1)℃，保持該溫度15 min。

2) 利用毛細管黏度計入口處的橡皮管，將油樣吸入到黏度計的擴張部分，并要求黏度計內(nèi)的油樣液面需高于黏度計上的標線a，在操作時需注意，吸入油樣時需緩慢，避免油樣產(chǎn)生氣泡。

圖3 毛細管黏度計結(jié)構(gòu)示意圖

3) 在吸入過程中注意觀察油樣在黏度計內(nèi)的流動情況，當黏度計內(nèi)油樣的液面剛好達到標線a處時，啟動表開始計時，直到液面達到黏度計上的標線b處時，停止計時。

4) 重復以上步驟5次，記錄5次的平均值，作為油樣流動的平均流動時間，然后，利用液體運動黏度的計算公式(1)計算出其黏度值[4]。

Yt=c×τt

(1)

式中：Yt為液體的運動黏度，m2/s。

2.3 油樣沉淀值的測定

在常溫下，取1個200 mL的燒杯，加入10 mL油樣，并加入90 mL沉淀石油醚，充分混合后，將其放置在旋轉(zhuǎn)盤上，調(diào)整旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度為600 r/min，旋轉(zhuǎn)10 min，取下燒杯，此時，底部沉淀物的體積即為油樣的沉淀值。

2.4 實驗結(jié)果對比分析

根據(jù)以上實驗，將各試驗結(jié)果進行匯總，如表2、第106頁表3所示。

表2 油樣老化前、后黏度變化情況

由分析結(jié)果可知，在基礎(chǔ)油內(nèi)按比例添加T101后，分別對5組油樣進行人工老化試驗，將試驗前、后的油樣黏度變化率及油樣的沉淀情況進行對比，在實驗前、后使基礎(chǔ)油樣的沉淀量過大的問題得到了很好的解決，但油樣的黏度值增加了8.81%。為解決氧化后黏度值過大的問題，根據(jù)實際情況分別向油樣內(nèi)添加分散劑T154及減活劑T406，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，在試驗前、后其黏度問題并沒有得到有效的解決，因此在油樣中進一步添加T803B。試驗結(jié)果表明，油樣在經(jīng)氧化后其黏度值僅提高了4.14%，極大地降低了油液氧化后黏度值的增加量，確保了齒輪油工作時的可靠性。

表3 油樣老化前、后沉淀值變化情況 mL

3 結(jié)論

本文通過對齒輪油氧化原因的分析，提出了在齒輪油內(nèi)增加降凝劑來提高齒輪油的抗氧化特性及使用壽命。在對降凝劑抗氧化機理進行深入分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套適用于齒輪油抗氧化指標測定的實驗方案。通過實驗表明，在齒輪油內(nèi)增加T803B降凝劑，能夠大幅降低齒輪油在氧化后沉積物的量和油液的黏度，極大地提升齒輪油的使用壽命，具有十分重要的應(yīng)用價值。