陳博陽(yáng)

(西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065 )

1 汽車(chē)潤(rùn)滑油

潤(rùn)滑油是幾乎所有車(chē)輛中使用的最重要的液體之一。潤(rùn)滑油對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了可靠的保障，如冷卻，減少摩擦磨損等。適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，減少額外的能量損耗。同時(shí)響應(yīng)了節(jié)能減排和改善燃油經(jīng)濟(jì)性的要求，提高了對(duì)環(huán)境的保護(hù)。潤(rùn)滑油主要由礦物質(zhì)油或合成基礎(chǔ)潤(rùn)滑油、烴類(lèi)石蠟、環(huán)烷烴、芳烴和多種化學(xué)添加劑組成，基礎(chǔ)油的含量一般在80～90%，添加劑的含量一般在10～20%之間[1]?；A(chǔ)油的主要功能是潤(rùn)滑，添加劑可以增強(qiáng)此功能，并提供新的功能。無(wú)論什么組分的潤(rùn)滑油，其壽命是有限的，無(wú)法長(zhǎng)期在發(fā)動(dòng)機(jī)中使用。主要是因?yàn)樵谑褂眠^(guò)程中，潤(rùn)滑油會(huì)受到污染并氧化降解，各項(xiàng)性能均有所下降。

目前，潤(rùn)滑油的檢測(cè)分析已成為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障檢測(cè)和預(yù)警中的有效手段。它包含與潤(rùn)滑油有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件老化和磨損的信息。發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的部件會(huì)發(fā)生持續(xù)磨損，潤(rùn)滑油的使用會(huì)最大程度的保護(hù)和減少其磨損。

2 潤(rùn)滑油的檢測(cè)

檢查和分析潤(rùn)滑油的品質(zhì)及與所用燃料的相容性，監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油的污染程度，以及時(shí)了解發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。如今，潤(rùn)滑油的分析技術(shù)快速發(fā)展，其檢測(cè)可從以下兩方面進(jìn)行[2]：1） 潤(rùn)滑油中金屬磨屑可對(duì)潤(rùn)滑油質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損進(jìn)行估計(jì)，其中的金屬元素，可以通過(guò)各種光譜方法進(jìn)行檢測(cè)；2） 檢測(cè)潤(rùn)滑油的理化性質(zhì)，油在使用過(guò)程中雜質(zhì)的加入會(huì)改變其性質(zhì)，如黏度、酸度和氧化降解等。

2.1 金屬元素的分析

光譜技術(shù)是目前最廣泛使用的磨損顆粒檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)光譜分析，可以檢測(cè)和量化多種金屬元素，如鐵、銀、鋁、鉻和銅等常見(jiàn)金屬元素。許多用于碎片和金屬元素檢測(cè)的光譜儀如原子光譜和激光誘導(dǎo)擊穿光譜等，都可以對(duì)這些金屬元素進(jìn)行分析。

目前，使用光譜技術(shù)測(cè)油中元素的研究非常多。原子光譜法和激光誘導(dǎo)擊穿光譜，都可用于微量元素的定性和定量分析，檢出限較低、靈敏度高、干擾較少。

2.2 潤(rùn)滑油的粘度

潤(rùn)滑油作用在發(fā)動(dòng)機(jī)中相互接觸的界面上，油的粘度體現(xiàn)出油在發(fā)動(dòng)機(jī)中的流動(dòng)能力。粘度通常受溫度、化學(xué)性質(zhì)和油中其他成分的影響。通常，高粘度潤(rùn)滑油會(huì)降低效率，而低粘度的潤(rùn)滑油會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)中的潤(rùn)滑效果。燃料燃燒產(chǎn)生的煙灰也會(huì)造成潤(rùn)滑油的污染，導(dǎo)致潤(rùn)滑油降解，使得潤(rùn)滑油粘度增加。潤(rùn)滑油的粘度會(huì)隨溫度的變化而變化，該變化程度由粘度指數(shù)進(jìn)行衡量。粘度指數(shù)表示一切流體粘度隨溫度變化的程度。粘度指數(shù)越高，表示流體粘度受溫度的影響越小，粘度對(duì)溫度越不敏感。粘度指數(shù)的正常范圍為0～100[3]。含有粘度指數(shù)改進(jìn)劑的油可以達(dá)到高達(dá)170。根據(jù)粘度指數(shù)不同，將潤(rùn)滑油分為三級(jí)：35～80 為中粘度指數(shù)潤(rùn)滑油；80～110 為高粘度指數(shù)潤(rùn)滑油；110 以上為特高級(jí)粘度指數(shù)潤(rùn)滑油。高粘度指數(shù)的油可以抵抗高溫下的過(guò)度稀釋。低粘度指數(shù)的油在高溫下會(huì)變稀變薄，潤(rùn)滑效果大大降低。粘度指數(shù)改進(jìn)劑可視為高性能多級(jí)油的關(guān)鍵。它們通常是油溶性聚合物。添加的聚合物分子可能與基礎(chǔ)油相互作用，影響其最終粘度。聚合類(lèi)化合物是常用的添加劑，主要有三種[4]：烯烴共聚物、氫化二烯共聚物和丙烯酸基共聚物。新材料納米顆粒添加到油中也會(huì)對(duì)其粘度產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。

2.3 潤(rùn)滑油的氧化降解

發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，熱現(xiàn)象和機(jī)械磨損產(chǎn)生的不溶性殘余物和金屬雜質(zhì)的污染，導(dǎo)致油的氧化，潤(rùn)滑油會(huì)逐漸降解。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)油開(kāi)始氧化時(shí)，形成烷基，然后在氧氣下轉(zhuǎn)化為過(guò)氧自由基。過(guò)氧自由基進(jìn)一步與油反應(yīng)形成氫過(guò)氧化物和烷基。隨著這種連鎖反應(yīng)的繼續(xù)，形成高濃度的氫過(guò)氧化物，加速氧化。導(dǎo)致潤(rùn)滑油產(chǎn)生分子鏈的降解現(xiàn)象。潤(rùn)滑油降解的同時(shí)，也會(huì)伴隨粘度的變化。為了分析由于劣化過(guò)中潤(rùn)滑油的老化現(xiàn)象，對(duì)潤(rùn)滑油的氧化降解程度需進(jìn)行分析。潤(rùn)滑油的氧化過(guò)程中產(chǎn)生氧化物的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生其它化合物，如醇、酮、醛和羚酸。目前已經(jīng)有多種不同的方法進(jìn)行檢測(cè)：色譜、紅外光譜、核磁共振和原子吸收光譜。增強(qiáng)油的抗氧化能力，減弱或延緩油的氧化速度，抗氧化劑的使用顯得尤為重要。抗氧化劑含量可以作為潤(rùn)滑劑的品質(zhì)分析指標(biāo)，抗氧化劑的含量保持在一定的范圍內(nèi)，對(duì)潤(rùn)滑油的性能就能起到積極的作用。抗氧化劑濃度的降低速度，也可作為潤(rùn)滑油的降解的一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)檢測(cè)抗氧化劑的濃度隨時(shí)間的濃度變化，估計(jì)潤(rùn)滑油的剩余使用壽命。根據(jù)抗氧化劑不同的結(jié)構(gòu)和抗氧化機(jī)制，抗氧化劑可分為兩類(lèi)：氫過(guò)氧化物分解劑和自由基清除劑。氫過(guò)氧化物分解劑通過(guò)形成氧化和分解產(chǎn)物起作用；自由基清除劑提供氫原子終止烷氧基和烷基過(guò)氧自由基起作用，從而中斷自氧化過(guò)程的自由基鏈。

2.4 潤(rùn)滑油的酸度

潤(rùn)滑油在使用的過(guò)程中，由于受到污染，使其發(fā)生氧化，會(huì)產(chǎn)生一些酸性化合物如羚酸，導(dǎo)致油中弱有機(jī)酸的積累。現(xiàn)在已經(jīng)采用許多物理和電學(xué)性質(zhì)來(lái)檢測(cè)油的污染和氧化程度，化學(xué)特性用于評(píng)估由氧化導(dǎo)致的油降解。通常，油的酸堿度由酸值和堿值量化。潤(rùn)滑油中可用強(qiáng)無(wú)機(jī)酸和弱有機(jī)酸進(jìn)行度量。在確定氧化和油酸性污染方面，是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。新潤(rùn)滑油由于存在高堿性清凈劑，油略微傾向于堿性，在使用過(guò)程中，會(huì)變得越來(lái)越偏向酸性。在發(fā)動(dòng)機(jī)中，酸性環(huán)境會(huì)導(dǎo)致腐蝕，潤(rùn)滑劑氧化，粘度增加和發(fā)動(dòng)機(jī)磨損。這些對(duì)潤(rùn)滑劑的使用會(huì)產(chǎn)生不利影響，這是選擇合適潤(rùn)滑劑的重要因素。潤(rùn)滑油酸度是用于確定換油時(shí)間的關(guān)鍵指標(biāo)。在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑劑中，高堿性清凈劑用于中和酸性污染物。測(cè)定酸值的方法一般有兩大類(lèi)：一是顏色指示劑法，根據(jù)指示劑的顏色確定滴定的終點(diǎn)；另一個(gè)是電位滴定法，根據(jù)電位變化確定滴定終點(diǎn)主要用于深色油品的酸值測(cè)定。

3 潤(rùn)滑油中的添加劑

各種添加劑在油中提供不同的功能：保持油粘度的溫度敏感性，通過(guò)形成表面膜防止磨損，并通過(guò)使表面更光滑來(lái)減少摩擦?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)油中的添加劑也具有清潔、抑制腐蝕、抗氧化、中和酸、消除污染物以及改善密封等功能。潤(rùn)滑油的添加劑種類(lèi)繁多，不同的添加劑對(duì)潤(rùn)滑油的性能影響不盡相同。市場(chǎng)上所銷(xiāo)售的潤(rùn)滑油一般都是各種添加劑的復(fù)合品，所不同的就是單一添加劑的成分以及復(fù)合添加劑內(nèi)部幾種單一添加劑的比例。添加劑根據(jù)其性質(zhì)，可以分為化學(xué)惰性和化學(xué)活性類(lèi)型。幾乎所有的潤(rùn)滑油都含有添加劑以提高其性能。這些添加劑的功能是保護(hù)金屬表面、抗氧化、減少沉積物形成、防止腐蝕和磨損。擴(kuò)大潤(rùn)滑油的使用范圍，改善流動(dòng)特性、改善潤(rùn)滑劑穩(wěn)定性并延長(zhǎng)壽命。

目前，大多數(shù)的潤(rùn)滑油其性能以達(dá)到極限，開(kāi)發(fā)新材料，研究新配方顯得日益重要。納米潤(rùn)滑材料的出現(xiàn)，為潤(rùn)滑油添加劑添加了新的成員。有很多研究表明納米粒子添加劑具有優(yōu)于傳統(tǒng)添加劑的摩擦學(xué)性能。納米材料較小的尺寸，使其能夠進(jìn)入摩擦接觸界面。在文獻(xiàn)中，已有研究將納米顆粒應(yīng)用到潤(rùn)滑劑中。在潤(rùn)滑油添加劑的歷史中，納米粒子是一類(lèi)相對(duì)較新的添加劑。納米添加劑通常有三種成分[5]：潤(rùn)滑劑/基礎(chǔ)油溶劑；充當(dāng)抗磨的添加劑或摩擦改進(jìn)劑的納米顆粒；存在于潤(rùn)滑油和顆粒之間的界面區(qū)域的表面活性劑。納米粒子作為添加劑可以減少摩擦和磨損的機(jī)理，被認(rèn)為主要有：尺寸效應(yīng)、膠體效應(yīng)、保護(hù)膜和第三體效應(yīng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中，隨時(shí)間各項(xiàng)理化性質(zhì)的改變，做了綜合論述，潤(rùn)滑油中金屬含量、粘度、氧化降解、酸度、指紋圖譜等理化性質(zhì)的檢測(cè)，從不同方向反映了潤(rùn)滑油品質(zhì)的變化。在使用潤(rùn)滑油時(shí)，可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的條件，就其某項(xiàng)或多項(xiàng)性質(zhì)進(jìn)行分析，以便及時(shí)更換。目前，檢測(cè)潤(rùn)滑油的技術(shù)已經(jīng)很多，各種光譜的應(yīng)用、物理化學(xué)方法都可對(duì)其中一項(xiàng)甚至多項(xiàng)性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，這些性質(zhì)都需要專(zhuān)業(yè)的儀器進(jìn)行檢測(cè)，具有較高的準(zhǔn)確度。潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的自身性質(zhì)限制了其性能。潤(rùn)滑油中添加劑的使用，使其功能更加全面，更加強(qiáng)大。材料科學(xué)的發(fā)展勢(shì)必會(huì)帶來(lái)添加劑的新發(fā)展，使添加劑在抗氧化、抗腐蝕等方面性能有所提升，延長(zhǎng)潤(rùn)滑油的使用壽命，讓潤(rùn)滑油為發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供更可靠的保障。