尚培華，宋敏，馬國梁，王建華，宋浩然，張文田

(1.中國人民解放軍92228部隊，北京 100072；2.中國石油潤滑油公司， 北京 100028)

0 引言

近年來，由于燃?xì)廨啓C(jī)新技術(shù)發(fā)展，高性能燃?xì)廨啓C(jī)相繼問世，燃?xì)廨啓C(jī)作為大中型水面艦船、氣墊船的主動力裝置已成為主流趨勢[1-3]。與內(nèi)燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)等其他類型常規(guī)動力相比，燃?xì)廨啓C(jī)具有單位功率重量尺寸小、機(jī)動性強(qiáng)、機(jī)械噪音小、潤滑油和水消耗少、工作可靠、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)[4]。航改燃?xì)廨啓C(jī)是實踐證明的艦用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的有效途徑，與航機(jī)不同，艦用燃?xì)廨啓C(jī)減速器減速比更大，并需具備倒車功能，因此減速器通常與動力渦輪相對獨(dú)立，選用專門的減速器齒輪油進(jìn)行潤滑[5-13]。

新研制的某型氣墊登陸艇燃?xì)廨啓C(jī)減速器為烏克蘭引進(jìn)產(chǎn)品，配套用油為滿足МН-7.5У航空潤滑油和DEF STAN 91-98/2合成7.5 cst燃?xì)廨啓C(jī)潤滑油，采購供應(yīng)困難，且實際使用過程中存在設(shè)備銹蝕、磨損、油品乳化等問題。為解決新型氣墊船減速器用油難題，本文根據(jù)裝備實際工況要求，在參照進(jìn)口航空潤滑油性能基礎(chǔ)上，重點(diǎn)提升防銹、分水和極壓抗磨等性能，研制了滿足新型氣墊船減速器使用要求的艦用燃?xì)廨啓C(jī)減速器齒輪油。

1 技術(shù)指標(biāo)

艦用燃?xì)廨啓C(jī)減速器齒輪油的技術(shù)指標(biāo)主要參照俄羅斯МН-7.5У航空潤滑油和DEF STAN 91-98/2合成7.5 cst燃?xì)廨啓C(jī)潤滑油的性能要求，同時結(jié)合設(shè)備的實際使用情況和國內(nèi)試驗方法而制定，具體技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 艦用燃?xì)廨啓C(jī)減速器齒輪油技術(shù)指標(biāo)

表1(續(xù))

2 實驗部分

2.1 原料

產(chǎn)品研制使用的基礎(chǔ)油主要有PAO6、VHVI4和酯類油A，添加劑主要有RHY J4003復(fù)合劑(包括胺類、酚類抗氧劑；磷氮型、硫磷氮型極壓抗磨劑；苯并三氮唑、噻二唑型金屬減活劑；磺酸鹽類防銹劑,為方便生產(chǎn)，將各類添加劑復(fù)合，命名為RHY J4003復(fù)合劑)，抗泡劑、破乳劑等。其中，基礎(chǔ)油的主要質(zhì)量指標(biāo)見表2，RHY J4003復(fù)合劑的主要質(zhì)量指標(biāo)見表4。

表2 不同組分基礎(chǔ)油主要質(zhì)量指標(biāo)

2.2 試驗方法

產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)評定方法見表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油是油品性能的載體，其性能決定了產(chǎn)品的低溫性、黏溫性、抗乳化性和添加劑相容性等基本性能，是產(chǎn)品配方的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。根據(jù)潤滑油的發(fā)展趨勢及艦用燃?xì)廨啓C(jī)合成齒輪油的性能要求，為更好解決海洋環(huán)境下高溫和高濕工況時油品水解難題，選用具有良好水解安定性和氧化安定性的聚α-烯烴(PAO)為主要基礎(chǔ)油。由于研制產(chǎn)品黏溫性要求高，單獨(dú)使用PAO黏度指數(shù)難以滿足指標(biāo)要求，研究篩選了一種能夠提高黏度指數(shù)，且具有良好的剪切安定性的酯類油A進(jìn)行復(fù)合。為改善油品橡膠相容、添加劑適應(yīng)性，同時降低成本，在基礎(chǔ)油中添加了適量的礦物油。根據(jù)研制產(chǎn)品性能，通過研究篩選確定基礎(chǔ)油組成，其各組分含量及主要性能見表3。

表3 基礎(chǔ)油組成及主要理化性能

3.2 添加劑的篩選

3.2.1 抗氧、防銹、抗磨添加劑的篩選

根據(jù)艦用燃?xì)廨啓C(jī)減速器齒輪油技術(shù)指標(biāo)要求，為提升研制產(chǎn)品抗氧、防銹及抗磨性能，對市售抗氧劑、防銹劑和極壓抗磨劑等功能添加劑進(jìn)行篩選，并對其復(fù)配性系統(tǒng)研究，具體如下：常用的抗氧劑有酚型和胺型兩大類，其中酚型抗氧劑在100 ℃以下使用效果較好，胺型抗氧劑在100～200 ℃使用效果更佳[14]，考慮研制用品的使用溫度范圍較寬，因此選用酚型和胺型抗氧劑搭配使用，通過篩選確定酚型抗氧劑A、胺型抗氧劑B和胺型抗氧劑C復(fù)合作為抗氧劑，各自添加量在0.08%～0.12%；常用的防銹劑有磺酸鹽類、羧酸衍生物類和酯類三種類型，其中羧酸衍生物類酸值較高，酯類防銹劑的水解效應(yīng)會降低油品的抗水解能力，而研制產(chǎn)品要求酸值低、水解安定性好，都不宜選用，因此選用磺酸鹽類防銹劑，經(jīng)篩選確定磺酸鹽類防銹劑D，添加量為0.07%～0.10%；研制產(chǎn)品抗磨性要求不高，因此極壓抗磨劑篩選主要從與抗氧、防銹添加劑的復(fù)配性角度出發(fā)，固定抗氧劑、防銹劑的量，使用不同的抗磨劑與之搭配，考察樣品的抗氧化、水解安定性、防銹性、極壓抗磨性和抗腐蝕性等性能，研究確定了磷酸酯型抗磨劑E和亞磷酸酯銨鹽抗磨劑F，添加量分別為0.02%～0.05%和0.01%～0.03%。RHY J4003復(fù)合劑的主要質(zhì)量指標(biāo)及典型值見表4，將0.35%～0.45%的復(fù)合劑添加到基礎(chǔ)油后的樣品(試樣1)性能見表5。

表4 RHY J4003復(fù)合劑質(zhì)量指標(biāo)與典型值

表5 添加RHY J4003復(fù)合劑后樣品性能

3.2.2 抗泡、破乳添加劑篩選

減速器運(yùn)行中由于油泵、軸承等的劇烈攪動容易產(chǎn)生泡沫，影響油品潤滑性和冷卻效果，嚴(yán)重時油面升高以致從呼吸孔漏油。因此，研制產(chǎn)品須具有良好的抗泡沫性能。此外，艦用燃?xì)廨啓C(jī)減速器處于海洋環(huán)境，潤滑油中極易進(jìn)入海水，造成油品乳化，使油膜強(qiáng)度變低或破裂，齒輪油迅速變質(zhì)失去使用性能，造成齒輪擦傷、磨損，甚至導(dǎo)致事故。因此，研制產(chǎn)品還需具備良好的抗乳化性能。

目前，市售抗泡劑主要有含硅、非硅和復(fù)合抗泡劑三大類。含硅抗泡劑具有添加量少等優(yōu)點(diǎn)，但對調(diào)合技術(shù)十分敏感，在酸性介質(zhì)中不穩(wěn)定。非硅抗泡劑克服了含硅抗泡劑的各種缺點(diǎn)，但對部分添加劑比較敏感。復(fù)合抗泡劑是為平衡含硅和非硅型抗泡劑的優(yōu)缺點(diǎn)而研制的，主要產(chǎn)品有適用于對空氣釋放性要求較高的1號復(fù)合抗泡劑、適用于含合成磺酸鈣鹽的內(nèi)燃機(jī)油和嚴(yán)重發(fā)泡齒輪油的2號復(fù)合抗泡劑，以及適用于含大量清凈分散劑而發(fā)泡嚴(yán)重的3號復(fù)合抗泡劑[15-16]。根據(jù)研制產(chǎn)品特點(diǎn)，選用1號復(fù)合抗泡劑和2號復(fù)合抗泡劑，為降低添加量采用T901進(jìn)行復(fù)配，同時根據(jù)以往開發(fā)經(jīng)驗選用LZ5957破乳劑，制備試樣1、試樣2兩個樣品，并對其抗泡性能和破乳化性能進(jìn)行評定，見表6。由表6可見，使用2號復(fù)合抗泡劑、T901、LZ5957可以使油品的抗泡沫性和抗乳化性較好，達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。

表6 抗泡劑和破乳化劑的篩選方案及試驗結(jié)果

3.3 生產(chǎn)工藝研究及性能評定

為確保研制產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，根據(jù)研究確定的配方，進(jìn)行了兩個批次的放大試生產(chǎn)，按研制產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)要求對兩批次產(chǎn)品，以及裝備原用油МН-7.5У和BP-274性能進(jìn)行全面檢測，結(jié)果見表7。

表7 研制產(chǎn)品與裝備原用進(jìn)口產(chǎn)品的綜合性能對比

表7(續(xù))

從評定結(jié)果可知，兩批次產(chǎn)品均滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求，確定的配方具有較好的質(zhì)量穩(wěn)定性和重復(fù)性，調(diào)合工藝可行易操作。研制產(chǎn)品極壓抗磨性能、水解安定性與抗泡性優(yōu)于МН-7.5У，液相銹蝕、水解安定性、抗乳化性能和極壓抗磨性能都優(yōu)于BP-274。由于МН-7.5У和BP-274均為酯類油，抗磨劑含量低，極壓抗磨性較差，其黏度指數(shù)和銅片失重優(yōu)于研制產(chǎn)品，但由于水解安定性較差，水層酸度較大，不適合艦船環(huán)境使用。研制油較МН-7.5У和BP-274航空潤滑油更加適用于新研制的某型氣墊登陸艇燃?xì)廨啓C(jī)減速器。

3.4 儲存穩(wěn)定性

齒輪油含有多種添加劑，長期存儲中易出現(xiàn)添加劑析出，影響油品性能。采用SH/T 0037《齒輪油貯存溶解特性測定法》進(jìn)行了60天的儲存穩(wěn)定性考察，經(jīng)離心無添加劑析出。將研制樣品放置于4 ℃和-10 ℃環(huán)境下低溫儲存24個月，無添加劑析出。將新油和室溫下儲存9個月、18個月和30個月的樣品分別進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)油品各項指標(biāo)基本保持不變，表明研制產(chǎn)品具有良好的儲存穩(wěn)定性。

3.5 實裝適應(yīng)性研究

自2014年6月至2016年9月，研制產(chǎn)品在某型氣墊登陸艇燃?xì)廨啓C(jī)減速器上取代進(jìn)口BP-274合成航空潤滑油進(jìn)行了為期27個月的實裝適應(yīng)性試驗，設(shè)備累計運(yùn)行近120 h。試驗期間裝置主要運(yùn)行參數(shù)見表8，定期取樣對試驗油品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，結(jié)果見表9。

表8 使用試驗油料與原用油料時設(shè)備運(yùn)行參數(shù)比較

表9 艦用燃?xì)廨啓C(jī)減速器齒輪油實裝試驗過程中質(zhì)量監(jiān)控數(shù)據(jù)

表9(續(xù))

由表8可見，更換試驗油料后設(shè)備的各項運(yùn)行參數(shù)均符合技術(shù)條件要求，設(shè)備在各種工況下運(yùn)行平穩(wěn)，與使用進(jìn)口油料的對照機(jī)組(左舷機(jī)組)基本相當(dāng)。由表9可見，研制油品試驗期間閃點(diǎn)、黏度、酸值和水分等理化性能基本保持不變，表明油品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的氧化安定性和抗剪切性能。油品中鐵、銅、鋁、鎂等金屬含量都較低，試驗期間結(jié)合塢修工作，使用內(nèi)窺鏡對燃?xì)廨啓C(jī)主減速器的軸承、齒輪等進(jìn)行了全面檢查，設(shè)備狀態(tài)良好，表明該油具有良好的抗磨性能。

4 結(jié)論

(1)采用PAO6、VHVI4和酯類油作為基礎(chǔ)油，加入適量的RHY J4003復(fù)合劑、抗泡劑、破乳化劑等研制而成的艦用燃?xì)廨啓C(jī)減速器齒輪油的性能達(dá)到了研制指標(biāo)要求，整體性能與進(jìn)口МН-7.5У和BP-274航空潤滑油相當(dāng)，極壓抗磨性能、水解安定性和抗泡性等性能優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品。

(2)研制產(chǎn)品質(zhì)量可靠、產(chǎn)品儲存穩(wěn)定性好。實裝使用試驗結(jié)果表明，研制的艦用燃?xì)廨啓C(jī)減速器齒輪油滿足某型氣墊登陸艇燃?xì)廨啓C(jī)減速器的潤滑要求，實現(xiàn)了裝備用油國產(chǎn)化。