邸瑞欣，包婷

(聯(lián)合汽車電子有限公司，上海 200000)

潤(rùn)滑脂由基礎(chǔ)油和增稠劑組成，是一種稠厚的油脂狀半固體，具有抗蝕、防銹、磨損保護(hù)、耐水、抗氧化和老化等性能[1]。在電機(jī)軸承中，潤(rùn)滑脂用于機(jī)械的摩擦部分，起到潤(rùn)滑和密封作用。電機(jī)軸承潤(rùn)滑脂具有極佳的減摩性和氧化穩(wěn)定性，是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不可或缺的一部分。

正常情況下，減速箱中的潤(rùn)滑油和電機(jī)中的潤(rùn)滑脂靠軸封隔絕，但隨著電橋耐久試驗(yàn)的進(jìn)行，軸封密封性降低，潤(rùn)滑油更容易進(jìn)入電機(jī)軸承。當(dāng)潤(rùn)滑油的泄露量變大時(shí)，進(jìn)入電機(jī)軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油會(huì)洗去電機(jī)中的潤(rùn)滑脂，導(dǎo)致電機(jī)軸承不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而失效。軸承失效原因有很多，如潤(rùn)滑劑老化、軸承材料強(qiáng)度不夠、軸承安裝錯(cuò)誤等[1]。

定量分析電機(jī)軸承上混合油脂中的潤(rùn)滑脂含量，有助于明確電機(jī)軸承失效的原因，可確認(rèn)軸承失效是否為潤(rùn)滑脂中引入過(guò)多的潤(rùn)滑油，從而增大潤(rùn)滑脂的流動(dòng)性，使得潤(rùn)滑脂不能附著在軸承上的原因所致。目前在潤(rùn)滑脂方面的研究，主要集中在水含量分析[2]、氧化不溶物、油脂及污染物分析[3-6]、醇含量分析等領(lǐng)域[7-9]，鮮有針對(duì)潤(rùn)滑油脂中潤(rùn)滑脂含量的研究。

氣相色譜法可以測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)油中的燃料稀釋劑[5]，實(shí)驗(yàn)室可以效仿利用色譜手段分析潤(rùn)滑油脂中的潤(rùn)滑油，但色譜設(shè)備昂貴，測(cè)試成本高，測(cè)試過(guò)程復(fù)雜，總體效率低，不利于失效分析中快速響應(yīng)。與色譜法相比，紅外光譜定量分析的精度不高，但紅外光譜操作簡(jiǎn)單，測(cè)試成本較低，適用于企業(yè)自主分析混合物。隨著紅外光譜技術(shù)的發(fā)展，其在潤(rùn)滑油定性分析、油品質(zhì)量檢測(cè)、以及食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等多個(gè)行業(yè)有了越來(lái)越多的應(yīng)用[10-17]。筆者建立了紅外光譜定量分析軸承混合油脂中潤(rùn)滑脂的方法。該方法簡(jiǎn)單快捷，測(cè)試時(shí)間短。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

紅外光譜儀：Nicolet 系列IZ10 型，配金剛石附件、DTGS 檢測(cè)器，譜區(qū)為(4 000～400) cm-1，賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司。

電子天平：PB203-N 型，感量為1 mg，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

潤(rùn)滑油樣品：BOT 352B，烴類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%，嘉實(shí)多潤(rùn)滑油(上海)有限公司。

潤(rùn)滑脂樣品：BQ 72-72，酯類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%，克魯勃潤(rùn)滑劑(上海)有限公司。

1.2 儀器工作條件

掃描范圍：(4 000～650) cm-1；分辨率：4 cm-1；掃描次數(shù)：16 次；環(huán)境溫度：23 ℃；環(huán)境濕度：(50±5)%。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品制備

配制6 組不同比例的潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂混合物。具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

(1)按照配方在常溫下稱取不同質(zhì)量的潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂，分別置于6 只陶瓷坩堝中；

(2)用玻璃棒分別攪拌各個(gè)樣品，直至樣品中的潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂混合均勻；

(3)得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的6 個(gè)潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)樣品，其中潤(rùn)滑脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為50%、60%、70%、80%、90%、100%。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

將制備的6 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品依次進(jìn)行紅外光譜分析，以潤(rùn)滑脂中羰基吸收峰作為定量潤(rùn)滑脂的特征峰，以羰基峰的峰面積作為響應(yīng)值。潤(rùn)滑脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為自變量、以潤(rùn)滑脂中羰基的響應(yīng)值為因變量，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.3.3 精密度

選擇潤(rùn)滑脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為50%、100%的潤(rùn)滑油脂進(jìn)行精密度試驗(yàn)，考察連續(xù)進(jìn)樣6 次的重復(fù)性和短期的重復(fù)性測(cè)量。具體實(shí)驗(yàn)方法為：將兩個(gè)濃度的潤(rùn)滑油脂連續(xù)進(jìn)樣6 次，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，作為單次測(cè)量的精密度。

1.3.4 一致性檢驗(yàn)

在標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性范圍內(nèi)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為53%、96%的潤(rùn)滑油脂樣品，對(duì)兩個(gè)潤(rùn)滑油脂樣品進(jìn)行測(cè)試，分析該檢測(cè)方法測(cè)量結(jié)果的一致性。分析樣品前，選擇擬合曲線中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%的潤(rùn)滑油脂進(jìn)行標(biāo)定。

1.3.5 準(zhǔn)確度

分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57%、78%、92%的潤(rùn)滑油脂進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，該樣品作為紅外分析方法的驗(yàn)證樣品，重復(fù)進(jìn)樣6 次，分析檢測(cè)結(jié)果并計(jì)算加標(biāo)回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 定性定量分析

用上述分析方法分別測(cè)定純的潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油，比對(duì)二者的紅外光譜，確定各自的特征吸收波段。結(jié)果表明，潤(rùn)滑脂中的基礎(chǔ)油與潤(rùn)滑油都是烷烴類物質(zhì)，潤(rùn)滑油中沒(méi)有區(qū)別于潤(rùn)滑脂的特征吸收峰；而潤(rùn)滑脂中有羰基特征吸收峰，該基團(tuán)不存在于潤(rùn)滑油中。潤(rùn)滑脂中酯羰基吸收波段在1 724 cm-1和1065 cm-1兩個(gè)位置，1 065 cm-1吸收峰較弱，附近有其它峰干擾基線。1 724 cm-1吸收峰強(qiáng)度較大，基線不受其它峰影響，故采用1 724 cm-1為定量分析的特征峰。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件考察

考察傅里葉變換紅外光譜儀的各個(gè)參數(shù)對(duì)光譜信號(hào)的影響。得到理想的光譜條件：掃描范圍為4 000～650 cm-1，分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為16次，單次掃描時(shí)長(zhǎng)合理，可獲得足夠精確的樣品信息。

2.2.1 掃描范圍選擇

紅外光譜區(qū)間被劃分為三個(gè)區(qū)域，即近紅外區(qū)、中紅外區(qū)和遠(yuǎn)紅外區(qū)。中紅外區(qū)對(duì)應(yīng)的波數(shù)范圍是4 000～400 cm-1，基于中紅外區(qū)的定量分析，有人選擇4 000～400 cm-1波段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[5]，有人采用4 000～650 cm-1波段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[3]。筆者所用附件為賽默飛的金剛石附件，該附件配制的掃描范圍是4 000～650 cm-1，在該波段內(nèi)可以獲得足夠的樣品信息，且對(duì)于采用1 724 cm-1峰定量分析無(wú)任何影響，因此選擇4 000～650 cm-1波段作為掃描范圍。

2.2.2 分辨率考察

分別考察1、2、4、6、8 cm-1分辨率對(duì)光譜信號(hào)的影響。具體步驟為選擇潤(rùn)滑脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%和80%的樣品，保持其它參數(shù)一致，2 個(gè)樣品分別在上述5 種分辨率下重復(fù)進(jìn)樣6 次，計(jì)算每條譜線的信噪比及其平均值，比較不同分辨率下譜圖的信噪比以及譜圖出峰情況，來(lái)確定最佳分辨率。實(shí)驗(yàn)所得2 個(gè)樣品在上述5 種分辨率下的信噪比數(shù)據(jù)分別見表1、表2。

表1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的樣品在不同分辨率下的信噪比

表2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的樣品在不同分辨率下的信噪比

由表1、表2 數(shù)據(jù)可知，隨著分辨率的提高，兩個(gè)樣品光譜的信噪比相應(yīng)增加。在分辨率由2 cm-1升至4 cm-1時(shí)，信噪比提高的比率最大。在4 cm-1分辨率下，光譜的信噪比較高，滿足定量要求。而分辨率過(guò)高會(huì)導(dǎo)致峰位偏移，部分小峰無(wú)法識(shí)別。因此實(shí)驗(yàn)選擇分辨率為4 cm-1。

2.2.3 掃描次數(shù)考察

光譜信噪比與掃描次數(shù)n的平方根成正比。掃描次數(shù)越多，紅外光譜的信噪比越高，光譜質(zhì)量越好?？呻S著掃描次數(shù)的增加，掃描時(shí)間也延長(zhǎng)?？紤]到企業(yè)實(shí)際應(yīng)用，分別比較4、16、32 次三個(gè)掃描次數(shù)下的紅外光譜圖，旨在選擇合適的掃描次數(shù)，使得在光譜信噪比滿足要求的情況下，掃描時(shí)間最短。質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60%、80%的兩個(gè)樣品在不同掃描次數(shù)下的光譜信噪比及掃描時(shí)間分別見表3、表4。

表3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的樣品在不同掃描次數(shù)下的信噪比

表4 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的樣品在不同掃描次數(shù)下的信噪比

由表3、表4 數(shù)據(jù)可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60%、80%的兩個(gè)樣品，在掃描次數(shù)為16 次時(shí)信噪比較高，滿足定量分析的要求，掃描時(shí)間相對(duì)較短，因此選擇掃描次數(shù)為16 次。

2.3 線性方程和檢出限

根據(jù)朗伯-比耳定律，樣品的吸光度與樣品濃度呈正相關(guān)性。以樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)(x)為橫坐標(biāo)、特征峰面積(y)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，得到的線性回歸方程為y=8.8 059x-0.183 2，線性相關(guān)系數(shù)r=0.999 6，曲線擬合效果較好，表明樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%～100%范圍內(nèi)與1 724 cm-1吸收峰面積呈良好的線性關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)樣品的紅外光譜分析數(shù)據(jù)見表5。

表5 標(biāo)準(zhǔn)樣品紅外光譜分析數(shù)據(jù)

移取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的潤(rùn)滑油脂標(biāo)準(zhǔn)樣品，設(shè)備中不放置樣品，進(jìn)行紅外光譜掃描，讀取基線噪聲峰高讀數(shù)N；然后重復(fù)6 次測(cè)試潤(rùn)滑油脂標(biāo)準(zhǔn)樣品，讀取潤(rùn)滑脂特征峰的峰高，并計(jì)算特征峰高的平均值，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的潤(rùn)滑油脂標(biāo)準(zhǔn)樣品光譜數(shù)據(jù)見表6。

表6 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的潤(rùn)滑油脂樣品光譜數(shù)據(jù)

按照式(1)計(jì)算出檢出限為0.045%[10]。

式中：D——方法檢出限，%；

N——噪聲峰高；

A——標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)多次平行測(cè)定的平均峰面積；

w——潤(rùn)滑油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.4 精密度試驗(yàn)

按照1.3.3 方法，分別對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%、100%的潤(rùn)滑油脂樣品連續(xù)測(cè)定6 次，精密度試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 精密度試驗(yàn)結(jié)果

由表7 可知，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.51%、0.56%，連續(xù)6 天測(cè)得短期重復(fù)性數(shù)據(jù)，計(jì)算得到平均標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.59%、0.64%，表明該方法精密度良好。

2.5 一致性檢驗(yàn)

采用1.3.4 方法進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，潤(rùn)滑油脂的測(cè)試結(jié)果見表8。

表8 一致性檢驗(yàn)潤(rùn)滑油脂的特征峰面積數(shù)據(jù)

按照式(2)計(jì)算潤(rùn)滑油脂樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

兩組潤(rùn)滑油脂樣品測(cè)量濃度的一致性計(jì)算結(jié)果見表9。由表9 可知，潤(rùn)滑油脂的一致性測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于1%，可認(rèn)為擬合結(jié)果的一致性較好。

表9 潤(rùn)滑油脂的一致性試驗(yàn)數(shù)據(jù) %

2.6 加標(biāo)回收試驗(yàn)

按照1.3.5 方法進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，加標(biāo)潤(rùn)滑脂試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表10。由表10 可知，加標(biāo)潤(rùn)滑脂的平均回收率為98.7%～101.3%，表明該方法的測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

表10 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果 %

3 結(jié)語(yǔ)

建立了紅外定量分析潤(rùn)滑油脂的方法，該方法簡(jiǎn)單快捷，測(cè)試時(shí)間短，為潤(rùn)滑油脂的定量分析提供了一種較好的方案，也為辨別電橋軸承失效模式提供了較好的方法。該方法可為準(zhǔn)確且快速辨別電機(jī)軸承的失效是否為潤(rùn)滑脂被稀釋所致，提供了一種新思路，從而提高新能源汽車中電橋軸承失效的失效分析效率。