何 婷，方 偉

（湖南三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410100）

潤(rùn)滑脂，通常用于機(jī)械摩擦部位，起降低機(jī)械摩擦、防止機(jī)械磨損的作用。潤(rùn)滑脂的工作原理是稠化劑將油保持在需要潤(rùn)滑的位置，當(dāng)有負(fù)載時(shí)，稠化劑將油釋放出來(lái)起潤(rùn)滑作用。在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，它能保持自己的形狀黏附在金屬上不滑落，而在機(jī)械中受到運(yùn)動(dòng)部件的剪切作用時(shí)，它能流動(dòng)并進(jìn)行潤(rùn)滑，降低運(yùn)動(dòng)表面間摩擦和磨損；剪切作用停止后，它又能恢復(fù)一定的稠度。進(jìn)而廣泛應(yīng)用于機(jī)械部件的潤(rùn)滑[1-2]。

某型機(jī)械輸送缸位于水箱和料斗之間，內(nèi)壁采用鍍鉻工藝，光滑耐磨。輸送缸有兩根，在工作時(shí)，它們內(nèi)部的活塞呈相反方向在輸送缸內(nèi)動(dòng)作。S擺閥配合活塞動(dòng)作，將混凝土從料斗中吸入輸送缸，再通過(guò)S擺閥送到輸送管，進(jìn)而送至施工作業(yè)面。活塞與輸送缸之間的潤(rùn)滑方式都采用自動(dòng)潤(rùn)滑，每工作一次，潤(rùn)滑系統(tǒng)自動(dòng)加注潤(rùn)滑脂。所用潤(rùn)滑脂為鋰基潤(rùn)滑脂，為透明粉色膏狀，而該設(shè)備在開(kāi)展整機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中，運(yùn)行48h內(nèi)便出現(xiàn)大量發(fā)黑潤(rùn)滑脂，為找到發(fā)黑發(fā)生的原因，故設(shè)計(jì)本試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1 潤(rùn)滑脂使用環(huán)境分析

通過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)走訪，對(duì)潤(rùn)滑脂的使用環(huán)境進(jìn)行分析獲得如下信息：（1）潤(rùn)滑脂在役僅48h，不涉及到期需更換問(wèn)題；（2）用于砼活塞與輸送缸之間的潤(rùn)滑；（3）工作時(shí)內(nèi)部最高溫度可達(dá)80℃。

通過(guò)使用環(huán)境分析，抽提出可能導(dǎo)致潤(rùn)滑脂發(fā)黑的影響因素：（1）潤(rùn)滑脂內(nèi)是否進(jìn)入機(jī)械雜質(zhì)；（2）潤(rùn)滑脂是否發(fā)生高溫氧化變質(zhì)；（3）是否發(fā)生零件磨損。

1.1.2 試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

針對(duì)抽提出的可能導(dǎo)致變色的影響因素進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)[3-4]：（1）全新潤(rùn)滑脂、發(fā)黑潤(rùn)滑脂機(jī)械雜質(zhì)對(duì)比測(cè)試；（2）新潤(rùn)滑脂、發(fā)黑潤(rùn)滑脂紅外光譜對(duì)比分析；（3）新潤(rùn)滑脂、發(fā)黑潤(rùn)滑脂酸值對(duì)比分析；（4）全新潤(rùn)滑脂、發(fā)黑潤(rùn)滑脂內(nèi)金屬元素對(duì)比分析。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

傅立葉變換紅外光譜儀：Spectrum2型研究級(jí)，美國(guó)PE公司；全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀：SPECTROBLUE垂直觀測(cè)型，德國(guó)斯派克公司；微孔玻璃坩堝、回流冷凝管等。

2 結(jié)果與討論

2.1 機(jī)械雜質(zhì)試驗(yàn)

取全新潤(rùn)滑脂與發(fā)黑潤(rùn)滑脂按《GB/T 513-1977（2004）潤(rùn)滑脂機(jī)械雜質(zhì)測(cè)定法（酸分解法）》開(kāi)展機(jī)械雜質(zhì)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。全新潤(rùn)滑脂無(wú)機(jī)械雜質(zhì)，發(fā)黑潤(rùn)滑脂機(jī)械雜質(zhì)含量為0.138%。

表1 全新潤(rùn)滑脂與發(fā)黑潤(rùn)滑脂機(jī)械雜質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test results of mechanical impurities of new grease and blackened grease

機(jī)械雜質(zhì)是以懸浮或沉淀狀態(tài)存在于潤(rùn)滑脂中，不溶于汽油或苯及規(guī)定溶劑的可以過(guò)濾出來(lái)的物質(zhì)。機(jī)械雜質(zhì)的來(lái)源是油品在貯運(yùn)、使用過(guò)程中從外界掉入的灰塵、鐵屑、泥沙等物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)增大設(shè)備的腐蝕，破壞油膜增加磨損和積炭等。因此，輕質(zhì)油品絕對(duì)不允許有機(jī)械雜質(zhì)存在。重質(zhì)油品一般限制在0.005%~0.1%之間[5-6]。

本次測(cè)試采用酸分解法，測(cè)定潤(rùn)滑脂中不溶于鹽酸、石油醚(汽油或苯)、乙醇-苯混合液及蒸餾水的機(jī)械雜質(zhì)的含量。所測(cè)主要對(duì)象是塵土、砂粒等硅化物類磨損性雜質(zhì)。水箱中發(fā)黑潤(rùn)滑脂內(nèi)含0.138%機(jī)械雜質(zhì)，結(jié)合使用環(huán)境主要為塵土及泵送對(duì)象混凝土中砂粒等硅化物，雖然含量超過(guò)了0.1%，但根據(jù)使用工況難以避免。同時(shí)這些機(jī)械雜質(zhì)并不會(huì)直接導(dǎo)致潤(rùn)滑脂發(fā)黑或變質(zhì)，只是會(huì)影響潤(rùn)滑效果及使用壽命。

2.2 傅里葉變換紅外光譜分析

紅外光譜可以對(duì)油液中有機(jī)物的基團(tuán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。且潤(rùn)滑脂絕大部分成分及污染物都有明確的紅外特征，通過(guò)比較新、舊潤(rùn)滑脂紅外吸收峰的位置與峰高，可定性及定量監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)油與添加劑組分是否發(fā)生了變化[7]。

取全新潤(rùn)滑脂與發(fā)黑潤(rùn)滑脂按《ASTM E1252-1998（2013）e1 獲取定性分析用紅外線光譜的通用技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程》開(kāi)展傅里葉紅外光譜分析，掃描次數(shù)3，掃描速度0.2，分辨率2，檢測(cè)器LiTa03，分光器KBr，光源MIR。結(jié)果如圖1所示。

油品在使用過(guò)程中,由于氧化作用,所產(chǎn)生的氧化物主要表現(xiàn)為含有羰基(C=O)的醛、酮、酸、脂類化合物。故紅外分析中通過(guò)監(jiān)控羰基來(lái)測(cè)量油液的氧化程度。羰基在紅外光譜上主要出現(xiàn)在1720cm-1處特征峰，由于羰基有很強(qiáng)的吸收，在譜圖中都是最強(qiáng)峰或與最強(qiáng)峰相當(dāng)[8-9]。圖1中并未出現(xiàn)該波數(shù)附近的特征峰，故發(fā)黑潤(rùn)滑脂并未發(fā)生氧化變質(zhì)。

圖1 全新潤(rùn)滑脂(實(shí)線)與發(fā)黑潤(rùn)滑脂(虛線)的紅外光譜對(duì)比圖Fig. 1 Infrared spectrum comparison of new grease and blackened grease

2.3 酸值測(cè)試

酸值是評(píng)定潤(rùn)滑脂質(zhì)量的主要理化指標(biāo)，酸值的變化在一定程度上反應(yīng)潤(rùn)滑脂的氧化程度和腐蝕性，對(duì)判定潤(rùn)滑脂能否使用有重要意義[10-11]。新油的酸值較低，在使用過(guò)程中，由于氧化而生成酸性物質(zhì)，并不斷積累，從而酸值會(huì)逐漸增加。酸值測(cè)定的方法主要有兩種，分別為指示劑法和電位滴定法[12-13]。本文按照《SH/T 0329-1992（2004）潤(rùn)滑脂游離堿和游離有機(jī)酸測(cè)定法》開(kāi)展試驗(yàn)，分別取全新潤(rùn)滑脂和發(fā)黑潤(rùn)滑脂適量，測(cè)試兩種的酸值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 全新潤(rùn)滑脂與發(fā)黑潤(rùn)滑脂酸值試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Acid value test results of new grease and blackened grease

2.4 金屬多元素測(cè)試

主要的潤(rùn)滑油發(fā)射光譜分析方法有等離子體原子發(fā)射光譜法(ICPAES) 和轉(zhuǎn)盤電極原子發(fā)射光譜法 (RDEAES)兩種[14]。通過(guò)發(fā)射光譜分析技術(shù)能夠得到Fe、Al、Ca、Ba、Zn、Mg、P、Cu、Na、K、Mg等 20多種元素濃度數(shù)據(jù)。這些元素的主要來(lái)源有磨損金屬、添加劑和污染三個(gè)方面[15]。

取全新潤(rùn)滑脂與發(fā)黑潤(rùn)滑脂開(kāi)展金屬多元素分析（ICP法），試驗(yàn)方法依據(jù)《IP 501用灰化法溶解法和感應(yīng)耦合等離子發(fā)射光譜法測(cè)定殘?jiān)加椭袖X硅釩鎳鐵鈉鈣鋅磷》，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 新舊潤(rùn)滑脂金屬多元素測(cè)試結(jié)果(單位：mg/kg)Table 3 Multi metal element test results

從元素檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，使用后鐵含量大幅增加，判斷使用過(guò)程中發(fā)生了金屬表面的磨損。鋅含量和磷含量大幅減少，潤(rùn)滑脂中添加劑發(fā)生損耗。潤(rùn)滑脂中鐵元素的增加會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑脂顏色變黑。由于該脂在役時(shí)間僅為48h，無(wú)法確定鐵元素增加是由于最初跑合導(dǎo)致的，還是后期的磨損導(dǎo)致的。如果為初期跑合原因，后期不再增加，脂的顏色變深，屬于正常情況，不影響使用。如果繼續(xù)定期檢測(cè)鐵元素，發(fā)現(xiàn)它是增加的，說(shuō)明是機(jī)械磨損導(dǎo)致。如果是后者，可能是潤(rùn)滑脂的極壓抗磨性能不足或添加劑損耗所致，則需要選擇性能更優(yōu)的潤(rùn)滑脂。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)金屬多元素分析試驗(yàn)，某型機(jī)械輸送缸潤(rùn)滑脂發(fā)黑主要原因?yàn)殍F元素增加，判斷使用過(guò)程中發(fā)生了金屬表面的磨損。由于潤(rùn)滑脂在役時(shí)間僅48h，建議繼續(xù)定期檢測(cè)鐵元素，以明確是初期跑合原因還是后期磨損導(dǎo)致。若為初期跑合原因，后期不再增加，則不影響使用；若為后期磨損，則可能是潤(rùn)滑脂極壓抗磨性能不足或添加劑損耗所致，則需要選擇性能更優(yōu)的潤(rùn)滑脂。

（2）紅外光譜測(cè)試結(jié)果顯示，譜圖未出現(xiàn)羰基特征峰，說(shuō)明發(fā)黑潤(rùn)滑脂并未發(fā)生氧化變質(zhì)。