潤(rùn)滑油作為“機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的血液”，在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中起著潤(rùn)滑、冷卻、清凈、密封、防銹等重要作用，廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦部位，主要用于前、中、后軸承和傳動(dòng)裝置，對(duì)于渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，還用于螺旋槳減速器。隨著航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率和負(fù)荷的不斷增加，渦輪前溫度、壓力、增壓比和推重比參數(shù)的不斷升高，苛刻的用油環(huán)境給航空潤(rùn)滑油的使用帶來(lái)了新的難題。在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部高溫高壓的環(huán)境中，潤(rùn)滑油與金屬部件接觸，金屬作為催化劑容易加速潤(rùn)滑油的氧化變質(zhì)，粘度、酸值等理化指標(biāo)的變化，使其潤(rùn)滑效果降低，腐蝕能力加強(qiáng)；同時(shí)，在外部低溫環(huán)境下，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或再啟動(dòng)需要克服潤(rùn)滑油低溫變稠、凝固等一系列問(wèn)題，這對(duì)潤(rùn)滑油的各項(xiàng)使用指標(biāo)提出了更為苛刻的要求。
為達(dá)到改進(jìn)航空潤(rùn)滑油使用性能和改善用油環(huán)境的目的，研究航空潤(rùn)滑油的幾個(gè)關(guān)鍵性使用指標(biāo)甚為重要。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油關(guān)鍵性使用指標(biāo)分析
潤(rùn)滑油是由基礎(chǔ)油和添加劑調(diào)和而成，基礎(chǔ)油大約占90-95％，基礎(chǔ)油結(jié)構(gòu)組成直接決定潤(rùn)滑油性質(zhì)好壞。航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油關(guān)鍵性使用指標(biāo)主要有潤(rùn)滑性、氧化安定性、低溫流動(dòng)性和防腐性。
潤(rùn)滑性
潤(rùn)滑可使具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(包括滾動(dòng)和滑動(dòng))的兩個(gè)接觸物體表面之間形成薄膜，防止表面磨損并減小摩擦系數(shù)、減少發(fā)熱量，是延長(zhǎng)軸承壽命的必要保障措施。對(duì)于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)速較高、發(fā)熱量或外端傳人熱量較多的軸承，潤(rùn)滑性是確保軸承可靠工作的必要條件。
航空潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性涉及到油品的粘度、油性、極壓性三方面性質(zhì)。粘度是潤(rùn)滑油的基本機(jī)械特性，能表征潤(rùn)滑油在潤(rùn)滑系統(tǒng)中的流動(dòng)、低溫快速啟動(dòng)、冷卻以及防止從密封件中泄露等使用特征；油性體現(xiàn)了潤(rùn)滑油在金屬表面形成吸附膜的性質(zhì)，其反映了潤(rùn)滑油在較高負(fù)荷和較低轉(zhuǎn)速條件下的潤(rùn)滑能力；極壓性則體現(xiàn)了潤(rùn)滑油在金屬表面形成邊界反應(yīng)膜的性質(zhì)，它反映了油品在苛刻條件下的潤(rùn)滑能力。
粘度的影響因素，既包括航空潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的結(jié)構(gòu)組成、抗氧劑的類型含量，也包括溫度、壓力和剪切力等外部誘因，實(shí)驗(yàn)室通常按GB/T 265-1988(2004)方法標(biāo)準(zhǔn)，用玻璃毛細(xì)管粘度計(jì)測(cè)定石油產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)粘度。
油性的強(qiáng)弱與所含極性分子相關(guān)，不同類型的分子，極性不同，在金屬表面的吸附能力不同，從而形成的邊界吸附膜層的厚度與穩(wěn)定性也不同。極壓性的大小，與形成邊界反應(yīng)膜的極壓添加劑成分有關(guān)，潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)成分烴類不能與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而不具有極壓性，通常需要加入一些含活性成分的硫化物、氯化物和磷化物等極壓添加劑來(lái)使其具有極壓性。油品的油性和極壓性，由于涉及的影響因素很多，無(wú)法用簡(jiǎn)單的理化指標(biāo)來(lái)表示，因而多采用摩擦-磨損試驗(yàn)機(jī)評(píng)定，四球機(jī)是目前應(yīng)用泛的一種摩擦試驗(yàn)機(jī)。
現(xiàn)代航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)主要潤(rùn)滑件為滾動(dòng)軸承，軸承轉(zhuǎn)速快、負(fù)荷大，潤(rùn)滑油循環(huán)周期短，通常采取噴霧潤(rùn)滑。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速約為10200-13300r/min，渦輪的溫度瞬間可達(dá)1400℃，對(duì)潤(rùn)滑油分子有很大的剪切作用，會(huì)破壞吸附膜和邊界應(yīng)膜的生成。潤(rùn)滑油長(zhǎng)時(shí)間工作在150-200℃的條件下，其粘度會(huì)增大，當(dāng)潤(rùn)滑油粘度過(guò)大時(shí)，其流動(dòng)性變差，工作阻力增大，零件磨損程度增加；相反，若潤(rùn)滑油的粘度過(guò)小，就難以形成足夠厚度的油膜，使摩擦面間不能形成正常而連續(xù)的潤(rùn)滑層，造成機(jī)械的磨損；另外，粘度太小，還會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的密封性變差，造成氣缸漏氣、功率下降、稀釋和污染潤(rùn)滑油等后果。
氧化安定性
航空潤(rùn)滑油的氧化安定性指在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部長(zhǎng)時(shí)間高溫和金屬催化條件下，潤(rùn)滑油抵抗氧化變質(zhì)的能力。氧化衰變是導(dǎo)致航空潤(rùn)滑油失效變質(zhì)的最重要因素，也是決定潤(rùn)滑油使用壽命的關(guān)鍵因素。
航空潤(rùn)滑油長(zhǎng)時(shí)間的高溫高壓工作環(huán)境，將加速潤(rùn)滑油的氧化、分解和催化反應(yīng)等，Cu、Fe等金屬材料還可能加快潤(rùn)滑油變質(zhì)速率，將嚴(yán)重縮短發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。潤(rùn)滑油氧化后產(chǎn)生油泥或沉淀物等，使得潤(rùn)滑油部分理化性能發(fā)生變化，同時(shí)，氧化產(chǎn)生的有機(jī)酸能腐蝕金屬，羥基酸還能進(jìn)一步縮合成漆狀和焦?fàn)畛恋砦?，造成零件粘結(jié)故障，危害飛行安全。
潤(rùn)滑油的氧化安定性很大程度上取決于其結(jié)構(gòu)組成。潤(rùn)滑油既含有烷烴、環(huán)烷烴和芳烴等烴類物質(zhì)，也含有硫醇、硫醚等非烴類化合物，其中，烴類物質(zhì)是潤(rùn)滑油中最主要的組成部分，其支鏈數(shù)目和鏈長(zhǎng)度等分子結(jié)構(gòu)對(duì)油品熱氧化影響很大。通常情況下，不含支鏈的鏈烴類氧化安定性，支鏈越多，安定性越差；不含內(nèi)環(huán)的芳烴熱氧化安定性，內(nèi)環(huán)數(shù)目越多，其氧化安定性越差；此外也與航空潤(rùn)滑油使用條件如溫度、氧壓、接觸金屬、接觸面積、氧化時(shí)間等有關(guān)，因而評(píng)價(jià)各種潤(rùn)滑油的氧化安定性的氧化試驗(yàn)條件各不相同，須根據(jù)所測(cè)定潤(rùn)滑油的使用情況來(lái)選擇合適的試驗(yàn)條件。
目前，除了改善合成油工藝和油品工作環(huán)境來(lái)提高航空潤(rùn)滑油安定性外，通常加入抗氧化添加劑來(lái)改善其性能，常見(jiàn)的抗氧劑有T501和TZ516等。潤(rùn)滑油的氧化試驗(yàn)，通常與檢測(cè)油品腐蝕性結(jié)合起來(lái)，通過(guò)處理油品后測(cè)定粘度、酸值等理化指標(biāo)來(lái)判定潤(rùn)滑油是否達(dá)標(biāo)，通常是在一定量的試油中，放入金屬片作為催化劑，在一定溫度下，通入一定量的空氣(或氧氣)，經(jīng)過(guò)規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間后，測(cè)定試油氧化后的酸值、粘度、沉淀物和金屬片的質(zhì)量變化，或者是測(cè)定酸值達(dá)到規(guī)定值所經(jīng)過(guò)的試驗(yàn)時(shí)間。
低溫流動(dòng)性
低溫流動(dòng)性主要考查低溫條件下航空潤(rùn)滑油對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的影響，此外，航空潤(rùn)滑油良好的流動(dòng)性還用于發(fā)動(dòng)機(jī)零部件清潔和散熱作用。具有良好流動(dòng)性的潤(rùn)滑油，可以從設(shè)備的潤(rùn)滑系統(tǒng)中順利地輸送到零件的摩擦表面去。油品在低溫下失去流動(dòng)性主要分為結(jié)構(gòu)凝固和粘溫凝固。
航潤(rùn)滑油的低溫流動(dòng)性主要涉及到低溫粘度和凝點(diǎn)兩個(gè)方面因素。寒冷的季節(jié)使用粘度較大的潤(rùn)滑油還會(huì)使?jié)櫥到y(tǒng)受到損壞。同時(shí)，航空潤(rùn)滑油必須保證多發(fā)飛機(jī)在高空飛行時(shí)再啟動(dòng)時(shí)低溫粘度符合指標(biāo)，不能凝固，因此，航空潤(rùn)滑油必須具有較小的低溫粘度和較低的凝點(diǎn)。
實(shí)驗(yàn)室潤(rùn)滑油凝點(diǎn)測(cè)定通常按GB/T 510-1983(1991)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，目前，除了用凝點(diǎn)指標(biāo)表示航空潤(rùn)滑油失去流動(dòng)的溫度外，多數(shù)油品還使用傾點(diǎn)表示。傾點(diǎn)是指在規(guī)定條件下被冷卻的試樣能流動(dòng)的溫度，其測(cè)定通常按照GB/T 3535方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，將試樣先預(yù)熱后，在規(guī)定速度下冷卻，每間隔3檢查一次試樣的流動(dòng)性，記錄觀察到試樣能流動(dòng)的溫度作為傾點(diǎn)。對(duì)于航空潤(rùn)滑油來(lái)講，如果傾點(diǎn)或凝點(diǎn)過(guò)高，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，因此，一般選用比使用溫度低10-20℃傾點(diǎn)或凝點(diǎn)的潤(rùn)滑油。為了改善航空潤(rùn)滑油的低溫流動(dòng)性，除改進(jìn)油品結(jié)構(gòu)組成外，通常使用不同的添加劑來(lái)達(dá)到效果，如粘度指數(shù)改進(jìn)劑、降凝劑等。
腐蝕性
航空潤(rùn)滑油的腐蝕性主要指在實(shí)際工況中，發(fā)動(dòng)機(jī)金屬零部件與潤(rùn)滑油中某介質(zhì)相接觸時(shí)，由于發(fā)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用而引起金屬的破壞。純凈的航空潤(rùn)滑油在機(jī)械使用過(guò)程中可在金屬表面形成吸附油層，阻止和減少外界腐蝕性物質(zhì)與金屬的直接接觸，減少機(jī)械零部件的腐蝕。如果潤(rùn)滑油中存在腐蝕性物質(zhì)，其中的有機(jī)酸(或酸性氧化物)、硫化物等在溫度過(guò)高時(shí)對(duì)金屬產(chǎn)生化學(xué)腐蝕；有機(jī)酸金屬鹽類混入潤(rùn)滑油中的水分，則可對(duì)金屬產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。
腐蝕會(huì)對(duì)設(shè)備的壽命帶來(lái)嚴(yán)重的威脅，潤(rùn)滑油對(duì)金屬的腐蝕主要是酸的腐蝕。潤(rùn)滑油在貯存和使用過(guò)程中，由于受到熱、氧和光線等因素的作用，會(huì)發(fā)生氧化和分解，生成酸性物質(zhì)，從而使油品的酸值不斷的增大。酸的腐蝕受溫度的影響較大，在較低的溫度下腐蝕不嚴(yán)重，而在230℃-400℃范圍內(nèi)腐蝕嚴(yán)重，而腐蝕產(chǎn)物又能加劇潤(rùn)滑油的氧化，進(jìn)一步增加油品的酸值。
潤(rùn)滑油的酸值是表明油品中含有有機(jī)酸性物質(zhì)的重要指標(biāo)，同時(shí)，也是用來(lái)衡量潤(rùn)滑油腐蝕性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)室常用方法標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 7304—2000(2004)。酸值是中和1g潤(rùn)滑油中的酸所需的氫氧化鉀的毫克數(shù)，根據(jù)酸值的大小可以判斷油品中酸性物質(zhì)的量，酸值越大，則表明油品中所含酸性物質(zhì)愈多。除了測(cè)量油品的酸值，常見(jiàn)的潤(rùn)滑油腐蝕性測(cè)量方法還有水溶性酸或堿、潤(rùn)滑油腐蝕試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油腐蝕度測(cè)定法等，其方法標(biāo)準(zhǔn)分別是GB/T 259-1988(2004)、GJB 497、GB/T 391-1977(1988)。在實(shí)際工況中，通常加入防腐添加劑來(lái)改善航空潤(rùn)滑油的防腐性能。
航空潤(rùn)滑油各項(xiàng)使用指標(biāo)的合格與否直接關(guān)系到飛機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。全面、準(zhǔn)確、精細(xì)的評(píng)價(jià)航空潤(rùn)滑油的關(guān)鍵性指標(biāo)，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況及時(shí)更換用油，在保障飛機(jī)用油安全中及其重要。隨著現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)各方面性能的不斷提高，改善機(jī)械用油環(huán)境，提升航空潤(rùn)滑油質(zhì)量在當(dāng)下愈顯重要。
資料來(lái)源：彭顯才,費(fèi)逸偉,姚婷,等.航空潤(rùn)滑油關(guān)鍵性使用指標(biāo)分析[J].化工時(shí)刊,2016,30(04):36-40.