工業(yè)齒輪油不同黏度級(jí)別通讀規(guī)則研究

石 嘯

(中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司北京研究院，北京 100085)

0 引言

工業(yè)齒輪油廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、煤炭和石化等眾多行業(yè)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，其用量逐年遞增，2020年國(guó)內(nèi)需求量已達(dá)到31萬(wàn)t/a。按照GB 5903-2011要求，工業(yè)齒輪油出廠需要測(cè)試運(yùn)動(dòng)黏度、液相銹蝕、氧化安定性、四球極壓抗磨、FZG承載等16項(xiàng)理化指標(biāo)和臺(tái)架性能。其中部分測(cè)試項(xiàng)目周期長(zhǎng)(例如氧化需要13 d)、費(fèi)用高(FZG為2萬(wàn)元/次)，造成油品批次檢測(cè)項(xiàng)目多、檢測(cè)成本高、出廠延滯，不利于及時(shí)供應(yīng)客戶。若依據(jù)工業(yè)齒輪油配方和產(chǎn)品性能特點(diǎn)，將出廠批次檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，可有效避免重復(fù)浪費(fèi)，助力市場(chǎng)保供。

1 齒輪油配方特點(diǎn)

工業(yè)齒輪油根據(jù)齒輪箱工況特點(diǎn)研制，一般要求具有合適的黏度、良好的黏溫性能、足夠的極壓抗磨性能、良好的氧化安定性性、抗乳化性能、抗泡性能和防銹防腐等性能,主要涉及極壓劑、抗磨劑、摩擦改進(jìn)劑、降凝劑、抗氧劑、防銹劑、銅腐抑制劑、破乳劑和抗泡劑等添加劑。

根據(jù)添加劑在潤(rùn)滑油中的主要作用，以功能分類，即“物質(zhì)按其作用”分為三組：(1)摩擦改善劑(Tribo-Improvers additives)，包括摩擦改進(jìn)劑、抗磨劑、極壓添加劑等，在潤(rùn)滑劑配方中處于中心地位，直接有助于改善潤(rùn)滑劑的摩擦學(xué)性能；(2)流變改進(jìn)劑(rheology-improving additives)，包括黏度改進(jìn)劑和降凝劑，主要是在流體動(dòng)力條件下，通過(guò)改變液體的體積特性來(lái)改善潤(rùn)滑性能，主要涉及基礎(chǔ)油的流動(dòng)性；(3)性能保持劑(Maintainers)，是指通過(guò)防止?jié)櫥到y(tǒng)中的物質(zhì)劣化來(lái)幫助保持物質(zhì)(潤(rùn)滑劑和機(jī)械元件的材料)處于良好狀態(tài)的添加劑，主要作用為有助于延長(zhǎng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的壽命，并且在某些情況下部分有助于提高潤(rùn)滑性能。如抗氧化劑、腐蝕抑制劑(包括防銹劑)、抗泡劑和破乳劑等。

除根據(jù)添加劑的功能進(jìn)行分類外，還可以通過(guò)其作用點(diǎn)和作用機(jī)理進(jìn)行分類，如以作用點(diǎn)分類可分為界面劑和分散劑兩類，以作用機(jī)理分類可分為化學(xué)添加劑、物理添加劑兩類。表1列出了各個(gè)潤(rùn)滑劑添加劑不同分類的交互特性[1-3]。

表1 添加劑不同分類的關(guān)系

從表1可以看出，極壓劑、抗磨劑、摩擦改進(jìn)劑、抗氧劑和腐蝕抑制劑均為化學(xué)作用機(jī)理，彼此之間存在相互影響，如競(jìng)爭(zhēng)吸附作用等。物理作用類添加劑包括降凝劑、破乳劑、抗泡劑。依據(jù)添加劑的化學(xué)作用、物理作用以及界面作用機(jī)理，并根據(jù)齒輪油配方開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，工業(yè)齒輪油理化項(xiàng)目和添加劑、基礎(chǔ)油關(guān)聯(lián)性見(jiàn)表2。

表2 工業(yè)齒輪油主要理化項(xiàng)目與添加劑、基礎(chǔ)油關(guān)聯(lián)性

表2(續(xù))

根據(jù)表2對(duì)應(yīng)情況，工業(yè)齒輪油最為重要的極壓性能與配方中的極壓抗磨劑、防銹劑和基礎(chǔ)油相關(guān)度較大；若在添加劑種類和加劑量完全相同的情況下，提升齒輪油的黏度級(jí)別可增大油品的油膜厚度，油品承載性能增強(qiáng)；即添加劑相同情況下，基礎(chǔ)油組分類別相同僅比例不同的同源基礎(chǔ)油配方，高黏度級(jí)別工業(yè)齒輪油承載高于低黏度級(jí)別工業(yè)齒輪油。因此對(duì)于添加劑相同且基礎(chǔ)油同源的工業(yè)齒輪油配方，低黏度級(jí)別油品承載性能可向上讀到同源高黏度級(jí)別。

氧化性能與配方中的抗氧劑、極壓劑和基礎(chǔ)油關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般同類低黏度基礎(chǔ)油的抗氧化性能優(yōu)于高黏度基礎(chǔ)油，因此高黏度級(jí)別齒輪油抗氧化性能可向下讀到同源低黏度級(jí)別。同源低黏度基礎(chǔ)油低溫性能優(yōu)于同源高黏度基礎(chǔ)油，因此傾點(diǎn)的情況類似，即降凝劑及劑量相同時(shí)，高黏度級(jí)別配方傾點(diǎn)可向下讀到同源低黏度級(jí)別。

2 DIN與Flender通讀規(guī)則

由于德國(guó)強(qiáng)大的機(jī)械制造實(shí)力，同時(shí)擁有Flender、SEW、Bosch Rexroth和Eickhoff等眾多高端工業(yè)齒輪箱OEM，引領(lǐng)了齒輪箱和工業(yè)齒輪油技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì)(Deutsches Institut für Normung，DIN)的《潤(rùn)滑劑.潤(rùn)滑油.第3部分:潤(rùn)滑油CLP的最低要求》：DIN 51517-3齒輪油標(biāo)準(zhǔn)在行業(yè)中廣泛使用，且認(rèn)可度高[4-11]。DIN 51517-3-2018標(biāo)準(zhǔn)附錄A中對(duì)工業(yè)齒輪油的通讀規(guī)則有明確要求，具體見(jiàn)表3[12]。

表3 DIN 51517-3工業(yè)齒輪油不同黏度級(jí)別通讀規(guī)則

表3(續(xù))

從表3可以看出，DIN 51517-3-2018對(duì)于工業(yè)齒輪油的極壓承載性能，如FZG和FE-8僅需測(cè)試最低黏度級(jí)別；對(duì)于傾點(diǎn)僅需測(cè)試最高黏度級(jí)別，而氧化安定性、銅片腐蝕和液相銹蝕除了需要測(cè)試最高黏度級(jí)別，還需要補(bǔ)測(cè)常售黏度級(jí)別，有助于進(jìn)一步確認(rèn)該配方體系可行性。

弗蘭德(Flender)為國(guó)際頂尖工業(yè)齒輪箱制造商，其齒輪箱產(chǎn)品涵蓋水泥、鋼鐵、煤炭和港口等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，技術(shù)水平和市場(chǎng)占有率均處于領(lǐng)先地位。弗蘭德主導(dǎo)的AS7300工業(yè)齒輪油技術(shù)規(guī)格多年來(lái)一直引領(lǐng)著國(guó)際工業(yè)齒輪油技術(shù)規(guī)格的發(fā)展，目前已更新為第16版，在工業(yè)齒輪油領(lǐng)域具有極為重要的地位[13]。弗蘭德工業(yè)齒輪油技術(shù)規(guī)格AS 7300中一共有10余個(gè)測(cè)試項(xiàng)目[14]，相關(guān)黏度級(jí)別測(cè)試要求見(jiàn)表4。

表4 弗蘭德AS7300技術(shù)規(guī)格對(duì)工業(yè)齒輪油配方測(cè)試要求

表4(續(xù))

由表4中可知，弗蘭德AS7300不同黏度級(jí)別通讀規(guī)則要求與DIN 51517-3-2018基本一致，對(duì)于FZG、FE-8軸承和FVA54微點(diǎn)蝕等承載性能均對(duì)最低黏度級(jí)別VG 150進(jìn)行測(cè)試，F(xiàn)lender泡沫對(duì)最高黏度級(jí)別VG 680進(jìn)行測(cè)試，而對(duì)于底漆、面漆、橡膠兼容性和弗蘭德過(guò)濾測(cè)試僅需測(cè)試常售黏度級(jí)別VG 320。

3 國(guó)內(nèi)工業(yè)齒輪油通讀規(guī)則建議

從齒輪油配方特點(diǎn)、添加劑作用機(jī)理、DIN 51517-3和弗蘭德工業(yè)齒輪油技術(shù)規(guī)格的通讀規(guī)則可以看出，對(duì)于FZG、FE-8和微點(diǎn)蝕等承載性能可以從低黏度級(jí)別向上通讀，抗氧化性能可以從高黏度級(jí)別向下通讀，結(jié)合國(guó)內(nèi)工業(yè)齒輪油實(shí)際情況，國(guó)內(nèi)L-CKC/L-CKD工業(yè)齒輪油通讀規(guī)則建議如表5。

表5 L-CKC/L-CKD工業(yè)齒輪油通讀規(guī)則建議

以L-CKD工業(yè)齒輪油為例，VG 68～1000等8個(gè)黏度級(jí)別18個(gè)分析項(xiàng)目共需測(cè)試144個(gè)理化和臺(tái)架項(xiàng)目，測(cè)試周期長(zhǎng)，費(fèi)用高。經(jīng)過(guò)通讀規(guī)則簡(jiǎn)化后，常規(guī)理化只需測(cè)試86個(gè)，氧化長(zhǎng)周期和承載性能臺(tái)架僅需測(cè)試12個(gè)，常規(guī)理化精簡(jiǎn)了10.4%，氧化長(zhǎng)周期和承載性能臺(tái)架精簡(jiǎn)了80%；特別是13天長(zhǎng)周期的氧化實(shí)驗(yàn)從8個(gè)黏度級(jí)別縮減為2～3個(gè)黏度級(jí)別，對(duì)于油品快速出廠具有重要意義。按常規(guī)檢測(cè)價(jià)格計(jì)算，全黏度級(jí)別單批次總檢測(cè)費(fèi)用可節(jié)省64.7萬(wàn)元，檢測(cè)費(fèi)用僅為采用通讀規(guī)則簡(jiǎn)化前的12.7%，節(jié)約效果顯著。

4 小結(jié)

國(guó)內(nèi)工業(yè)齒輪油產(chǎn)量逐年增加，但油品生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在一定程度的供貨不及時(shí)，檢測(cè)費(fèi)用過(guò)高的情況。根據(jù)工業(yè)齒輪油產(chǎn)品特點(diǎn)和DIN 51517-3等工業(yè)齒輪油標(biāo)準(zhǔn)跨黏度級(jí)別通讀規(guī)則，結(jié)合國(guó)內(nèi)齒輪油實(shí)際情況綜合分析梳理了L-CKC/CKD工業(yè)齒輪油通讀規(guī)則，按照承載性能和抗氧化性能等項(xiàng)目分別進(jìn)行低黏度級(jí)別和高黏度級(jí)別測(cè)試，可有效簡(jiǎn)化油品檢測(cè)個(gè)數(shù)，節(jié)省檢測(cè)費(fèi)用，加快油品出廠速度，對(duì)于工業(yè)齒輪油生產(chǎn)環(huán)節(jié)避免重復(fù)浪費(fèi)，及時(shí)穩(wěn)定市場(chǎng)供貨均具有重要意義。