NB/SH/T 0983-2019《傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑油低溫動(dòng)力黏度的測(cè)定恒剪切應(yīng)力黏度計(jì)法》標(biāo)準(zhǔn)解讀

張大華 劉紅 何曉蘭 張遂心 孫雪嬌

中國(guó)石油天然氣股份有限公司昆侖潤(rùn)滑檢測(cè)評(píng)定中心

標(biāo)準(zhǔn)制定的背景和意義

近年來(lái)，降低碳排放和提高燃油經(jīng)濟(jì)性一直是推動(dòng)潤(rùn)滑油產(chǎn)品不斷升級(jí)換代的動(dòng)力。對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)而言，提高傳動(dòng)效率、降低摩擦磨損一直是傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑技術(shù)發(fā)展的主要方向。傳動(dòng)系統(tǒng)是車(chē)輛重要組成部件，隨著各種新的變速器技術(shù)發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)系潤(rùn)滑油提出了更為嚴(yán)苛的要求。其中低溫黏度是傳動(dòng)系潤(rùn)滑油（如車(chē)輛齒輪油、自動(dòng)變速器油等）的一個(gè)重要指標(biāo)：對(duì)于車(chē)輛齒輪油而言，通過(guò)低溫黏度可以了解其在低溫下的流動(dòng)性能[1]；對(duì)于自動(dòng)變速器油，低溫黏度不僅影響自動(dòng)變速器的低溫啟動(dòng)性能和泵送能力，而且還影響到摩擦部件工作狀況。因此，傳動(dòng)系潤(rùn)滑油產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中均根據(jù)油品使用工況要求測(cè)定其在特定溫度下的低溫黏度。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)內(nèi)測(cè)定傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑油低溫黏度的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 11145—2014《車(chē)用流體潤(rùn)滑劑低溫黏度測(cè)定法（勃羅克費(fèi)爾特黏度計(jì)法）》，該標(biāo)準(zhǔn)修改采用了ASTM D 2983-03，可以在-40 ℃～-5 ℃溫度范圍內(nèi)測(cè)定油品的低溫黏度。由于GB/T 11145—2014 標(biāo)準(zhǔn)使用勃羅克費(fèi)爾特黏度計(jì)，因此使用單位需要采購(gòu)相應(yīng)的低溫冷浴以及勃羅克費(fèi)爾特黏度計(jì)才能開(kāi)展相關(guān)檢測(cè)工作。

國(guó)外測(cè)定傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑油低溫黏度的標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO 2555、DIN 51398、ASTM D 2983、CEC L-18-A-80 等。以上標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)條款和要求上，基本與GB/T 11145相同，但是由于屬于不同地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)格式以及精密度的計(jì)算方式上要求不同，因此在表述方式、精密度要求方面存在一定的差異，但試驗(yàn)條件、技術(shù)要求基本一致。

MRV（小型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)）也是一種測(cè)定潤(rùn)滑劑動(dòng)力黏度的設(shè)備，主要用于測(cè)定內(nèi)燃機(jī)油表觀黏度和屈服應(yīng)力，在測(cè)定原理方面與勃羅克費(fèi)爾特黏度計(jì)相似，同時(shí)由于MRV 自帶低溫冷卻裝置，且溫控精度方面要求高于GB/T 11145—2002，因此ASTM 組織的工作組在MRV 上開(kāi)發(fā)了低溫動(dòng)力黏度的測(cè)定方法，進(jìn)一步擴(kuò)展了MRV 設(shè)備的用途，發(fā)布了利用MRV 設(shè)備來(lái)測(cè)定傳動(dòng)系統(tǒng)用油低溫動(dòng)力黏度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法ASTM D6821[2]。這一標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，不但拓展了MRV 設(shè)備的使用范圍，同時(shí)也為潤(rùn)滑油低溫黏度的測(cè)定提供了新的選擇，可以為用戶(hù)節(jié)約設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用。NB/SH/T 0983—2019《傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑油低溫動(dòng)力黏度的測(cè)定 恒剪切應(yīng)力黏度計(jì)法》即為修改采用ASTM D6821-18 制定的我國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前ASTM D6821 最新版本為20a版，與18 版相比，20a 版在技術(shù)方面沒(méi)有任何變化，僅對(duì)6.4.1 條中數(shù)字式溫度計(jì)的技術(shù)要求，通過(guò)引用ASTM D8278 來(lái)描述，而刪除了具體的技術(shù)要求。

低溫流動(dòng)性是指潤(rùn)滑油在低溫下維持正常流動(dòng)的能力，潤(rùn)滑油的低溫流動(dòng)性差會(huì)造成機(jī)械設(shè)備在低溫下啟動(dòng)困難，因此嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)當(dāng)注意選用低溫流動(dòng)性較好的潤(rùn)滑油來(lái)保證機(jī)械設(shè)備的啟動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油的低溫流動(dòng)性通常用低溫動(dòng)力黏度來(lái)表征，目前主要用布氏黏度計(jì)來(lái)測(cè)定潤(rùn)滑油的低溫動(dòng)力黏度。2019 年，中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心制定了利用小型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（MRV）測(cè)定傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油低溫動(dòng)力黏度的方法NB/SH/T 0983—2019《傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑油低溫動(dòng)力黏度的測(cè)定 恒剪切應(yīng)力黏度計(jì)法》，標(biāo)準(zhǔn)已于2019 年10 月1 日正式實(shí)施。本文對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的制定背景、技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行了解讀。

另外，與GB/T 11145 相比，NB/SH/T 0983—2019 采用了程序降溫的方法，因此樣品降溫過(guò)程中形成的膠體較為穩(wěn)定，從而數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性也較好；同時(shí)這一方法不需要根據(jù)不同的黏度范圍對(duì)黏度計(jì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低了操作的難度，測(cè)量過(guò)程也屬于原位測(cè)量，不會(huì)對(duì)樣品造成擾動(dòng)或溫度的變化（GB/T 11145 的氣體浴需要將樣品移出低溫浴，并連接黏度測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量），因此在操作方面也具有一定的優(yōu)勢(shì)。

NB/SH/T 0983—2019 與NB/SH/T 0562 使用儀器的差異

NB/SH/T 0983—2019 標(biāo)準(zhǔn)所使用的儀器與NB/SH/T 0562《低溫下發(fā)動(dòng)機(jī)油屈服應(yīng)力和表觀黏度測(cè)定法》使用儀器的主體相同[3]，但是NB/SH/T 0983—2019 標(biāo)準(zhǔn)所用的轉(zhuǎn)子與其他MRV 方法所使用的轉(zhuǎn)子大小是不一樣的。NB/SH/T 0983—2019 的轉(zhuǎn)子在軸上部一般有一個(gè)白色環(huán)作為標(biāo)記，切記不能使用GB/T 9171《發(fā)動(dòng)機(jī)油邊界泵送溫度測(cè)定器(MRV)》、NB/SH/T 0562 以及NB/SH/T 0862《用過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)油低溫下屈服應(yīng)力和表觀黏度測(cè)定法》標(biāo)準(zhǔn)中的轉(zhuǎn)子。對(duì)于這兩種轉(zhuǎn)子均有使用的實(shí)驗(yàn)室，需要保證這兩種轉(zhuǎn)子在視覺(jué)上有明顯的區(qū)分性，以最大程度地降低轉(zhuǎn)子被誤用的可能性。另外，在測(cè)定低溫黏度和屈服應(yīng)力時(shí)所使用的砝碼也有所不同，NB/SH/T 0562 使用了10 g 以及150 g 的砝碼，而NB/SH/T 0983—2019 標(biāo)準(zhǔn)使用2.5 g 以及20 g 的砝碼?；谝陨喜煌煌瑯?biāo)準(zhǔn)的黏度以及屈服應(yīng)力的計(jì)算公式也有所不同。NB/SH/T 0983—2019 與NB/SH/T 0562 使用儀器的差異見(jiàn)表1。

表1 NB/SH/T 0983—2019與NB/SH/T 0562使用儀器的差異

NB/SH/T 0983—2019 與GB/T11145 測(cè)定低溫黏度結(jié)果相關(guān)性的驗(yàn)證

NB/SH/T 0983—2019 標(biāo)準(zhǔn)作為布氏黏度的代用方法，其測(cè)試結(jié)果必須與GB/T 11145 有直接的相關(guān)性。根據(jù)ASTM D6821 中的描述，以及我國(guó)GB/T 11145、NB/SH/T 0983—2019 標(biāo)準(zhǔn)的采標(biāo)情況可以看出，NB/SH/T 0983—2019 標(biāo)準(zhǔn)與GB/T 11145 測(cè)定結(jié)果之間有非常好的相關(guān)性，相互之間存在如下關(guān)系，且該方程強(qiáng)制通過(guò)零點(diǎn)，其變異系數(shù)（R2）為0.994 8。

式中：

V—NB/SH/T 0983—2019 的測(cè)定結(jié)果；

V11145—GB/T 11145 的測(cè)定結(jié)果。

為驗(yàn)證二者測(cè)試結(jié)果的相關(guān)性，選取14 個(gè)不同的工業(yè)用油樣品，分別在不同的溫度條件下用NB/SH/T 0983—2019 以及GB/T11145 測(cè)定其低溫動(dòng)力黏度。NB/SH/T 0983—2019 測(cè)定結(jié)果、GB/T 11145 測(cè)定結(jié)果、由NB/SH/T 0983—2019 測(cè)定結(jié)果換算得到的低溫黏度結(jié)果（NB/SH/T 0983—2019 測(cè)定結(jié)果/0.941）見(jiàn)表2。

表2 NB/SH/T 0983—2019與GB/T11145測(cè)定的低溫黏度結(jié)果

將每個(gè)樣品的“NB/SH/T 0983—2019 測(cè)定結(jié)果/0.941”與由GB/T 11145 得到的測(cè)定結(jié)果分別作為X 坐標(biāo)和Y 坐標(biāo)，建立散點(diǎn)圖，見(jiàn)圖1。

圖1 NB/SH/T 0983—2019測(cè)定結(jié)果換算值與GB/T 11145測(cè)定結(jié)果的散點(diǎn)圖

利用excel 軟件的回歸分析功能，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果

從表3 的回歸分析結(jié)果可以看出，兩組結(jié)果的變異系數(shù)（R2）為0.998 1，優(yōu)于ASTM D6821 規(guī)定的0.994 8，說(shuō)明NB/SH/T 0983—2019 測(cè)定結(jié)果與GB/T 11145 測(cè)定結(jié)果之間的相關(guān)性良好，同時(shí)結(jié)果表明NB/SH/T 0983—2019 的驗(yàn)證結(jié)果完全滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

結(jié)束語(yǔ)

NB/SH/T 0983—2019 雖然采用了與GB/T 11145 完全不同的儀器，但是NB/SH/T 0983—2019 與GB/T 11145 的測(cè)定結(jié)果之間存在良好的相關(guān)性，兩種方法的測(cè)定結(jié)果之間可以互相進(jìn)行換算。NB/SH/T 0983—2019 方法的開(kāi)發(fā)拓展了小型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的應(yīng)用范圍，使企業(yè)可以減少相應(yīng)的設(shè)備購(gòu)置支出。作為可選項(xiàng)，NB/SH/T 0983—2019 方法也可以測(cè)定油品在特定溫度下的屈服應(yīng)力來(lái)評(píng)價(jià)油品的低溫流動(dòng)性能，但是由于目前傳動(dòng)系統(tǒng)用油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)并不要求測(cè)定屈服應(yīng)力，因此試驗(yàn)中屈服應(yīng)力測(cè)定精密度尚未確定。