航空潤滑油關鍵性使用指標分析
2020-12-10為達到改進航空潤滑油使用性能和改善用油環(huán)境的目的，研究航空潤滑油的幾個關鍵性使用指標甚為重要。
航空發(fā)動機潤滑油關鍵性使用指標分析
潤滑油是由基礎油和添加劑調(diào)和而成，基礎油大約占90-95％，基礎油結(jié)構(gòu)組成直接決定潤滑油性質(zhì)好壞。航空發(fā)動機潤滑油關鍵性使用指標主要有潤滑性、氧化安定性、低溫流動性和防腐性。
潤滑性
潤滑可使具有相對運動(包括滾動和滑動)的兩個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，是延長軸承壽命的必要保障措施。對于飛機發(fā)動機內(nèi)部轉(zhuǎn)速較高、發(fā)熱量或外端傳人熱量較多的軸承，潤滑性是確保軸承可靠工作的必要條件。
航空潤滑油的潤滑性涉及到油品的粘度、油性、極壓性三方面性質(zhì)。粘度是潤滑油的基本機械特性，能表征潤滑油在潤滑系統(tǒng)中的流動、低溫快速啟動、冷卻以及防止從密封件中泄露等使用特征；油性體現(xiàn)了潤滑油在金屬表面形成吸附膜的性質(zhì)，其反映了潤滑油在較高負荷和較低轉(zhuǎn)速條件下的潤滑能力；極壓性則體現(xiàn)了潤滑油在金屬表面形成邊界反應膜的性質(zhì)，它反映了油品在苛刻條件下的潤滑能力。
粘度的影響因素，既包括航空潤滑油基礎油的結(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，實驗室通常按GB/T 265-1988(2004)方法標準，用玻璃毛細管粘度計測定石油產(chǎn)品的運動粘度。
油性的強弱與所含極性分子相關，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，與形成邊界反應膜的極壓添加劑成分有關，潤滑油的基礎成分烴類不能與金屬發(fā)生化學反應，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，無法用簡單的理化指標來表示，因而多采用摩擦-磨損試驗機評定，四球機是目前應用最廣泛的一種摩擦試驗機。
現(xiàn)代航空渦輪發(fā)動機主要潤滑件為滾動軸承，軸承轉(zhuǎn)速快、負荷大，潤滑油循環(huán)周期短，通常采取噴霧潤滑。當發(fā)動機工作時，渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速約為10200-13300r/min，渦輪的溫度瞬間可達1400℃，對潤滑油分子有很大的剪切作用，會破壞吸附膜和邊界應膜的生成。潤滑油長時間工作在150-200℃的條件下，其粘度會增大，當潤滑油粘度過大時，其流動性變差，工作阻力增大，零件磨損程度增加；相反，若潤滑油的粘度過小，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)的潤滑層，造成機械的磨損；另外，粘度太小，還會使發(fā)動機氣缸的密封性變差，造成氣缸漏氣、功率下降、稀釋和污染潤滑油等后果。
氧化安定性
航空潤滑油的氧化安定性指在發(fā)動機內(nèi)部長時間高溫和金屬催化條件下，潤滑油抵抗氧化變質(zhì)的能力。氧化衰變是導致航空潤滑油失效變質(zhì)的最重要因素，也是決定潤滑油使用壽命的關鍵因素。
航空潤滑油長時間的高溫高壓工作環(huán)境，將加速潤滑油的氧化、分解和催化反應等，Cu、Fe等金屬材料還可能加快潤滑油變質(zhì)速率，將嚴重縮短發(fā)動機使用壽命。潤滑油氧化后產(chǎn)生油泥或沉淀物等，使得潤滑油部分理化性能發(fā)生變化，同時，氧化產(chǎn)生的有機酸能腐蝕金屬，羥基酸還能進一步縮合成漆狀和焦狀沉淀物，造成零件粘結(jié)故障，危害飛行安全。
潤滑油的氧化安定性很大程度上取決于其結(jié)構(gòu)組成。潤滑油既含有烷烴、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)是潤滑油中最主要的組成部分，其支鏈數(shù)目和鏈長度等分子結(jié)構(gòu)對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最好，支鏈越多，安定性越差；不含內(nèi)環(huán)的芳烴熱氧化安定性最好，內(nèi)環(huán)數(shù)目越多，其氧化安定性越差；此外也與航空潤滑油使用條件如溫度、氧壓、接觸金屬、接觸面積、氧化時間等有關，因而評價各種潤滑油的氧化安定性的氧化試驗條件各不相同，須根據(jù)所測定潤滑油的使用情況來選擇合適的試驗條件。
目前，除了改善合成油工藝和油品工作環(huán)境來提高航空潤滑油安定性外，通常加入抗氧化添加劑來改善其性能，常見的抗氧劑有T501和TZ516等。潤滑油的氧化試驗，通常與檢測油品腐蝕性結(jié)合起來，通過處理油品后測定粘度、酸值等理化指標來判定潤滑油是否達標，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)過規(guī)定的試驗時間后，測定試油氧化后的酸值、粘度、沉淀物和金屬片的質(zhì)量變化，或者是測定酸值達到規(guī)定值所經(jīng)過的試驗時間。
低溫流動性
低溫流動性主要考查低溫條件下航空潤滑油對飛機發(fā)動機啟動過程的影響，此外，航空潤滑油良好的流動性還用于發(fā)動機零部件清潔和散熱作用。具有良好流動性的潤滑油，可以從設備的潤滑系統(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性主要分為結(jié)構(gòu)凝固和粘溫凝固。
航潤滑油的低溫流動性主要涉及到低溫粘度和凝點兩個方面因素。寒冷的季節(jié)使用粘度較大的潤滑油還會使?jié)櫥到y(tǒng)受到損壞。同時，航空潤滑油必須保證多發(fā)飛機在高空飛行時再啟動時低溫粘度符合指標，不能凝固，因此，航空潤滑油必須具有較小的低溫粘度和較低的凝點。
實驗室潤滑油凝點測定通常按GB/T 510-1983(1991)方法標準進行，目前，除了用凝點指標表示航空潤滑油失去流動的溫度外，多數(shù)油品還使用傾點表示。傾點是指在規(guī)定條件下被冷卻的試樣能流動的最低溫度，其測定通常按照GB/T 3535方法標準進行，將試樣先預熱后，在規(guī)定速度下冷卻，每間隔3檢查一次試樣的流動性，記錄觀察到試樣能流動的最低溫度作為傾點。對于航空潤滑油來講，如果傾點或凝點過高，會造成發(fā)動機啟動困難，因此，一般選用比使用溫度低10-20℃傾點或凝點的潤滑油。為了改善航空潤滑油的低溫流動性，除改進油品結(jié)構(gòu)組成外，通常使用不同的添加劑來達到效果，如粘度指數(shù)改進劑、降凝劑等。
腐蝕性
航空潤滑油的腐蝕性主要指在實際工況中，發(fā)動機金屬零部件與潤滑油中某介質(zhì)相接觸時，由于發(fā)生化學作用或電化學作用而引起金屬的破壞。純凈的航空潤滑油在機械使用過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，減少機械零部件的腐蝕。如果潤滑油中存在腐蝕性物質(zhì)，其中的有機酸(或酸性氧化物)、硫化物等在溫度過高時對金屬產(chǎn)生化學腐蝕；有機酸金屬鹽類混入潤滑油中的水分，則可對金屬產(chǎn)生電化學腐蝕。
腐蝕會對設備的壽命帶來嚴重的威脅，潤滑油對金屬的腐蝕主要是酸的腐蝕。潤滑油在貯存和使用過程中，由于受到熱、氧和光線等因素的作用，會發(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重，而在230℃-400℃范圍內(nèi)腐蝕最為嚴重，而腐蝕產(chǎn)物又能加劇潤滑油的氧化，進一步增加油品的酸值。
潤滑油的酸值是表明油品中含有有機酸性物質(zhì)的重要指標，同時，也是用來衡量潤滑油腐蝕性的一項重要指標，實驗室常用方法標準是GB/T 7304—2000(2004)。酸值是中和1g潤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。除了測量油品的酸值，常見的潤滑油腐蝕性測量方法還有水溶性酸或堿、潤滑油腐蝕試驗、發(fā)動機潤滑油腐蝕度測定法等，其方法標準分別是GB/T 259-1988(2004)、GJB 497、GB/T 391-1977(1988)。在實際工況中，通常加入防腐添加劑來改善航空潤滑油的防腐性能。
航空潤滑油各項使用指標的合格與否直接關系到飛機能否正常運轉(zhuǎn)。全面、準確、精細的評價航空潤滑油的關鍵性指標，并根據(jù)發(fā)動機實際工況及時更換用油，在保障飛機用油安全中及其重要。隨著現(xiàn)代航空發(fā)動機各方面性能的不斷提高，改善機械用油環(huán)境，提升航空潤滑油質(zhì)量在當下愈顯重要。
資料來源：彭顯才,費逸偉,姚婷,等.航空潤滑油關鍵性使用指標分析[J].化工時刊,2016,30(04):36-40.
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