变速变负荷条件下评定润滑油抗磨性的特征参数

杜鹏飞，宋世远，李华峰

（解放军后勤工程学院军事油料应用与管理工程系，重庆401311）

目前对于润滑油抗磨性能的研究有多种方法［1］。SH/T 0189［2］通过测量磨斑直径来评价润滑油的抗磨性能、GB/T 3142［3］和 GB/T 12583［4］润滑剂承载能力测定法通过测量最大无卡咬负荷（PB）、烧结负荷（PD）、磨斑直径来评定润滑油的极压抗磨性能等。同一类型的油品在实际应用中性能差别较大，但在试验测量时往往具有相近或完全相同的参数值，譬如，通过测量PB、PD值来评定同一类型的油品性能时，数据区分性往往不是很好。针对上述问题，本课题在变速变负荷条件下，采用四球试验机评定油品的抗磨性，通过对引起油品摩擦系数突变的参数负荷（P）和转速（V）的研究，提出油品抗磨性特征参数（R）的概念。采用R对PB、PD值进行修正，以参数R及修正后的PB、PD值评定同一类型油品的抗磨性能。

1 实 验

1.1 试验材料和仪器

1.1.1试验材料 选用500SN为基础油，二烷基二硫代磷酸锌（T202）为添加剂。试验钢球为GCr15轴承钢二级标准钢球，直径12.70mm，硬度为HRC 59～61；石油醚，分析纯。

1.1.2试验仪器 济南舜茂实验仪器有限公司生产的MMW－1型立式万能摩擦磨损试验机；济南试验机厂生产的MQ－800型四球摩擦试验机。

1.2 试验方法

1.2.1 润滑油抗磨性能 根据SH/T 0189方法对500SN基础油及添加T202的调配油进行抗磨性测试。实验条件为：负荷392N，转速1 200r/min，试验时间60min，油温（75±2）℃。试验在立式万能摩擦磨损试验机MMW－1上进行，每次试验前，钢球在石油醚中超声波清洗10min，按上述条件进行实验，并记录摩擦系数。采用精度为0.05mm的光学显微镜观测钢球的磨斑直径，并取3次测量的平均值作为磨损的评价指标。

1.2.2PB和PD值测定 在四球摩擦试验机MQ－800上，采用GB/T 3142润滑剂承载能力测定法和GB/T 12583润滑剂极压性能测定法测量基础油500SN及添加T202调配油的PB、PD值，按其规定的负荷级别依次进行试验，直到烧结发生为止。

1.2.3 变速变负荷试验 变速变负荷试验在立式万能摩擦磨损试验机MMW－1上进行，试验前钢球在石油醚中超声波清洗10min，通过试验机配套软件设定变速变负荷试验程序，并记录实验过程中摩擦系数的变化情况。由于在试验过程中，摩擦系数都出现突变，钢球都会出现严重摩擦磨损，故试验结束后不需要测量钢球的磨斑直径。变速变负荷试验条件为：设置初始负荷为100N，初始转速为1 000r/min，试验时间为30min，油温（75±2）℃，在30min的试验期间内负荷由100N呈线性均匀上升到600N，转速由1 000r/min呈线性均匀上升到1 600r/min。在此过程中测量摩擦系数的变化，记录油品摩擦系数发生突变时的P和V的数值，每个油品在该变速变负荷试验条件下重复进行3次，计算出该油品摩擦系数出现波峰时P与V的乘积平均值作为试验数据。

2 结果与讨论

以500SN为基础油，T202添加剂添加量（w）分别为0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%时的PB、PD值及磨斑直径见表1。从表1可以看出：添加剂T202能明显改善基础油的抗磨性能。当T202添加剂添加量（w）分别为 0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%时，磨斑直径分别为0.72，0.59，0.56，055，0.53mm；T202添加量为1.0%与1.5%时的磨斑直径仅相差0.01mm，T202添加量为1.5%与2.0%时的磨斑直径也仅相差0.02mm。从表1还可以看出：当T202添加剂添加量（w）分别为0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0% 时，PB值 分 别 为695.8，921.2，921.2，1 048.6，1 117.2N，PD值分 别 为 980.0，1 234.8，1 234.8，1 568.0，1 568.0N，其中，T202添加量为0.5%与1.0%时的PB值同为921.2N，PD值同为1 234.8N，而且T202添加量为1.5%与2.0%时的PD值也同为1 568.0N。可见，通过PB、PD值及磨斑直径很难具体区分出油品抗磨性能的好坏，评价效果不理想。

表1 几种油品的抗磨性能

在变速变负荷条件下，以500SN为基础油，T202添加剂添加量（w）分别为0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%时的摩擦系数见图1。由图1可见，上述5种油品摩擦系数出现峰值时的时间分别为1 250，1 538，1 580，1 709，1 790s，测定此时的负荷和转速分别为 445，526，540，573，596N 和1 417，1 514，1 530，1 570，1 597r/min。5种油品在变速变负荷试验条件下，摩擦系数都会出现突变，随着T202添加剂添加量的增加，出现峰值的时间、负荷及转速都依次增加。摩擦系数出现峰值的原因可能是由于添加剂T202中含有的S、P等元素与钢球表面发生化学反应形成反应膜，该反应膜所能承受的负荷和转速有一定的限度，当负荷和转速增大到反应膜所能承受的临界值时，摩擦表面的温度急剧升高使反应膜失效或熔化时，反应膜就发生破裂，摩擦系数迅速增大，出现波峰；而且随着T202添加剂添加量的增加，形成的反应膜厚度增加，其所承受的最大负荷和转速也依次增加，这也是上述5种油品出现波峰依次推后的原因。其中加入0.5%T202油品的摩擦系数出现2次波峰，且第2次波峰强度更大，但选用第1次出现波峰时的P与V乘积，原因是第1次出现波动时，其负荷和速度已经达到了反应膜所能承受的临界限度，致使油膜破裂，摩擦系数出现波动。由于第1次摩擦系数出现波动时，钢球已经发生了严重的摩擦磨损，会有金属磨粒产生，金属磨粒的存在导致第2次波峰强度更大。

图1 几种油品的摩擦系数随时间的变化

以500SN基础油在变速变负荷条件下出现摩擦系数峰值时的P与V乘积作为参考标准，引进一个参数（R），定义R为所测油品的PV乘积与500SN基础油PV乘积的比值。R的数值大于1，说明该油品的抗磨性能好于500SN基础油的抗磨性能，且R值越大说明油品的抗磨性能相对越好。通过计算得到上述5种油品的参数R见表2。由表2可以看出，通过引进参数R可以直观地判断油品抗磨性能的好坏，以500SN基础油为参考标准，5种油品的参数R依次为1.00，1.26，1.31，1.43，1.51，含有添加剂 T202的调配油与500SN基础油相比，参数R的差值比较明显，说明T202添加剂能明显改善500SN基础油的抗磨性能；且随着T202添加剂添加量的增加，参数R依次增加，与表1中的数据呈现出较好的一致性。

表2 油品的参数R

以500SN基础油的PB、PD值为基准，引进参数R对PB、PD值进行修正（油品对应的参数R乘以500SN基础油的PB、PD值），几种油品修正后的PB、PD值见表3。从表3可以看出，以500SN为基础油，T202添加剂添加量（w）分别为0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，油品参数R修正后的PB值分别为695.8，876.7，911.5，995.0，1 050.7 N，修 正 后 的PD值 分 别 为 980.0，1 234.8，1 283.8，1 401.4，1 479.8N，与测试的PB、PD值相比具有明显的区分性，可以区分同一类型油品的抗磨性能。

表3 几种油品通过参数R修正后的PB、PD值

3 结 论

（1）在变速变负荷试验方法下，通过对引起油品摩擦系数突变时的负荷（P）和转速（V）的研究，提出了特征参数R的概念，参数R定义为油品摩擦系数出现波峰时的P与V的乘积与基准油对应的PV乘积的比值。

（2）研究表明，特征参数R的引入能直观地评定油品的抗磨性能，且参数R修正后的PB、PD值对同一类型油品抗磨性能的评定具有更好的区分性。

［1］宋世远，李子存，冯新沪.油料模拟台架试验［M］.北京：中国石化出版社，2001：151－154

［2］SH/T 0189—1992，润滑油抗磨性能测定法［S］.1992

［3］GB/T 3142，润滑剂承载能力测定法（四球法）［S］.1982

［4］GB/T 12583，润滑剂极压性能测定法（四球法）［S］.1998