高温长寿命电机脂的研究与应用

强永席　张遂心　王越　冯乐刚

摘要：通过研究稠化剂、基础油、添加剂组成对电机脂的影响，得出三组分复合锂基润滑脂的最佳比例为1：0.4：0.4。研制的电机脂具有良好的高低温性能、胶体安定性、机械安定性、氧化安定性、抗磨性、防腐性、抗水性和较长的高温轴承寿命。由现场试验筛选出了适合的基础油黏度，所生产的电机脂在使用试验中效果良好。

关键词：润滑脂；电机；长寿命

中图分类号：TE626.4

文献标识码：A

文章编号：1002-3119（2015）02-0007-04

0 引言

近20年来，随着电力电子技术、计算机技术和控制理论发展，电机调速技术的迅速发展，电机的应用不再局限于工业方面，在商业及家用设备等各个领域也得到应用。当电机的制造技术达到一定程度时，润滑脂性能对电机的运行寿命的影响就显得尤为突出。合成润滑油具有一定化学结构和特殊性能，与矿物油相比，合成润滑油具有更好的黏温性能和热氧化性能。另外，合成润滑油能降低能耗和润滑剂耗量、减少设备磨损、延长设备维修周期、提高综合经济效益，因此在工业中使用范围比较广。

复合锂基润滑脂的研究始于60年代，1962年美国第一个复合锂基润滑脂产品通过现场试验。在美国，复合锂基润滑脂被作为工业多效脂、汽车多效脂、抗磨轴承脂而广泛应用。我国从70年代开始了复合锂基润滑脂的研究工作，并成功地应用于工业领域。2008年，刘志颖等探讨了不同类型的基础油对复合锂基脂性能的影响。复合锂基脂的皂纤维是由高级脂肪酸锂皂和低分子酸锂盐两种或多种化合物共结晶而成，使制备的复合锂基脂具有260℃以上的滴点，在163℃下的轴承寿命可以达到400h以上，可以较长时间使用在200℃工作环境下。复合锂基脂是由12-羟基硬脂酸与二元酸复合锂皂作稠化剂制成的。二元酸可以用壬二酸或癸二酸，如不用二元酸还可以用硼酸或同时加入第二种羟基酸如水杨酸、乳酸或对羟基苯甲酸。复合锂基润滑脂由于具有良好的高温多效性能，必将在未来获得更加迅速的发展。

用合成油生产的复合锂基润滑脂具有良好的高低温性能、热氧化安定性，能更好地延长电机运转周期，提高电机的使用寿命。

1 电机脂的制备

1.1试验材料

12-羟基硬脂酸、癸二酸、硼酸、氢氧化锂、纯净水、基础油、添加剂均为工业原料，使用前未经任何处理。

1.2制备工艺

将1/3基础油与十二羟基硬脂酸加入反应釜中和当量的单水氢氧化锂水溶液反应，皂化1h完成，加入癸二酸和当量的单水氢氧化锂水溶液反应，皂化1h后，继续加入硼酸和当量的单水氢氧化锂水溶液反应，皂化1h后脱水，升温炼制到210℃恒温10min，加入冷油搅拌降温，在100℃时加入添加剂，搅拌均匀降至90℃左右，均化研磨，出釜得到电机脂成品。制备工艺流程见图1。

2 结果与讨论

2.1稠化剂组成对电机脂性能的影响

许多低分子酸均可与脂肪酸复合制备复合锂基脂，试验考察12-羟基硬脂酸、癸二酸与硼酸比例的变化对于电机脂锥入度、滴点以及钢网分油性能的影响。具体见表1。

从表1可以看出，不同的摩尔比其稠化能力也不同，而滴点随之变化，胶体安定性也有很大的区别，随着三种酸摩尔比例的变大，润滑脂锥入度依次变大，滴点逐渐升高，分油也是逐步变大的趋势。考虑稠化剂的稠化能力及其高温性能，其摩尔比应可选择1：0.4：0.4和1：0.5：0.5。考虑润滑脂的胶体安定性及剪切安定性，最好选用摩尔比为1：0.4：0.4。

2.2基础油组成对电机脂性能的影响

选用不同黏度国产合成润滑油和矿物基础油进行调合，得到调合油A（40℃运动黏度64.47mm²/s）、B（40℃运动黏度95.78mm²/s）、C（40℃运动黏度181.21mm²/s）。针对三种不同的调合油，采用相同的工艺和稠化剂摩尔比（1：0.4：0.4）生产了三批电机脂，分析数据见表2。

从表2的数据可以看出，改变基础油黏度和类型，研制的稠化剂体系对不同黏度的基础油均有良好的适应性，能满足电机脂的理化性能要求。

2.3添加剂对电机脂性能的影响

为满足基础脂的使用性能，需加入抗磨剂、抗氧剂、防锈剂等多种添加剂，但极性添加剂对基础脂的结构易产生破坏作用，如引起滴点的大幅度降低、胶体安定性变差、对金属产生腐蚀等；不同添加剂之间由于争夺金属表面也会存在相互遏制作用，如防锈剂的存在会降低极压抗磨剂的效果。因此，将抗磨剂、抗氧剂、防锈剂等所需的添加剂加入基础脂，进行主要性能的考察，典型数据见表3。

由表3可以看出：加入添加剂后的电机脂在铜片腐蚀、防锈蚀、磨痕直径、极压性能和高温轴承寿命等主要指标上表现出不同的效果。可见，通过平衡各添加剂之间的关系，由胺型和酚型抗氧剂混合的组合C有效发挥各组分之间的协同效应，最终确保了电机脂良好的高低温性能、胶体安定性、机械安定性、氧化安定性、抗磨性、防腐性和较长的高温轴承寿命。现将添加剂组合C加入到由调合油A、调合油B及调合油C分别制备的复合锂基润滑脂中，其分析数据见表4。

由表4可以看出，加入添加剂后的电机脂性能均表现优良：延长工作锥入度变化率小于5%，表现出良好的机械安定性，选用的稠化剂体系制造的皂纤维的强度较高，其在机械作用下抗剪切能力较高，故润滑脂的稠度因使用时间延长而降低较小，使用寿命变长；滴点（280℃以上）作为润滑脂热安定性的重要指标，是指润滑脂从不流动态转变为流动态的温度，一般用它预测润滑脂的最高使用温度界限，滴点越高，表明该润滑脂的热安定性越好；钢网分油在2%～3%之间，保证微量的分油可以保持设备润滑，对润滑有利，而过度的分油量会使润滑脂变稠变硬，胶体结构破坏，失去润滑作用不能满足设备润滑的要求；铜片腐蚀和防锈蚀的结果显示电机脂对金属没有腐蚀作用；磨痕直径和极压性能的结果表明电机脂有较优的承载能力、防擦伤和防磨损性能；电机脂低温性质取决于基础油的低温性能，选用的基础油能满足电机在-40℃的低温下使用；润滑脂氧化安定性是指润滑脂在储存和使用中抗氧化的能力，也是影响润滑脂使用寿命的重要因素之一；润滑脂使用寿命决定了机械设备的维修保养期、补脂周期，使用寿命较长的润滑脂，能够减少补脂次数，减少维护费用，减少润滑脂消耗量，带来可观的经济效益。

3 电机脂应用

从2008年开始到现在，电机脂仍在东北某集团的电厂使用。通过使用过程中的现象和拆卸可知，调合油A生产的润滑脂使用4个月之后，出现了轴承振动偏大，噪音升高的现象，主要原因是由于油膜厚度偏小，油膜破裂，轴承开始磨损，产生的磨损颗粒进入轴承内圈表面，从而出现轴承振动变大、噪音升高、使用后的润滑脂部分变黑；调合油C生产的润滑脂在使用3个月后温升过快，电机散热慢，导致电机超温工作，调合油C黏度偏大，导致润滑脂散热能力下将，大量的摩擦热积聚在轴承中，而温度的上升使润滑脂结构破坏，分油变大，润滑能力在一段时间之后急剧下降，没有足够的油膜减少轴承磨损，导致轴承磨损严重，润滑脂劣化严重，大部分已变黑；调合油B生产的润滑脂使用过程中无问题，使用1年后拆卸下来的润滑脂光亮如新，得到了用户的认可，调合油B选择了适宜的黏度，保证了润滑油膜的厚度，较低的黏度也适宜润滑脂散热，良性循环下使用寿命变长，见表5。

4 结论

（1）通过稠化剂和添加剂的筛选，采用稠化剂1：0.4：0.4复合锂稠化技术和混兑基础油，研制出了一种能用于大型电机的润滑脂。研制的电机脂具有良好的高低温性能、胶体安定性、机械安定性、氧化安定性、抗磨性和防腐性、抗水性和较长的高温轴承寿命。

（2）基础油类型、黏度的选择需根据实际工况进行调节，选择合适的基础油黏度有助于延长轴承寿命。

（3）产品通过了高温轴承寿命试验，并在实际使用中取得了良好的效果。