润滑油氧化安定性评价方法的相关性研究

左凤+孙大新+王建华+王辉

摘要：文章以TS68汽轮机油和H3.2液压油为研究对象通过对油品进行D943试验模拟氧化在氧化过程中定期取样除测定酸值外同时进行PDSC氧化诱导期和RULER主要抗氧剂相对含量测定对测定的结果进行相关性考察后发现D943运行时间和期间所取油样酸值相关性弱但和一定试验条件下的PDSC消耗氧化诱导时间以及RULER主要抗氧剂相对含量存有一定的相关性。

关键词：润滑油；氧化安定性；相关性

中图分类号：TE6263文献标识码：A 文章编号：1002 3.1.19（2016）01 0050 04

0引言

氧化安定性是汽轮机油和液压油的一个重要性能这两类油氧化安定性的测试方法一般采用“GB/T 1.2581加抑制剂矿物油的氧化特性测定法（等同于ST D943标准方法简称D943方法）”该方法试验往往需要数千小时才能结束。高压差示扫描量热仪（PDSC）是实验室常用的考察抗氧剂性能优劣[1-4]的仪器一般2 h就能完成一个试验方便快捷。润滑油剩余寿命评定仪（RULER）是采用电化学技术对润滑油中抗氧剂浓度进行检测利用测定的抗氧剂相对含量的大小来反应润滑油剩余寿命长短的一种快速变携的仪器[5]提供了一种预测在用油剩余使用寿命的快速试验方法。但是上述方法之间的相关性研究甚少[6-7]。

本文以D943试验过程中间所取油样为基础考察PDSC氧化诱导期和RULER测定抗氧剂相对含量预测油品剩余寿命之间的关联性。

1试验

1.1主要仪器和试剂

高压差示扫描量热仪[T Q2000（含高压附件）、样品皿（T STNDRD 铝样品皿）]D943试验仪（大连北方生产）RULER试验仪（美国超谱公司代销）绿色电解液主要样品：TS68汽轮机油H3.2液压油。

1.2试验方案

1.2.1D943试验流程及取样试验安排

对TS68汽轮机油和H3.2液压油进行D943试验以定期取样所测定的酸值达20 mgKOH/g为试验结束依据为保证定期所取油样酸值测定和后续试验的需要每次取样量定为8 mL。、B、C三管轮换取样直至酸值大于20 mgKOH/g试验结束。

1.2.2RULER试验方案

[JP3]对D943试验过程中所取油样进行RULER测试。

1.2.3PDSC试验方案

对D943试验过程中所取油样进行PDSC氧化诱导期测定。试验条件：汽轮机油175 ℃氧气压力2.45 Pa样品量5 mg。液压油180 ℃氧气压力2.45 Pa。样品量5 mg。

2结果与讨论

2.1D943试验所取油样及PDSC及RULER试验结果

汽轮机油按照试验方案进行到3048 h酸值达到203 mgKOH/g时结束期间的取样测试结果见表1。

H3.2液压油按照试验方案进行到9948 h酸值达到046 mgKOH/g未结束但4076 h时的取样RULER显示其中抗氧剂含量为零在180 ℃2.45 Pa的氧气压力下PDSC氧化诱导期为3.27 min。在此期间的取样测试结果见表2。

2.2试验结果相关性分析

2.2.1TS68汽轮机油

以D943实际模拟试验过程所取油样的D943试验时间为横坐标油样酸值为纵坐标进行作图。结果如图1。

按照趋势拟合为一指数关系曲线相关系数R2为07959相关性不是很强。

为如实反映PDSC氧化诱导期与D943运行时间的对应关系本文提出一个新的概念即消耗氧化诱导时间所谓消耗氧化诱导时间指的是未经试验的新油PDSC氧化诱导期与D943试验取样的PDSC氧化诱导期的差值。那么这个消耗氧化诱导时间相当于是在氧化过程中损耗的抗氧化寿命在意义上与D943运行时间是一致的。

以D943试验过程所取油样的PDSC消耗氧化诱导时间为横坐标D943运行时间为纵坐标进行作图。结果如图2。

图2包括所有的取样点。油品在实际使用中最初阶段会出现酸值减小的情况这是其中添加剂发生了变化所致。本研究也发现汽轮机油在D943试验500 h时取样的酸值不但减小而且PDSC氧化诱导期比D943试验前的新油还长这说明油品中的添加剂衍生出新型的抗氧成分延缓了油品的氧化诱导期。在D943试验1000 h及以后所取的油样无论酸值还是PDSC氧化诱导期都延续了一致的变化趋势。针对出现的“反常”现象如果去掉500 h的异常点会发现D943运行时间和PDSC消耗氧化诱导时间之间呈现更好的线性关系如图3所示。

从RULER仪测定的胺类和酚类抗氧剂结果可以看到胺类抗氧剂在氧化过程中是主要的抗氧剂。以胺类抗氧剂的相对含量对D943试验时间作图如图4。

由图4可看出TS68汽轮机油中胺类抗氧剂的相对含量和该油D943试验时间的相关关系良好R2达0865。

2.2.2H3.2液压油

以D943试验过程所取油样的D943运行时间为横坐标酸值为纵坐标进行作图。结果如图5。

按趋势拟合为一指数关系曲线相关系数平方值R2为0462相关性弱。

H3.2液压油在所选试验条件下PDSC氧化诱导期下降很快酸值维持稳定以D943运行时间和PDSC消耗氧化诱导时间进行作图见图6二者的相关性要好于D943运行时间与酸值二者之间的相关性这也从另一面反映了在油品劣化之前油品的酸值反映不了油品氧化程度。

与TS68汽轮机油相同在H3.2液压油D943试验过程中也出现了酸值降低的情形而且这个时间较TS68汽轮机油长D943时间达1500 h。随后酸值回升大于新油酸值。如果去掉500 h和1000 h的“异常点”会发现D943运行时间和PDSC消耗氧化诱导时间之间呈现更好的线性关系。如图7所示。

从RULER仪测定的抗氧剂结果可以看到H3.2液压油中硫磷型抗氧剂在氧化过程中是主要的抗氧剂。以硫磷型抗氧剂的相对含量对D943试验时间作图如图8。

可以看到H3.2液压油中硫磷类抗氧剂的相对含量和该油的D943试验时间的相关关系良好R2为0817。

3结论

上述分析可知酸值只能反映油品氧化的一个方面尤其是现代添加剂技术的发展使得酸值这一指标并不能全面反映润滑油的氧化程度。

综合两个油品的试验结果及分析情况发现D943运行时间和一定试验条件下的PDSC消耗氧化诱导时间之间以及和RULER主要抗氧剂相对含量之间存在一定的相关性。

通过本文的研究可以肯定对比D943试验时间长、需专人长期照看的特点PDSC氧化诱导期能够在短时间内给出与D943试验相关性良好的试验结果这对于生产开发批次生产油品的氧化安定性指标控制方面具有积极的意义。

参考文献：

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[3] 李久盛张梅高压差示扫描量热法评价抗氧剂对润滑有基础油氧化稳定性的影响[J]分析科学学报20082.4（2）：189-192

[4] 李薇汽轮机油氧化安定性能的影响因素及评定方法[J]石油与天然气化工200534（1）：35-36

[5] 王德岩黄毅诸建林等润滑剂剩余使用寿命评定技术的研究[J]润滑与密封2006174（2）：147-149

[6] 白生军李峻峰李志宏等 PDSC法测定汽轮机油的氧化安定性[J] 石油商技 2003.2.1（6）：48-49

[7] 左凤马兰芝润滑油氧化安定性评价方法及与PDSC的相关性研究[J]现代科学仪器201.2（3）：145-147