车用润滑油性能检测技术研究现状

王利明，方英松，万杨阳，潘晶晶，钱绪政

（黄山学院机电工程学院， 安徽 黄山 245041）

0 引 言

据公安部统计，2021年全国机动车保有量达3.95亿辆，其中汽车为3.02亿辆，汽车在我们日常生活中的扮演着重要的角色，而车用润滑油作为汽车正常行驶的前提保障，其需求量也不断上升。据不完全统计[1]，2013～2018年全球润滑油消耗量由3960万吨增长为近4660万吨，年均增长率到达3.53%。润滑油需求量中，车用润滑油的消耗占整个润滑油总量的50%以上。目前常用的换油周期方法是5000 km或者6个月（里程数不足5000 km），但频繁的更换机油反而对发动机带来一些不利影响[2]， 使得换油周期难以确定[3-5]。因此，本文通过对车用润滑油性能检测技术进行综述，对于科学地回答润滑油换油周期问题以及规范我国汽车润滑油的使用具有重要的科学意义和实用价值。

1 润滑油性能检测方法

1.1 理化性能检测法

理化性能检测主要包含：总酸值，含水量黏度以及黏度指数等指标。车用润滑油在使用过程中，不可避免发生高温热氧化、硝化等反应，从而导致其分子结构发生改变。当生成一些极性的含氧化合物时，总酸值上升；当润滑油小分子结构通过高温氧化发生自由基碰撞和脱水缩合反应时，生成大分子的聚合产物和水，导致润滑油黏度和含水量上升。因此，润滑油的理化性能指标直接与润滑油的性能衰变相关联。

1.2 润滑油中固体污染颗粒检测法

1.2.1 颗粒计数法

颗粒计数法是研究不同阶段润滑油体系中固体颗粒的数量以及粒径，通过颗粒的变化速率对设备的磨损情况进行评判。目前已经研究出了自动颗粒计数器，这种装置可以在颗粒与油液不分离的情况下，自动进行颗粒的分类及计数[6]。该方法根据对颗粒的计数方式不同可分为显微镜计数法[7]、遮光型颗粒计数法[8]、光散射型颗粒计数法[9]。目前国际上用颗粒计数器进行颗粒污染物分析的方法有ISO 11500:1997 (Hydraulic fluidpower -Detemination of particulate contamination by automatic counting using the ertinction principle)等，国内有DL/T 432-2007《电力用油中颗粒污染度测量方法》等。

1.2.2 铁谱分析法

20 世纪 70 年代，铁谱分析技术是美国麻省理工学院机械系的W.W.Seifert和美国Foxboro公司的V.C.Westcott共同研究和命名的，该技术是利用重力梯度和磁力梯度将磨屑和碎屑从润滑油中分离出来，并根据粒度的大小将其沉淀在显微镜的基片上，制成铁谱片。通过扫描电子显微镜获得磨粒的形状、大小、颜色、成分等相关信息[10]，从而掌握和了解发动机的运行状况。该技术可在不停机的情况下通过分析油液中的颗粒，从而检测出机器的运行磨损状况。但该技术容易受个人经验的影响，难以做到定量检测和现场检测。

1.2.3 磁塞与磁探检测法

该方法是利用特殊的方式获得的润滑油中的金属磨粒，利用金属的磁性原理，对其数量、形状和大小进行分析，以此来确定发动机磨损状态的一种方法[11]。该方法主要测量油品中100～1000μm尺寸较大的金属磨粒的形貌和数量。当金属磨粒的尺寸小于100μm时， 检测结果欠佳。

1.2.4 超声波检测法

超声波检测法是根据不同形状、大小的颗粒超声波辐射回波特征不同来确定被检测润滑油中颗粒的大小和分布。该方法快速、高效，且无需油液预处理即可实现在线油液检测[12]。然而，超声波检测只能针对润滑油中的小颗粒（粒径小于100 μm），且无法区分颗粒是金属还是非金属，因此无法准确提供故障和磨损位置等信息。同时，超声波辐射回波特征信号转换为电信号时，在振动条件下灵敏度不够高[13]。

1.2.5 电阻检测法

润滑油中含有不同材质类型、尺寸的磨粒时，其各自的电阻率不同，利用电阻传感器测量金属颗粒电阻变化值变化，判断金属颗粒的类型、数量和大小，该方法适用于金属颗粒数量相对较多的情况。然而，该项检测技术受磁场、电场、振动等因数的影响，且不同材质不同尺寸的金属颗粒有电阻率重合区的存在，从而导致该项技术的可靠性较低[14]。

1.2.6 电容检测法

润滑油中磨粒、水和污染物含量的变化会导致其介电常数的改变。通过测量润滑油不同状态条件下电容数值的变化，可以定性定量地分析金属颗粒的数量和尺寸的动态变化。因此，可以通过测量电容常数的变化来反映润滑油的性能衰变程度[15]。

1.3 光谱分析法

光谱分析法是根据润滑油中每种物质光谱的吸收、散射或发射特征谱线不同，对物质进行识别，并且对润滑油中金属颗粒的其他化学成分的类型、浓度和相对含量进行分析的一种方法。光谱分析法包括原子发射光谱法[16]、X 射线光谱法[17]、红外光谱法[18]。

原子发射光谱法[16]是由于润滑油中所含元素的离子或原子在外能激发后，当外层电子从高能级跃迁到低能级时，会发出特征光谱。通过测量特征光谱，可以定性和定量地分析润滑油的成分。原子发射光谱具有效率高、速度快、测量准确、原位测量等优点。X射线荧光光谱法[17]是利用X射线照射润滑油试样，根据润滑油中不同的成分X射线吸收亦不同的特点，确定润滑油的成分。

红外光谱法[18]是根据润滑油分子基团在红外光谱区的特征，可以在线检测润滑油分子微结构的变化。利用新峰出现的位置和峰强，定性和半定量地确定润滑油的分子结构的变化，从而快速分析润滑油的硝化程度、污染程度、氧化程度、稀释程度等性能的变化。

1.4 斑点试验法

国内学者葛郢汉[19]提出“滤纸斑点图谱法”对润滑油进行检测。该方法主要根据滤纸上形成的不同颜色的环形斑痕，粗略地估算润滑油的污染和衰变程度，这种方法简便、高效、且费用低。樊建春等[20]提出了润滑油斑点扩散定量检测方法，建立石油扩散点图像特征以及灰色图像直方图与平均污染水平、污染严重程度、扩散环水平、污染指数、相对污染程度和污染率之间的关联，以评估运行中润滑油的污染和衰变程度。

1.5 循环伏安法

美国学者R.E.Kauffrnan[21]利用循环伏安法测定润滑油中抗氧剂含量随时间的消耗量，来判断润滑油添加剂的消耗程度。将油样与溶剂、固体基板和电解质混合，再将分析样品放入电解池中施加足够的电压，使抗氧剂和其他电化学活性物质在玻碳工作电极表面进行氧化反应放出电子，电解池中的电流强度与溶液中的抗氧剂浓度呈线性关系，从而判定润滑油的剩余寿命。

1.6 温度法

美国学者Sawatari[22]等将发动机润滑油的衰变程度定义为油温和发动机转速的函数，建立连续输出的油温和发动机转速信号与润滑油的剩余使用寿命的关联。Schwartz[23]等通过监测油温来确定机油更换时间，而不管发动机的负载和工作状态如何，因为这些因素不会改变机油温度。然而，发动机润滑油在较高的温度下发生氧化和硝化，其分子结构发生改变，从而造成发动机润滑油的黏稠和酸化，降低其防锈和防腐能力。

1.7 差示扫描量热法（DSC）

润滑油样品在DSC量热仪的样品盘中受热氧化，根据样品的吸放热情况，从程序开始到样品氧化和放热开始的时间为氧化开始时间。找出氧化开始时间与氧化程度之间的线性关系，并根据氧化开始时间的长短估算润滑油高温抗氧化性能。浙江方圆检测集团股份有限公司[24]用DSC差示扫描量热议测试润滑油起始氧化时间的优化实验条件，对比高压氧气环境和常压空气环境对测试结果的影响。

1.8 比色法

比色法是测定润滑油样中抗氧化剂分解过氧化氢的能力[25]。比色法是基于双-4-二甲基氨二硫代联苯酰镍复合物(BND)和抗氧剂与老化四氢呋喃(THF)的竞争反应。当BND反应时,溶液逐渐变成无色。因此，可以通过BND的反应速率可以通过其变色速率来衡量。在存在抗氧化剂的情况下，变色速率取决于抗氧化剂阻止BDN和THF之间反应的能力。因此该方法中润滑剂的剩余抗氧化剂量由BND变色速率决定。

2 结 论

本文对车用润滑油性能检测技术进行了总结，展示了各种检测技术的测试范围以及能够获得的测试结果，从而为车用润滑油快速、准确选用相应的检测技术，以确定合理的换油周期提供理论基础与技术支撑。