车用发动机磨合油研究

车 用 发 动 机 磨 合 油 研 究 郭文杰 (道达尔石油(广州)有限公司 510009) 摘要 超精细金刚石(UDD)粉是利用爆炸法^工台戚的具有使用价值的纳米材料，它具有一系列特殊的物理及化学 特性，针对车用内燃机磨台特点．井利用 UDD的特殊性能，研制一种高教专用内燃机磨台油 关键词 金刚石 内燃机 磨台油 利用超精细金剐石(UDD)纳米粉作为添加剂研 制机械设备润精油是一个新近出现的研究方向_l一31。 内燃机磨合油在国内 1990年后才开始起步，中国石 油化工研究院、上海高桥石油化工公司等单位相继研 制开发内燃机磨合油。内燃机磨合油 目前在国内仍 然处于实验研制阶段。通常的内燃机磨合油仅以普 通机油加八 20％的柴油为替代品HJ．或各厂家指定 一 种润滑油，其结果是磨合时间且磨合品质也不尽人 意。 啊 基 羹量 根据内燃机的工作特点和润滑油基本性能， 在调配内燃机磨合油时，应结合车用内燃机的磨合特 点，并兼顾不同机型(汽油机和柴油机)。本人选择由 兰州炼油化工总厂生产的46 机械油作为调和的基 础油，该品种是由减二线馏分油经过一系列精制而 成。经实验室理化指标测定，其结果如表1所示。 从表中测试结果来看，46 机械油的含硫量很 低，且粘度(100℃)为6．o8 m ／s．比较适宜。表中其 他指标如倾点、闪点及机械杂质等都满足了内燃机润 滑油的主要技术规格。因此，选择 46 机械油为基础 油是可行的。 View on the Development of Chinese Fine Chemical Ind~try in 21 st century Sun Changmin (Jiangsu Petrochemical Assets Management Co ，Ltd．，210029) Li Yuiia (Nanjing University，College of Chemistry and Chemical Enginee6ng，210093) Abstract The paper surtmmlizes On the features of fine chemical industry,，and discusses the statu qu0 and existi g problems of Chinese chemical industry and its developmtmt trend ． It also analyses On the dvel0pment features of Ji al1帮u nne chemical indsutry 。 Keywords Fine chemical industry．Developmeat ， Features ～ l5 维普资讯 http://www.cqvip.com 墨皿 2001年 科技进展《Advances Science＆Technology~ 表 1 46 机械油主要理化指标测试结果 目 鋈垫 垄量 内燃机磨合的目的在于做好零件摩擦表面承受 使用载荷的准备，通过磨台改善零件摩擦表面品质及 摩擦学特性，如疲劳强度，减摩抗摩以及抗腐蚀性能 等。因此，要想达到这一目的，单靠基础油难以满足， 必须辅助必要的添加剂复台作用才能达到预期目的： 所以，本人选择了促摩及改进剂：UDD纳米粉，金属 清净剂：中碱值烷基水杨酸钙(T109)及高碱值硫磷化 聚异丁烯钡盐(T108)，无灰分散剂：双烯基乙二酰亚 胺(T152)，氧抗腐剂：二烷基二硫代磷酸锌 ZDDP (T2f)2)，抗泡沫剂：甲基硅油(T901)。 2．1 UDD纳米作用机理和剂量确定 2 1．1 UDD纳 米粉的作 用机 理 UDD纳米粉的主要成分是 C元素，在磨合过程 中，局部接触点的温度可达1 000~~以上 这样 UDD 纳米粉中的 C和 v等元素可迅速渗透到缸套的铸铁 表面基体之中，从而改善其表面的硬度和耐磨强度 同时细小的 UDD纳米粒子很容易渗透到摩擦副的表 面之中(在滑动摩擦力的作用下)，形成一个连续的 UDD固体润滑膜，这种润滑膜不仅能承受较高载荷， 而且能阻止摩擦表面的直接接触。此外，由于 UDD 纳米粉的比表面积高达30(3 m ／g以上 ，这样其表面的 吸附力极强，它们可随磨台油均匀分布并吸附在摩擦 16 一 副表面之上。细小的 UDD粒子可以在摩擦之间滚动 形成滚珠轴承效应。这样原来的摩擦副之间的纯滑 动摩擦变成滑动与滚动混和摩擦，从而大大降低了系 统摩擦功耗、碱小磨损，延长其使用寿命。 2 1．2 最佳 剂量的确 定 为了寻找 UDD纳米粉的最佳添加量，从0．1％小 剂量开始，然后逐级增加 1．0％ 分别与基础油在 70℃～80℃左右搅拌均匀，配制 8个油样。最后分别 测定它们油膜承载能力 PB值和 100cc时运动牯度，其 结果如表 2所示 。 表 2 UDD纳米粉对基础油的感受性试验结果 指标 计量／％ 0 0．1 0 2 0 3 0．4 0 5 0 6 0．7 l 0 PE／N 264 6 274 5 296 0 313．6 320 8 323 4 3 2 336 5 338 3 牯度 6 08 6 12 6 19 6 27 E 31 6 35 6．38 6 42 6 57 ／f ram。·s一 】 从表中的PB值变化可以看出，UDD对基础油的 感受性较好，添加0．1％的剂量可使 PB值从264．4 N 上升到274．5 N。剂量增加到0．6％以后，PB值增加以 不再显著。同时 UDD加量在 0．7％以前对油品的运 动粘度影响较温和。这是因为 UDD颗粒精细且分散 性好的原故。由此可知，其适宜加量 为 0．3％ ～ 0 6％ 。 2．2 清净分散剂 裹 3 T]08、T109厦 T152正交试验 试验编号 TIOg T]09 q'108XT]09 T152 1 1 1 1 l 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 】 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 选定 T108、T109作为金属清净剂；T152为无灰分 维普资讯 http://www.cqvip.com 科技进展{Advances Science＆Technology) 2001年第7期_雹E珊 散剂，以不同比例调配成各种试样油。通过测定其油 样的灰分含量的总酸值(TBN)两个理化指标来确定 它们的最佳剂量 由于该试验选用3种清净分散剂． 故试验具有 3个影响 固子，取 3个水平 ，则有 3 =27 个全面试验，为了合理减少试验次数，希望从全面试 验中挑选出一部分具有代表性的局部试验，采用正交 试验表安排试验方案。考虑到试验有 3个因子。每 个因子取3个剂量水平，根据正交试验表要求， 选L 9(3 )正交表头设计较为合理，如表 3所示。 由上述关于清净分散剂性能分析可知，T108和 T109有交互作用。根据内燃机润滑油的理化指标要 求和添加剂 加量原则 ，确定 T108、T109和 T152的 3 个加量 水平分别为 08取：2．0％、3 0％、4．0％、 5．0％；T109取 3．0％ 、4．0％、5．0％ ；T152取 ：2．0％ 、 3．0％ 、4 0％ 表4 T108 T109和 T152对基础油感受性试验结果 试验测得结果如表4所示。从试验结果来看，方 案2最佳，其灰分值较低而总酸值却较高：同时这两 个指标都满足了车用内燃机润滑油的性能规格，故最 后确定 T108、T109和 T152的最 佳剂 量分别为： 2 0％ 、4．0％ 、3．0％ 2 3 抗氧防腐剂的选择 就 T202添加量的确定，从其作为极压抗磨剂的 角度，利用四球试验机来进行考察。将 T202的加量 从小剂 量 O 2％ 开 始 添加，每 次试 验剂 量增 加 O-05％，直到加量为 0．5％为止。试验结果如表 5所 示 从264．6 剧增到372 4 ，这说明 1"202对基础油具 有良好的感受性。此后加量逐级增加 0．05％，P”值 也不断随之上升。当 T202加量达到 0．30％以后 ， 值增长变慢。从磨斑直径的’测试结果来看，T2()2加 量达到 0 35％后 ，其数值稳定在 0．40％不变。因此 ， 可以认为其适宜剂量为：0．3％～0 35％。 表 5 T202对基础油盛受性试验结果 计量／％ 指标 — — — — — — 0 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 硝 o 5 PB H 磨斑直径 264 6 372 4 470 3 548．8 568 4 588 5 597 8 598 l 0 3【 0 34 0 37 0 39 0 40 0 40 0 40 0 40 2．4 抗泡沫剂的选择 Ol在润滑油 中，加入质量分数 5×10一～10× 10～，就可以起到显著的消泡抑泡作用。加量过多反 而会增加硅油的凝聚倾向，使之失去作用。使用时通 常先将甲基硅油溶觎于溶剂中(如煤油)，配成 s％浓 度的溶液，再将此混合液加人润滑油中。为了寻找适 宜剂量，将 Tg01以不同剂量加八到基础油中调和成 6个油样，然后对其进行抗泡试验，其结果见表6 表6 ~9(31对基础油的抗泡感受性试验结果 从表中可以看出，当甲基硅油溶液加量为 5× 10～一10×l0一 时，均可获得满意的抗泡结果，但本 着节约成本和添加剂加量以尽可能少为原则+最后确 定 "1901的适宜加量为 5×10—6： 从表5中可知，加人 0 2％ 1202后基础油 PR值 48 h 全醒壶 定及其试验结果 按 一定 调 和工艺 ，将 全配方 油 样调 和后 静 止 观察其油品无分层及沉淀现象，这说明基础油 】7 维普资讯 http://www.cqvip.com 科技避J~{Advances Science＆Technology} 与各种添加剂之间有较好 的配伍性 。 测定的主要理化指标如表 7所示。 其全配方油样 满足一般内燃机对磨合油的性能要求。 表 7 全配方 油样 主要 理化指标测定结果 从试验结果来看，该油品的总碱值和油膜承动能 力 PB值较优良。10o℃时运动粘度为6 98 nkrfl ／s，为 内燃机磨合油的适宜粘度。所研究的发动机磨合油 ■ 鱼塞重 UDD纳米粉具有很强的分散性和悬浮性，可均 匀分散于基础油中。由于其硬度较高、吸附性强和颗 粒精细，可作为一种内燃机磨合时的促磨剂和表面改 性剂，有利于加速磨合过程，提高磨合品质。从其对 基础油的油膜承载能力的感受性试验来看，该材料对 油品油膜承载能力 P 值提高有明显作用 对油品运 动牯度影响较温和，能否在摩擦副表面磨合时起到加 速磨合、改善品质，以及能否在摩擦副表面上起到摩 擦改性和形成所谓的“滚珠轴承效应”．要有待进一步 的内燃机磨合台架试验来考察。 参考文献 1 Tao Xu，Jiazheng Zhao，Kang Xu et at Iridology transactions，1997，40：178～182 2 Ⅱu J，Chang Y Q，Chen Y．Wear，1992．154： 259～267 3 Ouyang Q，Okada K．Appl Surf．Sco．1994，789： 3O9—313 4 严 立，余宪海，内燃机磨损及可靠性技术， 北京：人民交通出版社，1992 (收稿 日期 209I一06 19) Study on the Engine Running——in Oil Applied Ultra——dispersed Diamond GLIO Weniie c Totat Petroleum(Guangzhou)Co．，LLd，5 1000) Abstract The ultra—dispersed diamond(UDD)powders s)uathesized by the detOilation。f ex pJosives with ne删ive 。 “b l “ce are new nano— rrmterlats adth practical value They have a series of special physica1 and chemical p p。nie F0cus On the characteristics of engine Hlnning— in ， all efficient and specia1 oil of engine n】I1nj 一in 】s developed by UDD nano—powders in |hi paper ． Keywords Solid lubricant Engiffe Running—in 0[1 — 1 8 维普资讯 http://www.cqvip.com