為了適應(yīng)機(jī)械設(shè)備復(fù)雜的使用環(huán)境，潤(rùn)滑油的生產(chǎn)和選用必須充分考慮其性能要求，對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)，低溫流動(dòng)性是潤(rùn)滑油選用尤其應(yīng)當(dāng)注意的問題，本文對(duì)潤(rùn)滑油低溫流動(dòng)性的相關(guān)問題進(jìn)行分析總結(jié)，為潤(rùn)滑油的研究和選用提供參考。

 

 

 

潤(rùn)滑油的低溫流動(dòng)性是指潤(rùn)滑油在低溫下使用能否維持正常流動(dòng)的能力。低溫流動(dòng)性是潤(rùn)滑油一項(xiàng)重要的性能，尤其對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)潤(rùn)滑油的選用極為重要。

 

潤(rùn)滑油低溫流動(dòng)性對(duì)其使用的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

 

 

潤(rùn)滑油的低溫流動(dòng)性差會(huì)造成機(jī)械設(shè)備在低溫下啟動(dòng)困難。一般來說，潤(rùn)滑油黏度越小越有利于機(jī)械設(shè)備啟動(dòng)。但在低溫條件下，潤(rùn)滑油的黏度大幅增加，工作阻力增大，容易造成機(jī)械設(shè)備啟動(dòng)困難。資料顯示，一般活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑油的黏度不超過7600 mm2/s，齒輪傳動(dòng)裝置啟動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑油的黏度不超過162 000 mm2/s，因此嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)當(dāng)注意選用低溫流動(dòng)性較好的潤(rùn)滑油來保證發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。

 

 

低溫下潤(rùn)滑油的黏度增大，流動(dòng)性變差，潤(rùn)滑油輸送到摩擦表面的時(shí)間延長(zhǎng)，摩擦表面之間直接接觸的可能性增加，機(jī)械磨損也相應(yīng)增加。低溫流動(dòng)性不足的潤(rùn)滑油在使用過程中流動(dòng)緩慢甚至凝固，使得機(jī)械摩擦部件處于缺油狀態(tài)，磨損更加劇烈。

 

發(fā)動(dòng)機(jī)三分之二的磨損來自于啟動(dòng)階段，若潤(rùn)滑油的低溫流動(dòng)性差，發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫下啟動(dòng)困難，再次啟動(dòng)時(shí)磨損也會(huì)增大。

 

 

低溫下潤(rùn)滑油黏度增加，流動(dòng)阻力變大，會(huì)造成低溫潤(rùn)滑系統(tǒng)供油困難。為了提高潤(rùn)滑油的供應(yīng)量，潤(rùn)滑系統(tǒng)的壓力也會(huì)增大，當(dāng)壓力增大到一定程度時(shí)可能損壞潤(rùn)滑系統(tǒng)中的管路接頭等部件。

 

 

除了潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油還擔(dān)負(fù)清潔、散熱﹑密封及減振等作用。低溫流動(dòng)性差的潤(rùn)滑油在低溫潤(rùn)滑系統(tǒng)中的循環(huán)速度變慢，這一方面會(huì)減慢潤(rùn)滑部位的冷卻散熱速度，使摩擦部件出現(xiàn)局部高溫；另一方面不利于及時(shí)清潔產(chǎn)生的金屬磨屑、積炭及油泥等，對(duì)潤(rùn)滑油的使用帶來一定的負(fù)面影響。

 

 

潤(rùn)滑油在低溫下失去流動(dòng)性的主要原因可分為兩個(gè)方面，一是黏度增加導(dǎo)致的黏溫凝固；另一個(gè)是蠟結(jié)晶造成的結(jié)構(gòu)凝固。

 

 

溫度對(duì)潤(rùn)滑油黏度的影響非常明顯，如20號(hào)航空潤(rùn)滑油在10 ℃時(shí)的黏度是50℃黏度的20倍。在低溫下，潤(rùn)滑油分子的動(dòng)能降低，分子間的距離減小，吸引力增大，從而使黏度增加，這種在低溫下因潤(rùn)滑油黏度過高導(dǎo)致潤(rùn)滑油失去流動(dòng)性的現(xiàn)象被稱為黏溫凝固。此時(shí)潤(rùn)滑油并非是真正凝結(jié)成固體，而是黏稠的膏狀，表觀上表現(xiàn)為不能流動(dòng)。

 

潤(rùn)滑油的黏溫凝固與潤(rùn)滑油本身的黏度以及黏溫性能有關(guān)。對(duì)于高黏度油，由于其本身具有較高的黏度，在低溫下更容易因黏度過大而失去流動(dòng)性。

 

潤(rùn)滑油的黏溫性能也對(duì)其黏溫凝固有重要影響，黏溫性能好的潤(rùn)滑油，黏度隨溫度的變化較緩，可在一定程度上緩解潤(rùn)滑油“凝固”。

 

結(jié)構(gòu)凝固

 

潤(rùn)滑油中的蠟在低溫下會(huì)結(jié)晶析出，首先產(chǎn)生少量極細(xì)微的結(jié)晶，隨著溫度進(jìn)一步下降，結(jié)晶數(shù)量增多并連成三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，將潤(rùn)滑油吸附在網(wǎng)狀骨架內(nèi)，使?jié)櫥褪チ鲃?dòng)性，這種現(xiàn)象稱之為結(jié)構(gòu)凝固。結(jié)構(gòu)凝固時(shí)潤(rùn)滑油也并非全為固體，而是處于固液相共存的混合狀態(tài)。

 

潤(rùn)滑油結(jié)構(gòu)凝固主要與組分中的蠟有關(guān)。潤(rùn)滑油中的蠟為長(zhǎng)碳鏈的正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴以及長(zhǎng)側(cè)鏈的環(huán)烴等，凝點(diǎn)高且與其他烴的相容性低，低溫下容易結(jié)晶析出，形成網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)。

 

在潤(rùn)滑油生產(chǎn)中盡量地除去蠟成分是減少結(jié)構(gòu)凝固的重要方法，在潤(rùn)滑油中添加降凝劑也可在一定程度上破壞結(jié)構(gòu)凝固，從而改善潤(rùn)滑油的低溫流動(dòng)性。

 

 

潤(rùn)滑油低溫流動(dòng)性的評(píng)定指標(biāo)主要涉及凝點(diǎn)、傾點(diǎn)、低溫黏度以及邊界泵送溫度。

 

 

潤(rùn)滑油的凝點(diǎn)表示潤(rùn)滑油失去流動(dòng)性的最高溫度。潤(rùn)滑油的凝點(diǎn)按照《石油產(chǎn)品凝點(diǎn)測(cè)定法》：GB/T 510—1983(1991)方法進(jìn)行測(cè)定。

 

潤(rùn)滑油一般為混合物，并沒有明顯的凝固溫度，到達(dá)凝點(diǎn)時(shí)，仍同時(shí)包含了固態(tài)和液態(tài)的組分，并非完全凝固，因而凝點(diǎn)只是定性地反映潤(rùn)滑油低溫流動(dòng)性的好壞。

 

潤(rùn)滑油的最低使用溫度應(yīng)比凝點(diǎn)高5℃~7 ℃。

 

 

潤(rùn)滑油的傾點(diǎn)是指在規(guī)定條件下，被冷卻的潤(rùn)滑油能夠流動(dòng)的最低溫度，按照《石油產(chǎn)品傾點(diǎn)測(cè)定法》:GB/T3535—1983(1991)方法進(jìn)行測(cè)定。

 

凝點(diǎn)和傾點(diǎn)都是潤(rùn)滑油低溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通常傾點(diǎn)比凝點(diǎn)高2 ℃~3 ℃，潤(rùn)滑油的低溫性能常選其中一項(xiàng)進(jìn)行測(cè)定。

 

 

凝點(diǎn)和傾點(diǎn)只能定性地反映潤(rùn)滑油低溫流動(dòng)性的好壞，而潤(rùn)滑油在低溫下的流動(dòng)性究竟如何，則通常采用低溫黏度來表示。

 

低溫黏度與機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑狀態(tài)息息相關(guān)。對(duì)于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)而言，在低溫條件下，如果潤(rùn)滑油黏度達(dá)到5000 mm2/s時(shí)就難于噴射，供油緩慢，黏度達(dá)到11 000 mm2/s時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，而當(dāng)黏度達(dá)到20 000 mm2/s時(shí)，潤(rùn)滑油就會(huì)停止流動(dòng)。因此，為了保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)能夠安全可靠地運(yùn)行，通常對(duì)航空潤(rùn)滑油的低溫黏度都有要求，例如美軍《航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)合成潤(rùn)滑油性能規(guī)范》:MIL一L-23699C標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定航空發(fā)動(dòng)機(jī)油-40℃運(yùn)動(dòng)黏度不大于13 000 mm2/s。

 

測(cè)定潤(rùn)滑油黏度的方法較多，常用的有《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法和動(dòng)力黏度計(jì)算法》:GB/T265—1988(2004)方法。該方法采用毛細(xì)管黏度計(jì)，用于測(cè)定常溫黏度及低溫黏度，但測(cè)定的潤(rùn)滑油必須是牛頓流體。

 

對(duì)于多級(jí)油以及在低溫下會(huì)出現(xiàn)固相的潤(rùn)滑油，其流變特性為非牛頓流體，毛細(xì)管黏度計(jì)法不再適用，此時(shí)應(yīng)測(cè)定其表觀黏度來表征潤(rùn)滑油的流動(dòng)性。

 

潤(rùn)滑油的表觀黏度通常采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)來測(cè)定，國(guó)內(nèi)是用《發(fā)動(dòng)機(jī)油表觀黏度測(cè)定法(冷啟動(dòng)模擬機(jī)法)》:GB/T6538——2000方法進(jìn)行測(cè)定，國(guó)外是用《發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油低溫表觀黏度測(cè)定法(冷啟動(dòng)模擬機(jī)法)》:ASTM D2602方法進(jìn)行測(cè)定。

 

潤(rùn)滑油剛開始流動(dòng)時(shí)所需的剪切應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力，將能使?jié)櫥土鞯綖V網(wǎng)入口的最大屈服應(yīng)力稱為臨界屈服應(yīng)力。一般認(rèn)為潤(rùn)滑油的屈服應(yīng)力應(yīng)小于35 Pa，超過臨界屈服應(yīng)力時(shí)空氣可能進(jìn)入油泵造成油壓不穩(wěn)。在一定剪切速率下，潤(rùn)滑油能順利流到油泵的最大黏度稱為臨界黏度，一般發(fā)動(dòng)機(jī)油的臨界黏度應(yīng)小于30 Pa·s才能保證油泵正常供油。發(fā)動(dòng)機(jī)油規(guī)范中將潤(rùn)滑油達(dá)到臨界屈服應(yīng)力(35 Pa)或臨界黏度(30 Pa·s)的溫度稱為邊界泵送溫度，在該溫度以上油泵才能將潤(rùn)滑油連續(xù)順利地輸送到潤(rùn)滑系統(tǒng)中。

 

我國(guó)邊界泵送溫度按照《發(fā)動(dòng)機(jī)油邊界泵送溫度測(cè)定法》:GB/T9171——1988方法進(jìn)行測(cè)定，該方法等效于《發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油邊界泵送溫度測(cè)定法》: ASTM D3829方法。

 

潤(rùn)滑油邊界泵送溫度測(cè)定主要針對(duì)內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑油，其他潤(rùn)滑油通常不要求測(cè)定邊界泵送溫度。