潤滑油品質(zhì)分析

陳博陽

(西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065 )

1 汽車潤滑油

潤滑油是幾乎所有車輛中使用的最重要的液體之一。潤滑油對汽車發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)提供了可靠的保障，如冷卻，減少摩擦磨損等。適當(dāng)?shù)臐櫥?，使發(fā)動機保持良好的運行狀態(tài)，減少額外的能量損耗。同時響應(yīng)了節(jié)能減排和改善燃油經(jīng)濟性的要求，提高了對環(huán)境的保護。潤滑油主要由礦物質(zhì)油或合成基礎(chǔ)潤滑油、烴類石蠟、環(huán)烷烴、芳烴和多種化學(xué)添加劑組成，基礎(chǔ)油的含量一般在80～90%，添加劑的含量一般在10～20%之間[1]?；A(chǔ)油的主要功能是潤滑，添加劑可以增強此功能，并提供新的功能。無論什么組分的潤滑油，其壽命是有限的，無法長期在發(fā)動機中使用。主要是因為在使用過程中，潤滑油會受到污染并氧化降解，各項性能均有所下降。

目前，潤滑油的檢測分析已成為汽車發(fā)動機的故障檢測和預(yù)警中的有效手段。它包含與潤滑油有關(guān)運動部件老化和磨損的信息。發(fā)動機長時間運行的部件會發(fā)生持續(xù)磨損，潤滑油的使用會最大程度的保護和減少其磨損。

2 潤滑油的檢測

檢查和分析潤滑油的品質(zhì)及與所用燃料的相容性，監(jiān)測潤滑油的污染程度，以及時了解發(fā)動機的狀態(tài)。如今，潤滑油的分析技術(shù)快速發(fā)展，其檢測可從以下兩方面進行[2]：1） 潤滑油中金屬磨屑可對潤滑油質(zhì)量和發(fā)動機的磨損進行估計，其中的金屬元素，可以通過各種光譜方法進行檢測；2） 檢測潤滑油的理化性質(zhì)，油在使用過程中雜質(zhì)的加入會改變其性質(zhì)，如黏度、酸度和氧化降解等。

2.1 金屬元素的分析

光譜技術(shù)是目前最廣泛使用的磨損顆粒檢測技術(shù)。通過光譜分析，可以檢測和量化多種金屬元素，如鐵、銀、鋁、鉻和銅等常見金屬元素。許多用于碎片和金屬元素檢測的光譜儀如原子光譜和激光誘導(dǎo)擊穿光譜等，都可以對這些金屬元素進行分析。

目前，使用光譜技術(shù)測油中元素的研究非常多。原子光譜法和激光誘導(dǎo)擊穿光譜，都可用于微量元素的定性和定量分析，檢出限較低、靈敏度高、干擾較少。

2.2 潤滑油的粘度

潤滑油作用在發(fā)動機中相互接觸的界面上，油的粘度體現(xiàn)出油在發(fā)動機中的流動能力。粘度通常受溫度、化學(xué)性質(zhì)和油中其他成分的影響。通常，高粘度潤滑油會降低效率，而低粘度的潤滑油會降低發(fā)動機中的潤滑效果。燃料燃燒產(chǎn)生的煙灰也會造成潤滑油的污染，導(dǎo)致潤滑油降解，使得潤滑油粘度增加。潤滑油的粘度會隨溫度的變化而變化，該變化程度由粘度指數(shù)進行衡量。粘度指數(shù)表示一切流體粘度隨溫度變化的程度。粘度指數(shù)越高，表示流體粘度受溫度的影響越小，粘度對溫度越不敏感。粘度指數(shù)的正常范圍為0～100[3]。含有粘度指數(shù)改進劑的油可以達到高達170。根據(jù)粘度指數(shù)不同，將潤滑油分為三級：35～80 為中粘度指數(shù)潤滑油；80～110 為高粘度指數(shù)潤滑油；110 以上為特高級粘度指數(shù)潤滑油。高粘度指數(shù)的油可以抵抗高溫下的過度稀釋。低粘度指數(shù)的油在高溫下會變稀變薄，潤滑效果大大降低。粘度指數(shù)改進劑可視為高性能多級油的關(guān)鍵。它們通常是油溶性聚合物。添加的聚合物分子可能與基礎(chǔ)油相互作用，影響其最終粘度。聚合類化合物是常用的添加劑，主要有三種[4]：烯烴共聚物、氫化二烯共聚物和丙烯酸基共聚物。新材料納米顆粒添加到油中也會對其粘度產(chǎn)生實質(zhì)性的影響。

2.3 潤滑油的氧化降解

發(fā)動機在運轉(zhuǎn)過程中，熱現(xiàn)象和機械磨損產(chǎn)生的不溶性殘余物和金屬雜質(zhì)的污染，導(dǎo)致油的氧化，潤滑油會逐漸降解。當(dāng)發(fā)動機油開始氧化時，形成烷基，然后在氧氣下轉(zhuǎn)化為過氧自由基。過氧自由基進一步與油反應(yīng)形成氫過氧化物和烷基。隨著這種連鎖反應(yīng)的繼續(xù)，形成高濃度的氫過氧化物，加速氧化。導(dǎo)致潤滑油產(chǎn)生分子鏈的降解現(xiàn)象。潤滑油降解的同時，也會伴隨粘度的變化。為了分析由于劣化過中潤滑油的老化現(xiàn)象，對潤滑油的氧化降解程度需進行分析。潤滑油的氧化過程中產(chǎn)生氧化物的同時會產(chǎn)生其它化合物，如醇、酮、醛和羚酸。目前已經(jīng)有多種不同的方法進行檢測：色譜、紅外光譜、核磁共振和原子吸收光譜。增強油的抗氧化能力，減弱或延緩油的氧化速度，抗氧化劑的使用顯得尤為重要?？寡趸瘎┖靠梢宰鳛闈櫥瑒┑钠焚|(zhì)分析指標，抗氧化劑的含量保持在一定的范圍內(nèi)，對潤滑油的性能就能起到積極的作用?？寡趸瘎舛鹊慕档退俣龋部勺鳛闈櫥偷慕到獾囊豁椩u價指標。通過檢測抗氧化劑的濃度隨時間的濃度變化，估計潤滑油的剩余使用壽命。根據(jù)抗氧化劑不同的結(jié)構(gòu)和抗氧化機制，抗氧化劑可分為兩類：氫過氧化物分解劑和自由基清除劑。氫過氧化物分解劑通過形成氧化和分解產(chǎn)物起作用；自由基清除劑提供氫原子終止烷氧基和烷基過氧自由基起作用，從而中斷自氧化過程的自由基鏈。

2.4 潤滑油的酸度

潤滑油在使用的過程中，由于受到污染，使其發(fā)生氧化，會產(chǎn)生一些酸性化合物如羚酸，導(dǎo)致油中弱有機酸的積累?，F(xiàn)在已經(jīng)采用許多物理和電學(xué)性質(zhì)來檢測油的污染和氧化程度，化學(xué)特性用于評估由氧化導(dǎo)致的油降解。通常，油的酸堿度由酸值和堿值量化。潤滑油中可用強無機酸和弱有機酸進行度量。在確定氧化和油酸性污染方面，是一項非常重要的指標。新潤滑油由于存在高堿性清凈劑，油略微傾向于堿性，在使用過程中，會變得越來越偏向酸性。在發(fā)動機中，酸性環(huán)境會導(dǎo)致腐蝕，潤滑劑氧化，粘度增加和發(fā)動機磨損。這些對潤滑劑的使用會產(chǎn)生不利影響，這是選擇合適潤滑劑的重要因素。潤滑油酸度是用于確定換油時間的關(guān)鍵指標。在傳統(tǒng)的發(fā)動機潤滑劑中，高堿性清凈劑用于中和酸性污染物。測定酸值的方法一般有兩大類：一是顏色指示劑法，根據(jù)指示劑的顏色確定滴定的終點；另一個是電位滴定法，根據(jù)電位變化確定滴定終點主要用于深色油品的酸值測定。

3 潤滑油中的添加劑

各種添加劑在油中提供不同的功能：保持油粘度的溫度敏感性，通過形成表面膜防止磨損，并通過使表面更光滑來減少摩擦?，F(xiàn)代發(fā)動機油中的添加劑也具有清潔、抑制腐蝕、抗氧化、中和酸、消除污染物以及改善密封等功能。潤滑油的添加劑種類繁多，不同的添加劑對潤滑油的性能影響不盡相同。市場上所銷售的潤滑油一般都是各種添加劑的復(fù)合品，所不同的就是單一添加劑的成分以及復(fù)合添加劑內(nèi)部幾種單一添加劑的比例。添加劑根據(jù)其性質(zhì)，可以分為化學(xué)惰性和化學(xué)活性類型。幾乎所有的潤滑油都含有添加劑以提高其性能。這些添加劑的功能是保護金屬表面、抗氧化、減少沉積物形成、防止腐蝕和磨損。擴大潤滑油的使用范圍，改善流動特性、改善潤滑劑穩(wěn)定性并延長壽命。

目前，大多數(shù)的潤滑油其性能以達到極限，開發(fā)新材料，研究新配方顯得日益重要。納米潤滑材料的出現(xiàn)，為潤滑油添加劑添加了新的成員。有很多研究表明納米粒子添加劑具有優(yōu)于傳統(tǒng)添加劑的摩擦學(xué)性能。納米材料較小的尺寸，使其能夠進入摩擦接觸界面。在文獻中，已有研究將納米顆粒應(yīng)用到潤滑劑中。在潤滑油添加劑的歷史中，納米粒子是一類相對較新的添加劑。納米添加劑通常有三種成分[5]：潤滑劑/基礎(chǔ)油溶劑；充當(dāng)抗磨的添加劑或摩擦改進劑的納米顆粒；存在于潤滑油和顆粒之間的界面區(qū)域的表面活性劑。納米粒子作為添加劑可以減少摩擦和磨損的機理，被認為主要有：尺寸效應(yīng)、膠體效應(yīng)、保護膜和第三體效應(yīng)。

4 結(jié)語

本文針對潤滑油在使用過程中，隨時間各項理化性質(zhì)的改變，做了綜合論述，潤滑油中金屬含量、粘度、氧化降解、酸度、指紋圖譜等理化性質(zhì)的檢測，從不同方向反映了潤滑油品質(zhì)的變化。在使用潤滑油時，可以根據(jù)當(dāng)時的條件，就其某項或多項性質(zhì)進行分析，以便及時更換。目前，檢測潤滑油的技術(shù)已經(jīng)很多，各種光譜的應(yīng)用、物理化學(xué)方法都可對其中一項甚至多項性質(zhì)進行檢測，這些性質(zhì)都需要專業(yè)的儀器進行檢測，具有較高的準確度。潤滑油基礎(chǔ)油的自身性質(zhì)限制了其性能。潤滑油中添加劑的使用，使其功能更加全面，更加強大。材料科學(xué)的發(fā)展勢必會帶來添加劑的新發(fā)展，使添加劑在抗氧化、抗腐蝕等方面性能有所提升，延長潤滑油的使用壽命，讓潤滑油為發(fā)動機長時間的安全運轉(zhuǎn)提供更可靠的保障。