油品老化:如何在实验室中使用四球试验机探究其必然?
发布时间 : 2021/04/20 阅读次数 : 153 推荐产品 :

油品老化:如何在实验室中使用四球试验机探究其必然?



 

汽车制造商建议变速器油每行驶6万至10万公里就要更换一次,因为机油会随着时间的推移而老化或退化。劣化机油的问题在于其润滑性差,影响变速箱部件的使用寿命。这是由于添加剂(抗磨剂(AW)、极压剂(EP)和粘度指数改进剂(VII)的消耗、氧化作用的增加以及对水和颗粒物等污染物的抵抗力差造成的。

 

汽车传动系统的工作参数对油液的老化有很大的影响。变速箱油反复暴露在高工作温度(175至220℃)下会增加油的降解速度。这意味着在变速器系统的使用寿命内,换油周期将缩短,或者变速器系统因磨损而必须更换。这增加了卡车拥有成本。有几种实验方法集中于在恶劣操作条件下可以延缓油降解的解决方案。在这里,实验室测试在降低解决方案开发成本方面发挥着重要作用。

 图片14.png

 

图1 Ducom在实验室开发了动态油老化试验方案,采用KRL对油进行老化,并用FBT-3和HFRR对油的摩擦磨损性能进行了测试。

 

几十年来,润滑工程师们一直依靠实验室的测试来人工老化润滑油。例如,ASTM D 2893是一种实验室试验方法,通过在油浴中加热(95°C或121°C),在受控的干燥空气流下,将干净玻璃试管中的油氧化。t试管颜色的变化和运动粘度的增加是变速器油劣化的证据。此外,可以测量总酸值(TAN,KOH/g的百分比变化)以突出AW/EP添加剂的损耗。然而,这

 

 

是一个静态老化试验,也就是说,正如在变速器系统中观察到的那样,机油不会被机械剪切。此外,实验室氧化和现场氧化结果之间没有关联或比较。虽然静态老化是可重复的,但它可能不可靠。

 

图1。Ducom在实验室开发了动态油老化试验方案,采用KRL对油进行老化,并用FBT-3和HFRR对油的摩擦磨损性能进行了测试。

 图片15.png



几十年来,润滑工程师们一直依靠实验室的测试来人工老化润滑油。例如,ASTM D 2893是一种实验室试验方法,通过在油浴中加热(95°C或121°C),在受控的干燥空气流下,将干净玻璃试管中的油氧化。t试管颜色的变化和运动粘度的增加是变速器油劣化的证据。此外,可以测量总酸值(TAN,KOH/g的百分比变化)以突出AW/EP添加剂的损耗。然而,这是一个静态老化试验,也就是说,正如在变速器系统中观察到的那样,机油不会被机械剪切。此外,实验室氧化和现场氧化结果之间没有关联或比较。虽然静态老化是可重复的,但它可能不可靠。

 


在这项研究中,我们尝试在实验室进行动态油老化。这涉及到重大的机械剪切,使用杜科姆KRL剪切稳定性测试仪。选择KRL是因为它能够模拟传输系统中油的粘度损失。我们怀疑KRL老化油中的添加剂严重耗尽。这一假设将通过使用四球试验机/FBT-3和高频往复式钻机/HFRR测量混合润滑和边界润滑条件下的磨损进行实验确定(见图1,参考文献:“新兴技术推进传统状态监测技术”,TLT杂志,STLE,2019年12月)。

 


材料和方法

变速器油:本研究使用了三种市售机油。壳牌Spirax、Castrol车轴和参考液RL 209均为商业采购。壳牌Spirax和Castrol车轴在100℃时具有相似的粘度指数和运动粘度(见表1)

表1 KRL老化过程中使用的Shell Spirax、Castrol轴和参考液(RL 209)的物理性能。


图片16.png 

 


油老化(动态)使用KRL: Ducom KRL剪切稳定性测试仪(见图2)是一种桌面仪器,是由CEC L-45-99认可的,它配备了自动气动加载系统和精密温度控制系统,为用户提供了优越的便利。此外,它配备了比市场上任何其他KRL系统更多的传感器(如现场摩擦),在长时间试验(超过200小时)期间提供稳定性。


使用参考流体RL 209验证了Ducom KRL剪切稳定性试验机是否符合CEC L-45-99(见图S1)。验证后,根据我们的方案将壳牌或卡斯特罗油剪切100小时(见图S2)。测定了KRL老化前后油的粘度,测定了油的粘度损失。

 图片17.png

图2。本研究中使用的Ducom KRL剪切稳定性测试仪的图像(桌面,自动负载控制系统)。

 

FBT-3中的摩擦和AW试验:Ducom FBT-3符合ASTM、DIN和IP标准,最大负载能力为10 kN。气动加载系统、预先建立的测试标准和测试后的体内磨损测量系统简化了用户体验,最大限度地方便了用户。


根据ASTM D4172(见图S3),使用Ducom参考流体验证Ducom FBT-3。验证后,根据ASTM D4172测试卡斯特罗和壳牌油(新鲜和KRL老化)。测定了摩擦系数(CoF)和平均磨痕直径(MWSD)。


HFRR中的摩擦和AW试验:Ducom HFRR是一种带直线往复发动机(或振动器)、摩擦压电传感器和温度控制单元的球盘式摩擦计,其工作符合ASTM D6079标准。


如本研究所述,对照参考液A验证了Ducom HFRR。在HFRR验证试验后,根据ASTM D6079对Castrol和Shell油(新鲜和KRL老化)进行试验。报道了HFRR测定的摩擦系数(CoF)和平均磨痕直径(MWSD)。


解释老化机油的磨损行为:在一些文献中,机油老化的程度与添加剂的严重氧化有关,从而提高了机油的耐磨性(例如,“新机油和老化机油形成的抗磨膜的表征”,磨损,2007)和齿轮油(例如“润滑剂老化对齿轮性能的影响”,博格华纳和齿轮研究中心FZG的报告)。因此,我们假设FBT-3和HFRR中较低的磨损或MWSD可以指示KRL老化油中抗氧化抗磨添加剂的严重性。


结果

在图3(蜘蛛网网络图)中,我们比较了用于区分Shell Spirax和Castrol车轴的所有六个变量。在RL 209上也进行了类似的分析,作为参考(见图S4)。与壳牌Spirax相比,卡斯特罗油的粘度损失更小(也见图S5)。这表明壳牌和卡斯特罗相比已经严重老化。注:壳牌和卡斯特罗之间的差异也在烘箱老化试验中得到证实(图3)。

 图片18.png

图3。新鲜、KRL老化和烘箱老化壳牌Spirax和Castrol车轴的摩擦学和物理参数。每个参数都表示为该参数的新油显示值的百分比。采用凝胶渗透色谱法(GPC)测定其分子量(Mn),热重法(TGA)测定其降解温度(起始温度)。如果您需要更多关于GPC和TGA技术的信息,请联系我们。


AW和摩擦的变化:在FBT-3中,在混合润滑试验条件下,KRL老化的shell Spirax表现出较高的摩擦和较低的磨损。在KRL或烘箱中老化对Castrol的摩擦性能没有影响。根据KRL老化油的FBT-3测试,卡斯特罗的表现优于壳牌(见图3)。


在HFRR试验中,在边界润滑试验条件下,KRL老化对壳体和Castrol的摩擦性能没有影响。然而,这两种润滑油的磨损性能都受到了影响。与KRL老化的Castrol相比,KRL老化的壳牌油显示出更低的磨损。由于较低的磨损表明添加剂被氧化,因此可以得出结论,在HFRR试验中,Castrol的表现优于Shell。


注:将进行TAN和元素浓度分析(P,ZN,S),以支持我们的说法,即添加剂由于KRL老化而氧化,这是严重消耗添加剂的前兆。


结论:在这项研究中,卡斯特罗和壳牌变速器油受到相同的KRL老化协议开发的杜科姆。有趣的是,卡斯特罗油保持比壳牌“年轻”,因此卡斯特罗车轴中的摩擦和抗磨添加剂比壳牌Spirax中的添加剂更稳定。


Ducom润滑油老化试验方案包括KRL、FBT-3和HFRR三种常用的摩擦磨损试验装置,可用于延长润滑油的使用寿命。


补充材料

 图片19.png

图S1。根据CEC L45-99进行KRL验证试验。(A)润滑剂温度,(B)转速和(C)随时间的正常负载随时间变化,使用参考流体RL 209进行试验。运动粘度测量如(D)所示。红色虚线表示标准CEC L-45-99设定的上下限。

 图片20.png

 

图S2。用于KRL老化的操作参数说明。根据KRL老化协议进行试运行时润滑剂温度(A)、转速(B)和正常负载(C)的实时变化。 

图片21.png

图S3。根据ASTM D4172,使用Ducom参考液进行FBT-3验证试验。实时改变(A)润滑油温度,(B)正常载荷,(C)摩擦扭矩和球磨痕的光学显微镜图像(D)。

 图片22.png

图S4。rl209的摩擦学和物理参数的变化-新鲜,KRL老化和烘箱老化。每个参数都表示为该参数的新油显示值的百分比。采用凝胶渗透色谱法(GPC)测定其分子量(Mn),热重法(TGA)测定其降解温度(起始温度)。 

图片23.png

 

图S5。KRL测定了RL 209、壳牌Spirax和卡斯特罗轴在KRL中的变化。100小时摩擦扭矩的实时变化(A)、油的运动粘度损失(B)以及新鲜油和KRL老化油的图像(C)。


电话:4001361036

邮箱:sales@famouset.com

qrcode
电话咨询
客服热线: 4001361036
扫码关注
扫码关注了解更多 扫码关注 了解更多
返回顶部