1、文章編號:1002-3119(200602-0029-05L-CKD1000重負(fù)荷工業(yè)齒輪油的研制華秀菱,續(xù)景,伏喜勝,李軍,糜莉萍(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心,甘肅蘭州730060摘要:以合成油為主要組分油,混兌部分溶劑精制油,選用性能優(yōu)良的硫磷型復(fù)合添加劑及其他功能添加劑,研制出具有優(yōu)良的極壓抗磨性、氧化安定性、防銹防腐性、抗乳化性、抗泡性半合成型重負(fù)荷工業(yè)齒輪油。該油品適用溫度范圍廣,產(chǎn)品符合ISO 粘度等級1000,性能達到L -CK D1000暫定重負(fù)荷工業(yè)齒輪油一級品指標(biāo)要求,完全達到了美鋼224規(guī)格,并且在氧化安定性、極壓抗磨性等方面優(yōu)于進口油,超過國外同類產(chǎn)品性能水平。關(guān)鍵

2、詞:高粘度;合成油;重負(fù)荷工業(yè)齒輪油;研制中圖分類號:T E626.3 文獻標(biāo)識碼:A前言就高粘度工業(yè)齒輪油而言,國內(nèi)已經(jīng)研制成功的有460、680重負(fù)荷工業(yè)齒輪油,但仍不能滿足許多用戶機械使用的要求。因此用戶提出使用粘度更高的齒輪油,以滿足在很高溫度下齒輪的有效潤滑。目前市場上銷售的更高粘度重負(fù)荷工業(yè)齒輪油幾乎全為國外產(chǎn)品,其中美孚的此類產(chǎn)品1000為合成油,加德士石油公司、埃索公司有1000和1500產(chǎn)品,殼牌石油公司有1000產(chǎn)品。市場上銷售的國外1000產(chǎn)品價格昂貴,國內(nèi)用戶難以承受,如美孚639重負(fù)荷工業(yè)齒輪油每桶(200L 鐵桶售價約2萬多元人民幣,為了降低成本,盡早替代國外同類產(chǎn)

3、品,通過對組分油、添加劑復(fù)配的研究,研制的油品L-CKD1000達到了GB 5903-1995規(guī)格要求,并且完全達到了美鋼224規(guī)格,在氧化安定性、極壓抗磨性等方面還優(yōu)于進口油,超過國外同類產(chǎn)品Mobil639性能水平,能滿足市場需要,替代進口油。1 試驗部分1.1 標(biāo)準(zhǔn)分析評定方法本研究所用標(biāo)準(zhǔn)分析評定方法見表1。表1 分析評定方法項 目試驗方法石油產(chǎn)品和潤滑劑酸值測定法(顏色指示劑法GB/T 4945石油產(chǎn)品運動粘度測定法和動力粘度計算法GB/T 265石油產(chǎn)品粘度指數(shù)GB/T 1995石油產(chǎn)品傾點測定法GB/T 3535石油產(chǎn)品閃點和燃點測定法(克利夫蘭開口杯法GB/T 3536石油產(chǎn)品

4、和添加劑機械雜質(zhì)測定法(重量法GB/T 511 續(xù)表項 目試驗方法添加劑中硫含量測定法(電量法SH/T 0303添加劑和含添加劑潤滑油的磷含量測定法(比色法SH/T 0296原油及其產(chǎn)品中氮含量測定法GB/T 17674石油產(chǎn)品銅片腐蝕測定法GB/T 5096潤滑油承載能力測定法(四球SH/T 3142潤滑油抗磨性能測定法(四球SH/T 0189加抑制劑礦物油在水存在下防銹性能試驗法GB/T 11143潤滑油泡沫特性測定法GB/T 12579極壓潤滑油氧化性能測定法SH/T 0123潤滑油抗乳化性能測定法GB/T 8022潤滑油極壓性能測定法(梯姆肯試驗機法GB/T 11144潤滑劑承載能力測

5、定法(CL -100齒輪機法SH/T 03061.2 原材料主要性質(zhì)研究所采用的添加劑和基礎(chǔ)油主要性質(zhì)如表2所示。表2 原材料主要性質(zhì)名稱及編號主要性質(zhì)含硫極壓劑SEP 硫含量44.0%硫磷氮極壓抗磨劑SPA 硫含量10.51%,磷含量9.16%,氮含量1.53%硫代磷酸酯RHY330-2硫含量17.43%,磷含量6.12%,氮含量1.95%含氮化合物N-1氮含量7.36%防銹補強劑H 堿值39.6mgKOH/g,閃點184 防銹劑E 堿值220m gKOH /g ,閃點135組分油F140 運動粘度1241mm 2/s,粘度指數(shù)167組分油F2100 運動粘度28.85mm 2/s,粘度指數(shù)

6、80收稿日期:2005-11-28。作者簡介:華秀菱(1973-,女,工程師,1995年畢業(yè)于蘭州石油學(xué)校石油化工專業(yè),現(xiàn)從事齒輪油與添加劑研究工作,已公開發(fā)表論文數(shù)2006年4月Apr.2006 潤 滑 油Lubricating Oil第21卷第2期Vol.21,No.22 試驗結(jié)果與討論2.1 研制標(biāo)準(zhǔn)重負(fù)荷工業(yè)齒輪油規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)以美鋼(USSteel 224和美國齒輪制造協(xié)會(AGMA250.04EP最具有代表性,被許多石油公司廣泛采納,目前國際市場上銷售的工業(yè)齒輪油幾乎都是以此為標(biāo)準(zhǔn)。我國也制訂了重負(fù)荷工業(yè)齒輪油的標(biāo)準(zhǔn)GB5903-1995。根據(jù)L-CKD1000重負(fù)荷工業(yè)齒輪油的特點,參

7、照以上各標(biāo)準(zhǔn)及Mobil639的實測數(shù)據(jù)進行合成型重負(fù)荷工業(yè)齒輪油的研制,制定了L-CKD1000重負(fù)荷工業(yè)齒輪油一級品的研制標(biāo)準(zhǔn),表3列出了其理化性能要求。表3 L-C KD1000一級品主要性能指標(biāo)項 目指 標(biāo)試驗方法運動粘度(40 /mm2 s-19001100GB/T265粘度指數(shù)不小于120GB/T2541閃點(開/ 不低于200GB/T3536傾點/ 不高于-20GB/T3535銅片腐蝕(100 ,3h/級不大于1GB/T5096銹蝕試驗蒸餾水 無銹GB/T11143人工海水無銹抗乳化試驗(82 GB/T8022油中水,%不大于2.0乳化層/mL不大于1.0總分離水/mL不小于80

8、泡沫性/m L/mL GB/T1257924 不大于75/1093.5 不大于75/10后24 不大于75/10氧化安定性(121 ,312h100 粘度增長,%不大于6SH/T0123四球機試驗綜合磨損指數(shù)ZM Z/N不小于441GB/T3142燒結(jié)負(fù)荷PD/N不小于2450磨斑直徑D196N60min/mm不大于0.35SH/T01891 Timken OK負(fù)荷/N不小于267GB/T11144 FZG齒輪機試驗/失效級不小于11SH/T0306剪切安定性(20h剪切2在粘度等級范圍內(nèi)SH/T0200注:1此方法條件為196N,60min,54.4 ,1800r/min,為US S224規(guī)

9、格要求。2不含粘度添加劑不測定剪切安定性。2.2 基礎(chǔ)油的選擇目前國內(nèi)尚無真正意義上的全合成重負(fù)荷工業(yè)齒輪油產(chǎn)品,國外同類產(chǎn)品以美孚SH C系列為主要代表,另外殼牌、雪佛龍等公司也有同類產(chǎn)品。通過對M obil639組成分析和各項理化分析得知:所研制的油品主要以合成油為主,混兌部分礦物油不加粘度指數(shù)改進劑,油品應(yīng)具有更寬的使用溫度范圍和優(yōu)良的極壓抗磨性、氧化安定性、抗泡性等,這就要求基礎(chǔ)油應(yīng)具有優(yōu)良的粘溫性能及良好的氧化安定性。因此,我們采用合成油F1來作為基礎(chǔ)油的主要組分,混兌其他組分基礎(chǔ)油F2進行混兌調(diào)合,結(jié)果見表4。表4 L-C KD1000基礎(chǔ)油的調(diào)合編號F1,%F2,%100 運動粘

10、度/mm2 s-140 運動粘度/mm2 s-1粘度指數(shù)外觀貯存1個月后1100-100.11241167透明280KH150BS2081.041044162渾濁3802078.341006154透明指標(biāo)要求9201100不小于90透明從表4可以看出:合成油F1一種組分油無法調(diào)制1000基礎(chǔ)油;F1與KH150BS以80 20調(diào)合,可達到1000粘度級別的要求,但外觀貯存后出現(xiàn)渾濁,因此,在調(diào)制齒輪油時加入一定比例的F2。故本研究選用F1與F2,且兩組分以80 20調(diào)合時,外觀、高溫性能均可達到1000粘度級別的要求。2.3 油品配方研究2.3.1 復(fù)合劑的選擇目前中國石油昆侖潤滑油生產(chǎn)調(diào)制重

11、負(fù)荷工業(yè)齒輪油的復(fù)合劑為RHY4202,而RHY4202復(fù)合劑只能用于中間基礦物油,不能用于其他類型的基礎(chǔ)油中,將調(diào)制RHY4202復(fù)合劑的各添加劑組分加入到1000基礎(chǔ)油中進行添加劑與組分油的相容性考察,試驗結(jié)果見表5。表5 RHY4202各組分與各類基礎(chǔ)油的相容性考察編號添加劑合成油石蠟基加氫油4SEP5SPA6NS PN7N-18E從表5可以看出:RHY4202所用含磷劑為NSPN、SPA,但NSPN與加氫油、石蠟基油、合成油的相容性較差,長期貯存NSPN會從加氫油、石蠟基油和合成油組分中析出,因此NSPN不適用于石蠟基油、加氫油、合成油。2.3.2 復(fù)合劑性能的改善(1含磷劑的選擇重負(fù)

12、荷工業(yè)齒輪油對極壓抗磨性能的要求較30潤 滑 油 2006年第21卷高,必須通過五項極壓抗磨性能指標(biāo)的評定(四球綜合磨損指數(shù)、燒結(jié)負(fù)荷、磨斑直徑、梯姆肯抗擦傷能力、FZG 齒輪承載試驗,在RH Y4202配方體系中NSPN(硫代磷酸酯胺鹽由于其在合成基礎(chǔ)油中溶解性較差,從而影響了油品的外觀,因此本研究選用了與其類似的幾種硫代磷酸酯胺鹽,考察了它們的極壓抗磨性及其在RHY4202復(fù)合劑中的應(yīng)用結(jié)果,見表6、表7。表6 各種硫代磷酸酯胺鹽的四球機試驗結(jié)果編號含磷劑P B 1/N P D 1/N ZM Z 1/N D 392N 60min 1/mmD130(121 ,3h1/級相容性19RHY330

13、-21568.02450.0644.80.432b 10EP321372.92451.7526.50.422e 11RH Y310A 21568.03087.0666.50.441b 12NSPN1029.01961.3417.90.402a注:11%劑加入到99%1000基礎(chǔ)油中進行四球試驗和相容性考察。2RHY310A 產(chǎn)品為實驗室新研制的硫代磷酸酯胺鹽。從表6可以看出:RH Y330-2與RH Y310A 與1000基礎(chǔ)油具有好的相容性,較好的極壓抗磨性,可作為RH Y4202復(fù)合劑中含磷劑NSPN 的替代組分。表7 兩種硫代磷酸酯胺鹽在RHY4202中的應(yīng)用結(jié)果編號添加劑1銅片腐蝕試驗

14、(100 ,3h/級Timken OK 值/N 抗乳化試驗油中水,%乳化層/mL總分水/mL防銹試驗A 法B 法13RHY330-21b 266.9 1.40.880.4無銹輕銹14RHY310A1b 266.9 1.40.980.0無銹輕銹指標(biāo)1266.92.01.080無銹無銹注:1將劑以相同劑量替代NSPN 調(diào)制RHY4202A,RHY4202A 以1.8%加入到1000基礎(chǔ)油中進行評價。從表7可以看出:RH Y330-2與RHY310A 的防銹性能和抗乳化性相當(dāng),但RHY330-2為工業(yè)化產(chǎn)品,因此,選用RHY330-2作為RHY4202復(fù)合劑中含磷劑NSPN 的替代組分。(2復(fù)合劑防

15、銹性能的改善研制的CKD1000工業(yè)齒輪油對防銹的要求非常苛刻,它要求油品不僅通過D665A 法(蒸餾水試驗,還要通過D665B 法(合成海水試驗,而RH Y4202復(fù)合劑中NSPN 具有防腐防銹多功能,NSPN 極壓抗磨劑被硫代磷酸酯胺鹽RHY330-2替代后,復(fù)合劑(下稱RH Y4202A防銹性能下降,必須對油溶性改善的復(fù)合劑RHY4202A 的防銹性能加以改進,表8列出了幾種防銹劑對復(fù)合劑RH Y4202A 的影響。表8 不同防銹劑使用效果編號防銹劑,%銹蝕試驗1D665B 法15T705A 0.1輕銹16H 0.1無銹17T 746B 0.1重銹18E614 0.1中銹指標(biāo)無銹注:11

16、.8%RHY4202A 、0.1%防銹劑加入到320基礎(chǔ)油中進行性能評定。從表8可以看出:通過對不同防銹劑使用效果考察得知,在RH Y4202A 體系中,劑H 能提高油品的防銹性能,在配方中加入防銹劑H,使油品通過了D665B 法人工合成海水防銹試驗。因此,選用H 作為復(fù)合劑中的防銹補強劑。(3復(fù)合劑乳化性能考察工業(yè)齒輪油配方一般通過加入破乳劑來滿足規(guī)格指標(biāo)的要求。在研究中發(fā)現(xiàn)H 的引入不僅對油品的銹蝕性能有利,而且對油品的乳化性能有一定的改善,結(jié)果見表9。表9 乳化性能考察編號復(fù)合劑,%防銹劑,%抗乳化性油中水,%乳化層/mL 總分水/mL 19RHY4202A 1.8 2.2痕跡79.32

17、0RHY4202A 1.8H 0.10.70.881.4指標(biāo)2.01.080(4抗泡劑的選擇齒輪在運轉(zhuǎn)過程中,油品容易起泡,造成氣蝕現(xiàn)象,對機械損害程度很大。針對這種情況,通常在油中加入硅型抗泡劑,其加量一般為1100 g/g,經(jīng)試驗證明,本油品中加入1020 g/g ,油品的抗泡性能已經(jīng)達到極佳。作為高粘度的油品,建議使用31第2期 華秀菱等.L-CKD1000重負(fù)荷工業(yè)齒輪油的研制低粘度的抗泡劑。2.3.3 復(fù)合劑組成根據(jù)以上研究,確定了復(fù)合劑的組成,且命名為RH Y4023復(fù)合劑。2.4 復(fù)合劑在1000基礎(chǔ)油中的應(yīng)用將RHY4023復(fù)合劑以一定劑量加入到1000基礎(chǔ)油中進行評價,結(jié)果見

18、表10。表10 L-CKD1000重負(fù)荷工業(yè)齒輪油分析評定結(jié)果項 目一級品指標(biāo)CKD1000-1CKD1000-2CKD1000-3試驗方法運動粘度(40 /mm 2 s -19001100100210261030GB/T 265粘度指數(shù)不小于120153152153GB/T 1995閃點(開/ 不低于200252262258GB/T 3536水分,%不大于痕跡痕跡痕跡痕跡GB/T 260傾點/ 不高于-20-25-22-28GB/T 3535機械雜質(zhì),%不大于0.050.0040.0030.006GB/T 511銅片腐蝕(100 ,3h/級不大于11b 1b 1b GB/T 5096銹蝕試驗

19、蒸餾水 無銹無銹無銹無銹GB/T 11143人工海水無銹無銹無銹無銹抗乳化試驗(82 GB/T 8022 油中水,%不大于2.0 1.4 1.5 1.3 乳化層/mL 不大于1.00.80.80.7 總分離水/mL 不小于80.081.582.080.6泡沫性/m L/mL GB/T 1257924 不大于75/100/00/00/0 93.5 不大于75/1010/00/010/0 后24不大于75/100/00/00/0氧化安定性(121 ,312h 100 粘度增長,%不大于62.4SH/T 0123四球機試驗GB/T 3142綜合磨損指數(shù)ZM Z /N 不小于441617.5585.4

20、 燒結(jié)負(fù)荷P D /N 不小于24503089.03089.1 磨斑直徑D 196N 60min /mm 不大于0.350.310.34SH/T 0189Timken OK 負(fù)荷/N 不小于267大于267289.1GB/T 11144FZG 齒輪機試驗/失效級不小于11大于12SH/T 03063 國內(nèi)外油性能對比將調(diào)制的L-CKD1000工業(yè)齒輪油與國外 Mobil639性能對比,見表11。表11 研制油與國外油的性能對比項 目一級品指標(biāo)研制油國外M obil639試驗方法運動粘度(40 /mm 2 s -190011001002964.5GB/T 265粘度指數(shù)不小于120153156G

21、B/T 2541傾點/ 不高于-20-25-23GB/T 3535水分,%不大于痕跡痕跡痕跡GB/T 260機械雜質(zhì),%不大于0.020.0040.003GB/T 511閃點(開/不低于200252222GB/T 3536銅片腐蝕(100 ,3h/級不大于11b 1b GB/T 5096銹蝕試驗蒸餾水 無銹無銹無銹GB/T 11143人工海水無銹無銹無銹32 潤 滑 油 2006年第21卷續(xù)表項 目一級品指標(biāo)研制油國外M obil639試驗方法抗乳化試驗(82 油中水,%不大于2.0 1.4 1.4GB/T 8022乳化層/mL 不大于1.00.80.8 總分離水/mL 不小于80.081.5

22、80.4泡沫性/m L/mL GB/T 1257924 不大于75/100/05/0 93.5 不大于75/1010/00/0 后24不大于75/100/05/0氧化安定性(121 ,312hSH/T 0123100 粘度增長,%不大于62.45.9四球機試驗綜合磨損指數(shù)ZM Z /N 不小于441617.5511.6GB/T 3142燒結(jié)負(fù)荷P D /N 不小于24503089.01960.0 磨斑直徑D 196N 60min /mm 不大于0.350.310.30SH/T 0189Timken OK 負(fù)荷/N 不小于267大于267小于267GB/T 11144FZG 齒輪機試驗/失效級不

23、小于11大于12SH/T 0306族組成,%烷烴93.188.5Q/L ZJS.5014-96芳烴 6.711.1膠質(zhì)0.20.3比色3.03.53.54.0GB/T 6540從表11可以看出:研制油與進口油相比,在抗腐蝕、防銹、抗乳化等主要性能方面水平相當(dāng),突出的優(yōu)點是:閃點高,顏色淺,氧化安定好,極壓抗磨性能更好,四球綜合磨損指數(shù)、燒結(jié)負(fù)荷高于進口油,梯姆肯抗擦傷能力優(yōu)于進口油(進口油的T im ken OK 負(fù)荷未達到指標(biāo)要求,而且油品所含合成油比例高。4 結(jié)論(1以合成油為主要組分油,混兌部分溶劑精制油,選用性能優(yōu)良的硫磷型復(fù)合添加劑及其他功能添加劑,研制出具有優(yōu)良的極壓抗磨性、氧化安

24、定性、防銹防腐性、抗乳化性、抗泡性能的半合成型重負(fù)荷工業(yè)齒輪油。(2該油品適用溫度范圍廣,產(chǎn)品符合ISO 粘度等級1000,性能達到L-CKD1000暫定重負(fù)荷工業(yè)齒輪油一級品指標(biāo)要求,完全達到了美鋼224規(guī)格,并且在氧化安定性、極壓抗磨性等方面優(yōu)于進口油,超過國外同類產(chǎn)品Mobil639性能水平。THE DEVELO PMENT OF L-CKD1000HEAVY-LOADINDUSTRIAL GEAR OILH UA Xiu-ling,XU Jing ,FU Xi-sheng,LI Jun,M I Li-ping(Petr oChina L anz hou Lubr icating Oil R &D I nstitute,L anz hou 730060,ChinaAbstract:The heavy