隨著飛機飛行速度的不斷增大，航空發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)速和載荷不斷增加，導(dǎo)致發(fā)動機渦輪部件的工作溫度不斷升高，這需要進一步改善航空潤滑油的高溫性能 ．除去溫度這一主要因素外，航空潤滑油在工作中，還會接觸到 Ｆｅ ， Ｃｕ ， Ａｌ ， Ｃｒ ， Ｍｏ等金屬材料部件，甚至?xí)c空氣混合，特別是在噴射潤滑油時，在高溫有氧環(huán)境下潤滑油極易與金屬接觸而發(fā)生氧化作用 ．因此，研究高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速和金屬催化等苛刻工況條件下航空潤滑油的高溫氧化性能就愈加重要．研究人員對潤滑油基礎(chǔ)油的氧化安定性研究較多 ，對成品油氧化安定性的研究較少．本文中，筆者借助高溫模擬氧化裝置，考察了高溫和金屬催化對國產(chǎn)某型航空潤滑油（ Ｘ ）的顏色、運動粘度和酸值等性能的影響，利用高壓差示掃描量熱（ＰＤＳＣ ）技術(shù)對 Ｘ的高溫?zé)嵫趸捕ㄐ赃M行了評價，得到了各油樣的起始氧化溫度（ＩＯＴ ）和氧化誘導(dǎo)期（ ＯＩＴ ） ．希望此研究能夠為歸納航空潤滑油的性能衰變規(guī)律、總結(jié)不同因素對航空潤滑油的性能影響提供理論依據(jù)．
１ 實驗部分
１．１ 油品、儀器與試劑
實驗所用油品為某航空兵場站提供的某航空潤滑油新油（ Ｘ ），經(jīng)化驗為合格品．
高溫高壓反應(yīng)釜；昌吉SYD-265E石油產(chǎn)品運動粘度測定儀（上海昌吉）； 昌吉低溫運動粘度測定器（上海昌吉儀器有限公司）；自動電位滴定儀 ＤＳＣ ８０００差示掃描量熱儀（ＰＤＳＣ ，上海Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ公司） ．鄰苯二甲酸氫鉀、氫氧化鉀、６０～９０℃的石油醚等均為分析純，經(jīng)精制后使用．實驗中所用氮氣和氧氣的純度為９９．９９９％．
１．２ 實驗油樣準(zhǔn)備
量取 １５０ｍＬ Ｘ 放入高溫高壓反應(yīng)釜中，快速升溫至實驗溫度（ １８０ ， ２００ ， ２３０ ， ２５０ ， ２７０ ， ３００℃ ），在此基礎(chǔ)上，添加確定的金屬片，在不同溫度下反應(yīng) ２ｈ ，反應(yīng)結(jié)束后置于冰水浴中冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的實驗油樣待用 ．金屬片為鐵片和銅片，尺寸為１７ｍｍ×１２ｍｍ×１ｍｍ．在金屬片添加前，經(jīng)過碳化硅砂紙的打磨，然后浸潤于異辛烷溶劑中，貯存?zhèn)溆茫褂脮r，用脫脂棉擦去表面上的溶劑，將其置于潤滑油中，避免金屬表層立即氧化而影響高溫模擬氧化實驗．反應(yīng)油樣的編號列于表１．
１．３ 顏色、粘度和酸值測定
按照 ＧＢ ／ Ｔ ６５４０ － １９８６ （２００４ ）石油產(chǎn)品顏色測定法，采用目測法測定實驗油樣的顏色；按照 ＧＢ ／ Ｔ ２６５ －１９９８ （ ２００４ ）石油產(chǎn)品運動粘度測定法和動力粘度計算法測定實驗油樣在４０ ， １００ ， －４０℃的粘度；按照 ＧＢ ／Ｔ ７３０４ － ２０００ （ ２０１４ ）石油產(chǎn)品和潤滑劑酸值測定法測定實驗油樣的酸值．
１．４ ＰＤＳＣ分析
按照ＳＨ ／ Ｔ ０７１９ － ２００２潤滑油氧化誘導(dǎo)期測定法，用ＰＤＳＣ法測定實驗油樣的ＩＯＴ值和 ＯＩＴ值．程序升溫法：油樣進樣量 ０．６ μ Ｌ ，氮氣和氧氣流速 ２０ｍＬ ／ ｍｉｎ ，高壓爐體內(nèi)部壓強 ３．５ＭＰａ ，初始溫度５０℃ ，氮氣吹掃１ｍｉｎ后，以２０℃ ／ ｍｉｎ的速率升溫至３００℃．恒溫法：油樣進樣量１．０ μ Ｌ ，氮氣和氧氣流速２０ｍＬ／ ｍｉｎ ，高壓爐內(nèi)部壓強３．５ＭＰａ ，初始溫度５０℃，氮氣吹掃１ｍｉｎ后，以１７０℃ ／ ｍｉｎ的速率迅速升溫至２２０℃ ，切換氧氣吹掃１ｍｉｎ穩(wěn)定后，氧氣氛圍內(nèi)恒溫工作 ４５ｍｉｎ．
２ 結(jié)果與討論
２．１ 顏色衰變分析
油樣Ｘ在高溫和金屬催化作用下實驗２ｈ后的油樣顏色變化情況，可以看出， Ｘ在高溫和金屬催化作用下其顏色由淺黃變?yōu)辄S色、棕色甚至部分變?yōu)楹谏f明該油樣在高溫和金屬催化作用下發(fā)生了劇烈的氧化反應(yīng)，體系顏色變化規(guī)律大致呈現(xiàn)為淺黃－黃色－棕色－黑色．對比同一反應(yīng)溫度下的 Ｘ氧化油樣，可以發(fā)現(xiàn)金屬催化作用下顏色加深更為明顯，銅和鐵２種金屬的協(xié)同催化作用比單一金屬催化作用更強．
２．２ 粘度衰變分析
航空潤滑油的運動粘度是表征油品潤滑性能的首要指標(biāo)，也是反映油品氧化變質(zhì)的重要體現(xiàn) ． 其中 Ｘ在１００℃時的運動粘度指標(biāo)要求不小于３．０ｍｍ２ ／ｓ．Ｘ在不同溫度和不同金屬催化作用下粘度的變化趨勢．可以看出，氧化后的 Ｘ油樣在４０ ， １００ ， －４０℃的運動粘度（ ν ４０ ， ν １００ ， ν －４０ ）均隨反應(yīng)溫度的升高而降低，加入金屬催化后其粘度減幅增強，說明金屬催化作用促進了高溫氧化進程，致使氧化油樣的粘度發(fā)生大幅衰減．表２為不同因素作用下氧化油樣的粘度變化，可明顯看出 ν４０ ， ν １００ ， ν －４０ 的值均受金屬催化作用的增強而導(dǎo)致衰減量及減幅的增加，且金屬 Ｆｅ 比 Ｃｕ 催化作用更強，氧化油樣的粘度衰減更大．
２．３ 酸值衰變分析
航空潤滑油的酸值變化常用來衡量油品的氧化安定性，是換油的指標(biāo)之一，也是限制油品腐蝕性的一項重要質(zhì)量指標(biāo)，油樣 Ｘ的指標(biāo)要求是酸值不大于０．１０ｍｇ／ ｇ．Ｘ在不同溫度和不同金屬催化作用下酸值的變化趨勢見圖２Ｄ ，可以看出，高溫作用下 Ｘ 油樣的酸值增長幅度比較平緩，在 １８０～２７０℃ ，酸值由 ０．１７ｍｇ／ ｇ增大到 ０．８１ｍｇ ／ ｇ ，增加了 ０．６４ｍｇ ／ ｇ ；金屬 Ｃｕ 催化作用下，低于 ２３０℃ 的 Ｘ 氧化油樣的酸值變化不大，但氧化溫度從 ２３０℃ 提高到 ２５０℃ 時，酸值由 ０．１８ｍｇ ／ ｇ 增大到 １．５３ｍｇ ／ ｇ ，增加的幅度比無金屬催化時明顯增大；金屬 Ｆｅ催化作用下，油樣的高溫氧化反應(yīng)完全溫度提前至２５０℃ ，該溫度下氧化油樣的酸值高達７．２４ｍｇ／ ｇ ；金屬Ｃｕ＋Ｆｅ催化作用下，油的高溫氧化反應(yīng)完全溫度為２３０℃ ，該溫度下的油樣酸值為７．８１ｍｇ／ ｇ．結(jié)合油樣的粘度衰變情況，發(fā)現(xiàn)其粘度衰變和酸值衰變曲線的趨勢是一致的，金屬催化作用能夠有效促進潤滑油在高溫下的氧化反應(yīng)，使得其高溫性能衰變顯著，其中金屬Ｆｅ的催化效果明顯強于金屬Ｃｕ．
２．４ ＰＤＳＣ分析
ＰＤＳＣ 法對 Ｘ 高溫氧化安定性的評價，主要通過程序升溫法和恒溫法，獲取油樣氧化的熱流 － 溫度（或熱流 － 時間）曲線，在此基礎(chǔ)上分別計算得到ＩＯＴ值和 ＯＩＴ值，用于對比分析系列實驗油樣的氧化安定性。 油樣 Ｘ的 ＯＩＴ分析恒溫法測試的溫度在綜合考察系列油樣不同溫度下的氧化誘導(dǎo)期后，最終確定為２２０℃．Ｘ氧化油樣在高溫和金屬催化作用下的恒溫法的熱流 － 時間譜圖如圖 ５ 所示 ． 由圖 ５ 可知， Ｘ 在恒溫 ２２０℃ 時的氧化誘導(dǎo)期的Ｐｅａｋ值為８．０１ｍｉｎ．其中，Ｐｅａｋ值是指熱流 － 時間曲線中放熱峰的峰值，與程序升溫法中的 Ｏｎｓｅｔ值指標(biāo)的效果是等同的，可用于評價油品氧化安定性的品質(zhì)，其值越大，說明油品的抗氧化能力越強，氧化安定性越好．對高溫和金屬催化作用下 Ｘ氧化油樣的Ｐｅａｋ值進行測量，發(fā)現(xiàn)其 ＯＩＴ值大幅度減小，說明其氧化安定性能發(fā)生了劇烈的衰變．高溫?zé)o催化劑作用下， Ｘ氧化油樣的 ＯＩＴ值變化幅度相對較小， Ｘ１ 的 ＯＩＴ值為７．８２ｍｉｎ ， Ｘ ６ 的 ＯＩＴ值為５．９６ｍｉｎ ，與新油相比，降低的最大幅度為２．０５ｍｉｎ．而在高溫金屬催化作用下， Ｘ氧化油樣的 ＯＩＴ值衰減程度相對嚴重且金屬不同衰減程度不同．在金屬 Ｃｕ催化的氧化油品中， Ｘ Ｃｕ１ ～Ｘ Ｃｕ６的 ＯＩＴ值最高為７．５８ｍｉｎ ，最低為５．７９ｍｉｎ ，與新油相比，降低的最大幅度為２．２２ｍｉｎ ，與無金屬催化相比衰減程度相差不大．而在金屬Ｆｅ和金屬Ｃｕ＋Ｆｅ催化作用下， Ｘ Ｆｅ１和 ＸＣｕ ／ Ｆｅ１ 的 ＯＩＴ 值分別降至６．７１ｍｉｎ和４．３２ｍｉｎ ；之后，在更高的氧化溫度下，衰減程度均不大．這說明金屬催化作用加快了潤滑油的高溫氧化反應(yīng)·４ ３ ２·進程，特別是金屬Ｆｅ的催化作用能使航空潤滑油的氧化安定性迅速且大幅度降低．實際上，反應(yīng)溫度對油樣 Ｘ的 ＯＩＴ值影響甚微，但增加金屬催化時， ＯＩＴ值明顯變小，按作用效果劃分，金屬 Ｃｕ＋Ｆｅ催化作用 ＞金屬Ｆｅ＞金屬Ｃｕ．與起始氧化溫度相比，航空潤滑油在某一溫度下的 ＯＩＴ值更能反映出其氧化安定性的品質(zhì)。
３ 結(jié) 論
通過對比高溫和金屬催化作用下油樣顏色、粘度和酸值等性能變化情況，分析了各因素作用下 Ｘ 的高溫性能的衰變程度．結(jié)果表明：高溫和金屬催化等外界因素會促進油樣的顏色衰變，隨著氧化溫度的不斷升高，其顏色大致從淺黃變?yōu)辄S色、棕色直至黑色，顏色的變化說明油品已發(fā)生不同程度的氧化；高溫對 Ｘ 的粘度衰變和酸值增大方面作用較小，金屬催化作用極易促進油品高溫氧化反應(yīng)導(dǎo)致粘度性能發(fā)生嚴重衰變和酸值增大．相比而言，金屬Ｆｅ比金屬Ｃｕ催化作用更強，２種金屬的協(xié)同作用要強于單一金屬的作用效果．
利用ＰＤＳＣ法對比分析了上述實驗油樣的ＩＯＴ值和 ＯＩＴ值發(fā)現(xiàn)，溫度、金屬催化作用均能使航空潤滑油的氧化安定性發(fā)生不同程度的衰減變化，而金屬催化作用效果更為強烈，且金屬Ｆｅ比 Ｃｕ催化作用更強，兩金屬協(xié)同作用比單一金屬催化作用更強．利用程序升溫下的ＩＯＴ 值很難判斷油品的氧化安定性，而某一溫度下的 ＯＩＴ值更能反映系列油樣間氧化安定性的差異，希望此研究能夠為歸納航空潤滑油的性能衰變規(guī)律，總結(jié)不同因素對油品的性能效果影響提供理論依據(jù)．
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