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基于SRV的潤(rùn)滑油高溫潤(rùn)滑性能測(cè)試方法的研究

文檔作者：王淵淵熊春華喬小溪徐金龍趙巍張向軍文檔來(lái)源： 1．清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 3．總后油料研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月06日
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2011年8月
第36卷第8期
潤(rùn)滑與密封
LUBRICATION ENGINEERING
Aug．2011
Vo1．36 No．8
DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2011．08．010
基于SRV的潤(rùn)滑油高溫潤(rùn)滑性能測(cè)試方法的研究
王淵淵 熊春華 喬小溪 徐金龍 趙巍。 張向軍。
(1．清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京100084；2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 北京100083；
3．總后油料研究所北京102300)
摘要：為選擇比較在高溫工況條件下具有最佳摩擦磨損性能的潤(rùn)滑油，定量表征潤(rùn)滑油的極限工作溫度和高溫耐
磨性能，提出一種潤(rùn)滑油的極限工作溫度和高溫耐磨性能測(cè)試方法。該方法通過(guò)磨損量和平均摩擦因數(shù)隨溫度的變化，
來(lái)得到油品的極限工作溫度，通過(guò)高溫下 值曲線來(lái)定量評(píng)定油品的高溫工作性能。利用該方法對(duì)3種潤(rùn)滑油進(jìn)行測(cè)
試分析，并結(jié)合油品設(shè)計(jì)配方進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該方法可以簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確且定量的評(píng)定、比較潤(rùn)滑油的極限工作溫度
和高溫耐磨性能。
關(guān)鍵詞：潤(rùn)滑油；極限工作溫度；高溫耐磨性
中圖分類號(hào)：TE626．3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0254—0150 (2011)8—035—3
Investigation on the High-temperature Lubrication
Property of Oil Using SRV
Wang Yuanyuan。Xiong Chunhua - Qiao Xiaoxi Xu Jinlong Zhao Wei Zhang Xiangjun
(1．State Key Lab of Tribology，TsinghHa University，Beijing 100084，China；2．China University of Geoseiences，
Beijing 100083，China；3．POL Research Institute of General Logistics Department，Beijing 102300，China)
Abstract：A testing approach was built to screen the lubrication oils with high—temperature property，and to provide a
quantitative parameters to characterize the extreme working temperature and anti—wear ability under high temperature．In
this method，the oil limit temperature can be obtained through the CulTe of average wear and friction coefficient changes
with temperature，the high temperature performance of the oil can be assessed through the curve of high temperature pv value．
The method was used to test three kinds of lubricating oils．the resuh was compared with that of oil design form ula anal·
ysis．The results show that the method is accurate and simple，which can be use to quantitatively assess and contrast extreme
working temperature and hi gh temperature resistan t of the oils．
Keywords：lubricant oil；extreme working temperature；anti-wear ability under high temperature
高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(SRV試驗(yàn)機(jī))可以測(cè)量
室溫到900 oC高溫范圍內(nèi)油品的摩擦磨損特性，可實(shí)
現(xiàn)不同的材料、潤(rùn)滑油品、速度和載荷等條件，并且
可以利用不同的上試件和下試件實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面3種
不同的摩擦測(cè)試接觸方式，因而是一種常用的油品摩
擦學(xué)性能評(píng)定儀器。
目前利用SRV試驗(yàn)機(jī)對(duì)潤(rùn)滑油的極限工作溫度
和高溫耐磨性能的測(cè)試方法通常是，先用SRV試驗(yàn)
機(jī)測(cè)量出在上、下試件間有待測(cè)潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，在不
同載荷或溫度下的上、下試件之間的摩擦因數(shù)，然后
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50721004)；國(guó)家重點(diǎn)基
礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)支持項(xiàng)目(2007CB607604)．
收稿日期：2011—02—14
作者簡(jiǎn)介：王淵淵(1986一)，碩士研究生，從事機(jī)械系統(tǒng)的潤(rùn)
滑與振動(dòng)分析．E—mail：wangyy810@gmail．com．
通過(guò)輔助裝置表面輪廓儀得到下試件的磨損體積，同
時(shí)使用光學(xué)儀器測(cè)量出上試件的磨斑大小，假定其磨
斑表面是規(guī)整的圓平面，然后計(jì)算出上試件磨損體
積，由公式∞ = (P X L)(其中， 為磨損體積，P
為載荷，￡為滑移距離)計(jì)算體積磨損率，最后由摩
擦因數(shù)和磨損率來(lái)評(píng)估潤(rùn)滑油的極限工作溫度和高溫
耐磨性能¨ J。但該方法測(cè)量和計(jì)算磨損率比較繁
瑣，且計(jì)算和測(cè)量精確度并不高。工程中也有方法通
過(guò)表面測(cè)量?jī)x測(cè)量出上下試件磨痕的深度和寬度隨溫
度的變化情況，在一定程度上給出高溫下的試件間待
測(cè)潤(rùn)滑油的極限工作溫度及其高溫耐磨性能，但是該
方法僅使用試件磨痕的深度、寬度尺寸表征磨損，依
賴于表面尺寸基準(zhǔn)的選取，誤差較大。也有方法通過(guò)
測(cè)量不同溫度下上試件、下試件磨損質(zhì)量和隨著滑移
距離變化，并且給出質(zhì)量磨損率(磨損質(zhì)量與滑移
距離比值)隨著溫度和滑移距離的變化情況，來(lái)評(píng)
潤(rùn)滑與密封 第36卷
定高溫下試件的耐磨行為，但潤(rùn)滑條件下下試件質(zhì)量
磨損率并不是只與滑移距離相關(guān)，有時(shí)甚至無(wú)關(guān)。喬
j三林，Harsha等 用多功能SRV實(shí)驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)了鋼／
鋼摩擦副在干摩擦條件下的高溫減摩抗磨性能；J H
Ouyang，Zhang Ruiju等 利用SRV研究了高溫下
不同摩擦副的磨損特性。上述這些方法在一定程度都
能夠幫助l『解試件或潤(rùn)滑油的高溫耐磨特性，但目前
尚缺乏油品高溫下極限工作溫度以及高溫耐磨特性的
量化判定方法，這就給簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確且定量地評(píng)定潤(rùn)滑
油或特定潤(rùn)滑涂層的極限工作溫度和高溫耐磨損性質(zhì)
造成一定的困難。本文作者將嘗試采用SRV建立一
種簡(jiǎn) 、準(zhǔn)確且定量的評(píng)定潤(rùn)滑油或特定潤(rùn)滑涂層的
極限 作溫度和高溫耐磨損的測(cè)量方法。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1．1 實(shí)驗(yàn)儀器及材料
所使用的高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)由德國(guó)Optimol In．
strtlrnent公司制造(見(jiàn)圖1)，該SRV試驗(yàn)機(jī)的加載
范圍為0～l 200 N，行程為0～4 mm，頻率范圍為
10～200 Hz，加溫范圍為室溫至500 oC和500 ～900
c【：(須使用高溫附件)。采用往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)
點(diǎn)、線、面3種接觸形式，上下試件及工作區(qū)見(jiàn)
圖2
圖1 SRV高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)
Fig 1 SRV high temperature friction and wear tester
(a) (b)
圖2 實(shí)驗(yàn)工作區(qū)(a)和試樣(b)
Fig 2 Working areas(a)and samples(b)
粗糙度為R 0．4 Ixm，下試樣尺寸為+24 mm×7．88
mm的圓盤(pán)，粗糙度為R。0．2 m，上、下試樣材料均
采用45 鋼；往復(fù)頻率為50 Hz，沖程為1．5 mm，單
個(gè)潤(rùn)滑油樣品實(shí)驗(yàn)時(shí)間為30 min；使用由德國(guó)Sartori-
US公司制造的電子天平稱量，該電子天平的分辨率
為1O g。
實(shí)驗(yàn)所用的3種油品分別標(biāo)記為1 ，2 與3 。
1．2 實(shí)驗(yàn)方法
用石油醚、丙酮、無(wú)水乙醇依次超聲波清洗上、
下試件，使上、下試件光潔、無(wú)劃傷痕跡和銹斑；使
用電子天平稱量干燥后(采用氮?dú)獯蹈?的下試件
質(zhì)量，多次測(cè)量取平均值(剔除其中壞點(diǎn)數(shù)據(jù)后，
一般為3次測(cè)量結(jié)果的平均值，下同)；設(shè)置相關(guān)實(shí)
驗(yàn)參數(shù)，在選擇的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑下進(jìn)行30 min摩擦磨
損實(shí)驗(yàn)并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)記錄摩擦因數(shù)。達(dá)到預(yù)定
時(shí)間后，停機(jī)后卸載，取出上、下試件，等待下試件
冷卻后依次用石油醚、丙酮、無(wú)水乙醇超聲波清洗下
試樣；干燥后，再在電子天平上稱量下試件的質(zhì)量，
多次稱量的結(jié)果取平均值，得到所設(shè)定的溫度和載荷
下的一組磨損質(zhì)量數(shù)據(jù)。然后，更換新的上、下試
件，改變載荷或改變溫度重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到多組不同溫
度和載荷下的摩擦因數(shù)和磨損質(zhì)量數(shù)據(jù)。然后，更換
另外一種油品重復(fù)測(cè)試。
2 結(jié)果與討論
對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后獲得3條測(cè)試曲線：即不
同載荷不同油樣潤(rùn)滑下，上、下試件之間摩擦因數(shù)與
工作溫度的變化曲線、磨損質(zhì)量隨溫度的變化曲線、
磨損質(zhì)量隨載荷P與最大速度 的乘積( 值)的
變化曲線。
2．1 平均摩擦因數(shù)隨溫度的變化
實(shí)驗(yàn)得到的摩擦因數(shù)是剔除實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)和結(jié)束時(shí)
不穩(wěn)定的點(diǎn)后的平均值。圖3示出了不同載荷下，摩
擦因數(shù)隨溫度的變化曲線(即極限工作溫度曲線)。
籟0．22
瞳0．20
18
霸0．16
O．14
O．12
l00 1 20 140 160 180 200
溫度t／'C
—-l 油(50Nl
一1 油(200N)
— ．-2 油(50N)
一2 油(200 N)
+ 3 油(soN1
+ 3 油(200N
圖3 3種油品在不同載荷(50，200 N)
本文作者使用該試驗(yàn)機(jī)的線接觸運(yùn)動(dòng)模式，溫度 下平均摩擦因數(shù)隨溫度的變化
分別為100，150，200 c【=，載荷分別為50，100，200 Fig 3 The average friction coeficient of three kinds of oils change
N；使用的上試樣尺寸為615 mm×22 mm的圓柱體， with temperature under diferent loads(50 and 200 N)
2011年第8期 王淵淵等：基于SRV的潤(rùn)滑油高溫潤(rùn)滑性能測(cè)試方法的研究 37
可知，1 油潤(rùn)滑時(shí)的摩擦因數(shù)穩(wěn)定在0．13左右，
這表明其有著良好的潤(rùn)滑性能，可以適用的工況范圍
大；2 油在低溫輕載下有著很好的潤(rùn)滑性能，摩擦因
數(shù)不超過(guò)0．13，但隨著溫度或載荷的增大其摩擦因
數(shù)急劇增大，這說(shuō)明該油品不適用于高溫重載；3 油
潤(rùn)滑時(shí)平均摩擦因數(shù)在0．21左右，由于摩擦因數(shù)可
以反映磨損功率的大小 ，故3 油因磨損功率會(huì)比
較大，因而不適合作為高溫下的潤(rùn)滑劑。
2．2 磨損量隨溫度及 值的變化
圖4示出了磨損量隨溫度和載何的變化，可知，
1 油潤(rùn)滑時(shí)在載荷50 N、溫度為150和200 oC以及載
荷200 N、溫度分別為100，150和200℃ 時(shí)磨損質(zhì)量
穩(wěn)定在1．0 mg左右，這表明1 油在實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件下
有著良好的潤(rùn)滑效果；2 油潤(rùn)滑時(shí)在150 oC以下時(shí)磨
損量不超過(guò)1．0 mg，隨著溫度的升高磨損量急劇增
大，這表明該油品僅適合在低溫(不超過(guò)150 oC)
時(shí)使用；在不同的溫度、載荷下，3 油潤(rùn)滑時(shí)的磨損
量基本都在2．0 mg以上，這說(shuō)明該油不適合做潤(rùn)滑
劑。
2．5
2．0
1
1．0
恤0
．5
0．0
100 120 140 160 180 200
溫度f(wàn)，℃
+ l 油(5O N)
- o-I 油(200 N)
--~-2 油(s0 N)
十2 ~(2oo N1
+ 3 油(50 N)
-*．-3 油(200 N)
圖4 磨損量隨溫度的變化
Fig 4 Wear loss change with temperature
將不同溫度(100，150，200 oC)下的磨損量取
平均值作為縱坐標(biāo)、不同載荷(50，100，200 N)與
最大速度的乘積即 值作為橫坐標(biāo)得到圖5。此處的
橫坐標(biāo) 值可以作為評(píng)定潤(rùn)滑油高溫耐磨性能的指
標(biāo)。以1．0 mg作為磨損質(zhì)量允許值，由圖5可知，
1 油的pv值約為43 N·m／s，2 油約為34 N·m／s，3
油 值小于10 N·m／s。如果用 值去判定油品的潤(rùn)
滑性能，則1 油的潤(rùn)滑性能優(yōu)于2 油，并大大優(yōu)于
3 油。
綜上分析，2 油在中低溫(不大于150 cI=)和高
溫輕載(150～200 oC，<200 N)時(shí)，有著良好的潤(rùn)
滑效果，溫度高于150 oC時(shí)，潤(rùn)滑性能迅速變差，因
此，可判斷該油極限工作溫度約為150 c【=；1 油在實(shí)
驗(yàn)條件下，潤(rùn)滑效果穩(wěn)定；3 油潤(rùn)滑性能最差。
2．0
1．5
t．o
恤
O．5
O．0
+ l 油
+ 2 油
— 3 油
lO 20 30 40 50
pv／(N·m·s’‘)
圖5 平均磨損量隨 的變化
Fig 5 The average wear loss change with the pv values
下面結(jié)合油品的種類來(lái)綜合分析圖3、4以及圖
5磨損量隨 值的變化結(jié)果。實(shí)驗(yàn)所用的1 油為OW．
40 CI-4柴油機(jī)油，2 油為0W-40 CI-4柴油機(jī)油，3
油為50 CC柴油機(jī)油。首先，從潤(rùn)滑油性能的角度來(lái)
說(shuō)，CI-4級(jí)柴油機(jī)油的抗磨性能要好于CC級(jí)柴油機(jī)
油；其次，對(duì)于同一基礎(chǔ)油體系的OW-40和CI4柴
油機(jī)油的1 和2 油來(lái)說(shuō)，1 和2 油的100℃運(yùn)動(dòng)黏度
分別為l5．90和14．91 mm ／s，運(yùn)動(dòng)黏度大的油在高
溫下的相對(duì)抗磨性能要好。因此，在低溫抗磨性能方
面，2 油最好，1 油其次，3 油最差，在高溫抗磨性
能方面，1 油最好，2 油其次，3 油最差。這些性能
分析驗(yàn)證了上述的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，也說(shuō)明本文作者建
立的方法較好地區(qū)分了油品的高溫工作性能。
3 結(jié)論
(1)建立了一種定量評(píng)定潤(rùn)滑油品高溫工作性
質(zhì)的方法，并針對(duì)3種潤(rùn)滑油進(jìn)行了測(cè)試分析。通過(guò)
測(cè)量磨損量和平均摩擦因數(shù)隨溫度的變化，可以得到
油品的極限工作溫度。
(2)利用實(shí)驗(yàn)得到的 值曲線定量評(píng)定了油品
的高溫工作性能，表明實(shí)驗(yàn)所用的的3種油品中，1
油在實(shí)驗(yàn)工況下潤(rùn)滑效果穩(wěn)定，2 油適合中低溫(不
大于150 oC)下使用，3 油不適合作為潤(rùn)滑劑。結(jié)合
油品設(shè)計(jì)配方的分析顯示，該結(jié)果較好地區(qū)分了油品
的摩擦學(xué)性質(zhì)，并與化學(xué)配方等對(duì)應(yīng)良好，從而證明
了通過(guò)高溫下 值曲線可以定量評(píng)定油品的高溫工
作性能。
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