L_CKD1000重负荷工业齿轮油的研制

1、文章编号:1002-3119(200602-0029-05L-CKD1000重负荷工业齿轮油的研制华秀菱,续景,伏喜胜,李军,糜莉萍(中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃兰州730060摘要:以合成油为主要组分油,混兑部分溶剂精制油,选用性能优良的硫磷型复合添加剂及其他功能添加剂,研制出具有优良的极压抗磨性、氧化安定性、防锈防腐性、抗乳化性、抗泡性半合成型重负荷工业齿轮油。该油品适用温度范围广,产品符合ISO 粘度等级1000,性能达到L -CK D1000暂定重负荷工业齿轮油一级品指标要求,完全达到了美钢224规格,并且在氧化安定性、极压抗磨性等方面优于进口油,超过国外同类产品性能水平。关键

2、词:高粘度;合成油;重负荷工业齿轮油;研制中图分类号:T E626.3 文献标识码:A前言就高粘度工业齿轮油而言,国内已经研制成功的有460、680重负荷工业齿轮油,但仍不能满足许多用户机械使用的要求。因此用户提出使用粘度更高的齿轮油,以满足在很高温度下齿轮的有效润滑。目前市场上销售的更高粘度重负荷工业齿轮油几乎全为国外产品,其中美孚的此类产品1000为合成油,加德士石油公司、埃索公司有1000和1500产品,壳牌石油公司有1000产品。市场上销售的国外1000产品价格昂贵,国内用户难以承受,如美孚639重负荷工业齿轮油每桶(200L 铁桶售价约2万多元人民币,为了降低成本,尽早替代国外同类产

3、品,通过对组分油、添加剂复配的研究,研制的油品L-CKD1000达到了GB 5903-1995规格要求,并且完全达到了美钢224规格,在氧化安定性、极压抗磨性等方面还优于进口油,超过国外同类产品Mobil639性能水平,能满足市场需要,替代进口油。1 试验部分1.1 标准分析评定方法本研究所用标准分析评定方法见表1。表1 分析评定方法项 目试验方法石油产品和润滑剂酸值测定法(颜色指示剂法GB/T 4945石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法GB/T 265石油产品粘度指数GB/T 1995石油产品倾点测定法GB/T 3535石油产品闪点和燃点测定法(克利夫兰开口杯法GB/T 3536石油产品

4、和添加剂机械杂质测定法(重量法GB/T 511 续表项 目试验方法添加剂中硫含量测定法(电量法SH/T 0303添加剂和含添加剂润滑油的磷含量测定法(比色法SH/T 0296原油及其产品中氮含量测定法GB/T 17674石油产品铜片腐蚀测定法GB/T 5096润滑油承载能力测定法(四球SH/T 3142润滑油抗磨性能测定法(四球SH/T 0189加抑制剂矿物油在水存在下防锈性能试验法GB/T 11143润滑油泡沫特性测定法GB/T 12579极压润滑油氧化性能测定法SH/T 0123润滑油抗乳化性能测定法GB/T 8022润滑油极压性能测定法(梯姆肯试验机法GB/T 11144润滑剂承载能力测

5、定法(CL -100齿轮机法SH/T 03061.2 原材料主要性质研究所采用的添加剂和基础油主要性质如表2所示。表2 原材料主要性质名称及编号主要性质含硫极压剂SEP 硫含量44.0%硫磷氮极压抗磨剂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%防锈补强剂H 碱值39.6mgKOH/g,闪点184 防锈剂E 碱值220m gKOH /g ,闪点135组分油F140 运动粘度1241mm 2/s,粘度指数167组分油F2100 运动粘度28.85mm 2/s,粘度指数

6、80收稿日期:2005-11-28。作者简介:华秀菱(1973-,女,工程师,1995年毕业于兰州石油学校石油化工专业,现从事齿轮油与添加剂研究工作,已公开发表论文数2006年4月Apr.2006 润 滑 油Lubricating Oil第21卷第2期Vol.21,No.22 试验结果与讨论2.1 研制标准重负荷工业齿轮油规格标准以美钢(USSteel 224和美国齿轮制造协会(AGMA250.04EP最具有代表性,被许多石油公司广泛采纳,目前国际市场上销售的工业齿轮油几乎都是以此为标准。我国也制订了重负荷工业齿轮油的标准GB5903-1995。根据L-CKD1000重负荷工业齿轮油的特点,参

7、照以上各标准及Mobil639的实测数据进行合成型重负荷工业齿轮油的研制,制定了L-CKD1000重负荷工业齿轮油一级品的研制标准,表3列出了其理化性能要求。表3 L-C KD1000一级品主要性能指标项 目指 标试验方法运动粘度(40 /mm2 s-19001100GB/T265粘度指数不小于120GB/T2541闪点(开/ 不低于200GB/T3536倾点/ 不高于-20GB/T3535铜片腐蚀(100 ,3h/级不大于1GB/T5096锈蚀试验蒸馏水 无锈GB/T11143人工海水无锈抗乳化试验(82 GB/T8022油中水,%不大于2.0乳化层/mL不大于1.0总分离水/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 粘度增长,%不大于6SH/T0123四球机试验综合磨损指数ZM Z/N不小于441GB/T3142烧结负荷PD/N不小于2450磨斑直径D196N60min/mm不大于0.35SH/T01891 Timken OK负荷/N不小于267GB/T11144 FZG齿轮机试验/失效级不小于11SH/T0306剪切安定性(20h剪切2在粘度等级范围内SH/T0200注:1此方法条件为196N,60min,54.4 ,1800r/min,为US S224规

9、格要求。2不含粘度添加剂不测定剪切安定性。2.2 基础油的选择目前国内尚无真正意义上的全合成重负荷工业齿轮油产品,国外同类产品以美孚SH C系列为主要代表,另外壳牌、雪佛龙等公司也有同类产品。通过对M obil639组成分析和各项理化分析得知:所研制的油品主要以合成油为主,混兑部分矿物油不加粘度指数改进剂,油品应具有更宽的使用温度范围和优良的极压抗磨性、氧化安定性、抗泡性等,这就要求基础油应具有优良的粘温性能及良好的氧化安定性。因此,我们采用合成油F1来作为基础油的主要组分,混兑其他组分基础油F2进行混兑调合,结果见表4。表4 L-C KD1000基础油的调合编号F1,%F2,%100 运动粘

10、度/mm2 s-140 运动粘度/mm2 s-1粘度指数外观贮存1个月后1100-100.11241167透明280KH150BS2081.041044162浑浊3802078.341006154透明指标要求9201100不小于90透明从表4可以看出:合成油F1一种组分油无法调制1000基础油;F1与KH150BS以80 20调合,可达到1000粘度级别的要求,但外观贮存后出现浑浊,因此,在调制齿轮油时加入一定比例的F2。故本研究选用F1与F2,且两组分以80 20调合时,外观、高温性能均可达到1000粘度级别的要求。2.3 油品配方研究2.3.1 复合剂的选择目前中国石油昆仑润滑油生产调制重

11、负荷工业齿轮油的复合剂为RHY4202,而RHY4202复合剂只能用于中间基矿物油,不能用于其他类型的基础油中,将调制RHY4202复合剂的各添加剂组分加入到1000基础油中进行添加剂与组分油的相容性考察,试验结果见表5。表5 RHY4202各组分与各类基础油的相容性考察编号添加剂合成油石蜡基加氢油4SEP5SPA6NS PN7N-18E从表5可以看出:RHY4202所用含磷剂为NSPN、SPA,但NSPN与加氢油、石蜡基油、合成油的相容性较差,长期贮存NSPN会从加氢油、石蜡基油和合成油组分中析出,因此NSPN不适用于石蜡基油、加氢油、合成油。2.3.2 复合剂性能的改善(1含磷剂的选择重负

12、荷工业齿轮油对极压抗磨性能的要求较30润 滑 油 2006年第21卷高,必须通过五项极压抗磨性能指标的评定(四球综合磨损指数、烧结负荷、磨斑直径、梯姆肯抗擦伤能力、FZG 齿轮承载试验,在RH Y4202配方体系中NSPN(硫代磷酸酯胺盐由于其在合成基础油中溶解性较差,从而影响了油品的外观,因此本研究选用了与其类似的几种硫代磷酸酯胺盐,考察了它们的极压抗磨性及其在RHY4202复合剂中的应用结果,见表6、表7。表6 各种硫代磷酸酯胺盐的四球机试验结果编号含磷剂P B 1/N P D 1/N ZM Z 1/N D 392N 60min 1/mmD130(121 ,3h1/级相容性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%剂加入到99%1000基础油中进行四球试验和相容性考察。2RHY310A 产品为实验室新研制的硫代磷酸酯胺盐。从表6可以看出:RH Y330-2与RH Y310A 与1000基础油具有好的相容性,较好的极压抗磨性,可作为RH Y4202复合剂中含磷剂NSPN 的替代组分。表7 两种硫代磷酸酯胺盐在RHY4202中的应用结果编号添加剂1铜片腐蚀试验

14、(100 ,3h/级Timken OK 值/N 抗乳化试验油中水,%乳化层/mL总分水/mL防锈试验A 法B 法13RHY330-21b 266.9 1.40.880.4无锈轻锈14RHY310A1b 266.9 1.40.980.0无锈轻锈指标1266.92.01.080无锈无锈注:1将剂以相同剂量替代NSPN 调制RHY4202A,RHY4202A 以1.8%加入到1000基础油中进行评价。从表7可以看出:RH Y330-2与RHY310A 的防锈性能和抗乳化性相当,但RHY330-2为工业化产品,因此,选用RHY330-2作为RHY4202复合剂中含磷剂NSPN 的替代组分。(2复合剂防

15、锈性能的改善研制的CKD1000工业齿轮油对防锈的要求非常苛刻,它要求油品不仅通过D665A 法(蒸馏水试验,还要通过D665B 法(合成海水试验,而RH Y4202复合剂中NSPN 具有防腐防锈多功能,NSPN 极压抗磨剂被硫代磷酸酯胺盐RHY330-2替代后,复合剂(下称RH Y4202A防锈性能下降,必须对油溶性改善的复合剂RHY4202A 的防锈性能加以改进,表8列出了几种防锈剂对复合剂RH Y4202A 的影响。表8 不同防锈剂使用效果编号防锈剂,%锈蚀试验1D665B 法15T705A 0.1轻锈16H 0.1无锈17T 746B 0.1重锈18E614 0.1中锈指标无锈注:11

16、.8%RHY4202A 、0.1%防锈剂加入到320基础油中进行性能评定。从表8可以看出:通过对不同防锈剂使用效果考察得知,在RH Y4202A 体系中,剂H 能提高油品的防锈性能,在配方中加入防锈剂H,使油品通过了D665B 法人工合成海水防锈试验。因此,选用H 作为复合剂中的防锈补强剂。(3复合剂乳化性能考察工业齿轮油配方一般通过加入破乳剂来满足规格指标的要求。在研究中发现H 的引入不仅对油品的锈蚀性能有利,而且对油品的乳化性能有一定的改善,结果见表9。表9 乳化性能考察编号复合剂,%防锈剂,%抗乳化性油中水,%乳化层/mL 总分水/mL 19RHY4202A 1.8 2.2痕迹79.32

17、0RHY4202A 1.8H 0.10.70.881.4指标2.01.080(4抗泡剂的选择齿轮在运转过程中,油品容易起泡,造成气蚀现象,对机械损害程度很大。针对这种情况,通常在油中加入硅型抗泡剂,其加量一般为1100 g/g,经试验证明,本油品中加入1020 g/g ,油品的抗泡性能已经达到极佳。作为高粘度的油品,建议使用31第2期 华秀菱等.L-CKD1000重负荷工业齿轮油的研制低粘度的抗泡剂。2.3.3 复合剂组成根据以上研究,确定了复合剂的组成,且命名为RH Y4023复合剂。2.4 复合剂在1000基础油中的应用将RHY4023复合剂以一定剂量加入到1000基础油中进行评价,结果见

18、表10。表10 L-CKD1000重负荷工业齿轮油分析评定结果项 目一级品指标CKD1000-1CKD1000-2CKD1000-3试验方法运动粘度(40 /mm 2 s -19001100100210261030GB/T 265粘度指数不小于120153152153GB/T 1995闪点(开/ 不低于200252262258GB/T 3536水分,%不大于痕迹痕迹痕迹痕迹GB/T 260倾点/ 不高于-20-25-22-28GB/T 3535机械杂质,%不大于0.050.0040.0030.006GB/T 511铜片腐蚀(100 ,3h/级不大于11b 1b 1b GB/T 5096锈蚀试验

19、蒸馏水 无锈无锈无锈无锈GB/T 11143人工海水无锈无锈无锈无锈抗乳化试验(82 GB/T 8022 油中水,%不大于2.0 1.4 1.5 1.3 乳化层/mL 不大于1.00.80.80.7 总分离水/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 粘度增长,%不大于62.4SH/T 0123四球机试验GB/T 3142综合磨损指数ZM Z /N 不小于441617.5585.4

20、 烧结负荷P D /N 不小于24503089.03089.1 磨斑直径D 196N 60min /mm 不大于0.350.310.34SH/T 0189Timken OK 负荷/N 不小于267大于267289.1GB/T 11144FZG 齿轮机试验/失效级不小于11大于12SH/T 03063 国内外油性能对比将调制的L-CKD1000工业齿轮油与国外 Mobil639性能对比,见表11。表11 研制油与国外油的性能对比项 目一级品指标研制油国外M obil639试验方法运动粘度(40 /mm 2 s -190011001002964.5GB/T 265粘度指数不小于120153156G

21、B/T 2541倾点/ 不高于-20-25-23GB/T 3535水分,%不大于痕迹痕迹痕迹GB/T 260机械杂质,%不大于0.020.0040.003GB/T 511闪点(开/不低于200252222GB/T 3536铜片腐蚀(100 ,3h/级不大于11b 1b GB/T 5096锈蚀试验蒸馏水 无锈无锈无锈GB/T 11143人工海水无锈无锈无锈32 润 滑 油 2006年第21卷续表项 目一级品指标研制油国外M obil639试验方法抗乳化试验(82 油中水,%不大于2.0 1.4 1.4GB/T 8022乳化层/mL 不大于1.00.80.8 总分离水/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 粘度增长,%不大于62.45.9四球机试验综合磨损指数ZM Z /N 不小于441617.5511.6GB/T 3142烧结负荷P D /N 不小于24503089.01960.0 磨斑直径D 196N 60min /mm 不大于0.350.310.30SH/T 0189Timken OK 负荷/N 不小于267大于267小于267GB/T 11144FZG 齿轮机试验/失效级不

23、小于11大于12SH/T 0306族组成,%烷烃93.188.5Q/L ZJS.5014-96芳烃 6.711.1胶质0.20.3比色3.03.53.54.0GB/T 6540从表11可以看出:研制油与进口油相比,在抗腐蚀、防锈、抗乳化等主要性能方面水平相当,突出的优点是:闪点高,颜色浅,氧化安定好,极压抗磨性能更好,四球综合磨损指数、烧结负荷高于进口油,梯姆肯抗擦伤能力优于进口油(进口油的T im ken OK 负荷未达到指标要求,而且油品所含合成油比例高。4 结论(1以合成油为主要组分油,混兑部分溶剂精制油,选用性能优良的硫磷型复合添加剂及其他功能添加剂,研制出具有优良的极压抗磨性、氧化安

24、定性、防锈防腐性、抗乳化性、抗泡性能的半合成型重负荷工业齿轮油。(2该油品适用温度范围广,产品符合ISO 粘度等级1000,性能达到L-CKD1000暂定重负荷工业齿轮油一级品指标要求,完全达到了美钢224规格,并且在氧化安定性、极压抗磨性等方面优于进口油,超过国外同类产品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