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1、润滑材料基础知识,山东嘉瑞动力装备有限公司,主讲人：张德明,目 录,1、润滑的学科范畴 2、润滑的机理 3、润滑材料 4、矿物润滑油 5、合成润滑剂简介 6、润滑脂 7、重新认识润滑材料 8、润滑材料使用管理,润滑属于摩擦学的范畴，摩擦学是研究相对运动中相互作用表面的理论与实践的一门科学技术。也就是研究作相对运动的对偶表面之间的摩擦、磨损与润滑的科学技术。 思考：摩擦、磨损与润滑之间的关系？,1、润滑的学科范畴？,在存在相对运动的对偶表面之间加入润滑材料，把对偶表面之间的摩擦转化为润滑材料的内摩擦。,2、润滑的机理？,3.1概述 又称润滑介质或润滑剂，是具有特定物理、化学性能的物质，用于加入相

2、互作用对偶表面之间，具有较强的承载负荷的能力，其内摩擦系数远小于对偶表面之间的摩擦系数。这些润滑材料可以是液体、固体、半固体以及气体等。,3、润滑材料,3.2分类 按润滑材料的存在状态分为： 液体润滑剂润滑油 半固体润滑剂润滑脂 固体润滑剂石墨、二硫化钼等 按选用的基础油种类分为： 矿物润滑剂基础油来源于石油 合成润滑剂基础油经化学合成,原油,石油 基础油,添加剂,典型的润滑油成分,润滑油组成,基础油 添加剂,75-99%基础油 1-25% 添加剂,4、矿物润滑油,4.1组成,4.2基础油 4.2.1概述 石油的主要组成元素是碳和氢，总含量为95%-99.5%，碳氢化合物称为烃，基础油主要由烷

3、烃、环烷烃和芳香烃等烃类组成，沸点一般高于300。润滑油的化学组成异常复杂，主要是由于其中有机化合衍生物和同素异构体众多而造成的。润滑油的粘度、氧化性就是由这些烃类的组成决定。,4.2.2基础油化学组成与流变性的关系 润滑油流变性由粘度、粘温特性和低温流动性来衡量，与馏分的沸点范围和化学组成有直接关系。 如多环短侧链的环状烃，温度降低时粘度急剧增大，如正构烷烃和有正构长侧链的环烷烃，虽然粘温特性好，但本身熔点高，低温易结晶，使油品低温时丧失流动性,4.2.3基础油化学组成与抗氧化性的关系 烃类是较稳定的化合物，常温或不太高的温度不能直接与空气中的氧分子发生反应，但高温和光照可使这种反应发生，哪

4、怕极少也能引起其他烃类的链锁的氧化，这是烃类氧化链锁反应的特点。,1）烷烃的氧化，较高温度下，氧化生成醇、醛、酮、羧酸或羟基酸等含氧化合物。深度氧化生成羟基酸和烃基酸的缩合物胶状沉淀。 2）环烷烃氧化时，会导致环破裂生成羟基酸或醛（酮）酸，进一步生成内酯和聚醚，成为胶状沉淀，悬浮在油液中，沉淀在机件表面是形成附着性强且坚韧的漆膜把机件粘结在一起。,3）芳香烃的氧化，芳香烃的氧化产物为酚，深度氧化生成胶质和沥青。多环芳香烃流动性极差，易生成胶质和沥青，是必须除去的非理想组分。 4）胶质的氧化，胶质氧化后生成沉渣，有抑制抗氧剂的作用，应在精制时除去。 5）基础油中的氧，大部分存在于胶质中，非理想组

5、分。 6）基础油中的硫，一部分存在胶质中，一部分存在芳香烃中，含硫芳香烃是天然抗氧剂。 7）基础油中氮化合物，对抗氧性的影响不明确。,4.2.4润滑油的合理组分 1）按粘度要求选择合适的石油馏分。制取高粘度的润滑油选择沸点较高的馏分，制取低粘度的润滑油选择沸点较低的馏分，各种馏分通过常减压蒸馏获得。 2）馏分选定后，应除去其中的多环短侧链的环状烃和胶质、沥青等非理想组分，以提高馏分的粘温性能和抗氧性，利用溶剂精制达到。 3）再根据对油品凝固点的要求，除去馏分中高熔点的烃类，通过溶剂脱蜡改善油品的低温流动性,4.3添加剂 为了改善润滑油的物理化学性质，向润滑油中加入一定量的其他组分，给润滑油赋予

6、新的性能和加强原有性能，更好的满足需要，这些组分称为润滑油添加剂。,添加剂的分类： 一类是为改善润滑油物理性能的，如粘度指数改进剂、油性剂、降凝剂和抗泡剂等， 另一类是为改善润滑油化学性能的，有极压抗磨剂、抗氧剂、防锈剂和清净分散剂等。,（1）清净分散剂 包括清净剂和分散剂，主要用于内燃机油，使发动机内部保持清洁，使生成的不溶性物质呈胶体悬浮状态，不致进一步形成积碳、漆膜和油泥。具体表现为： 1）酸中和作用 清净分散剂具有碱性，能中和润滑油氧化生成的酸，防止其进一步缩合，因而使漆膜减少，同时防止酸对金属的腐蚀。,2）增溶作用 清净分散剂是一些表面活性剂，它能将本来在油中不能溶解的固体或液体溶质

7、增溶于由5-20个表面活性剂分子集合而成的胶束中心，将含有羟基、羧基含氧化合物、含硝基化合物、水分等增溶在胶束中，形成胶体，防止进一步氧化和缩合。,3）分散作用 能吸附已经生成的积碳和漆膜等固体小颗粒，使之成为胶体溶液状态分散在油中，阻止这些物质进一步凝聚成大颗粒而粘附在机件上，或沉积为油泥。,4）洗涤作用 能将已经吸附在部件表面的漆膜和积碳洗涤下来，分散在油中，使金属表面保持清洁。 清净分散剂的典型代表有石油磺酸盐、烷基酚盐、水杨酸盐、丁二酰亚胺等。,（2）抗氧化剂 润滑油氧化通常经历引发、蔓延和终止三阶段，引发阶段带有一个氢原子的化学键会发生断裂导致油品有机成分（R）产生自由基 R ，见式

8、（一） 自由基为高活性组分，能与氧反应形成过氧化自由基，过氧化自由基通过与润滑油更多成分反应，产生额外自由基R 。在式（二）的蔓延阶段，将导致油品进一步分解。,RH R + H (一) R + O2 ROO + RH ROOH + R (二) R + R R-R (三) R + 抗氧剂 RH + 抗氧剂 (四),最终两个自由基类型结合形成一个稳定化合物，此过程为终止阶段，它将自由基从系统中剔除，如式(三)所示： 尽管终止阶段会消耗一些自由基，但只要外部条件存在，蔓延期间会产生更多自由基，如果不加抑制，最终会导致全部油品组分破裂。,抗氧剂与自由基发生反应，形成稳定化学物种，使上述降解过程中断.

9、有两种主要抗氧剂类型，即基本抗氧剂和辅助抗氧剂。前者通过与自由基反应形成稳定分子，从而抑制氧化作用。该反应通过式（四）的基本抗氧剂来排除自由基。另一类型为辅助抗氧剂，是通过分解过氧化自由基ROO而发生作用 。,金属和金属离子对烃类都有催化作用，因此还有一种是金属减活剂，分为两类，一类叫螯合剂可以捕获金属离子，另一类叫表面钝化剂可以覆盖在金属表面，阻止金属和金属离子对烃类氧化的催化作用，,（3）极压抗磨剂 是指在高温、高压的边界状态下，能和金属表面形成高熔点化学反应膜，以防止金属间发生熔结、咬粘、刮伤的添加剂。 极压抗磨剂一般分为有机硫化物、有机磷化物、氯化物和有机金属盐等 。,极压抗磨剂的作用

10、机理以有机硫化物为例，首先在金属表面上形成吸附膜；负荷的增加时，金属表面瞬时温度升高，金属与有机硫化物反应生成硫醇铁覆盖膜起抗磨作用；随负荷进一步提高，生成硫化铁固体膜起极压作用。,4.4矿物类润滑油的制备工艺,常减压蒸馏 利用石油中各组分的沸点差这一特性，通过常减压装置从石油中分离出各石油馏分。 经常压蒸馏塔，在400以上只能得到低粘度的润滑油料，温度过高会有部分烃裂解，并在加热炉中结焦，影响润滑油质量。 利用外压降低，沸点降低的原理，采用减压蒸馏分离高沸点、高粘度的馏分（ 350-500 ）。 还有一部分重质润滑油料在减压塔中也难以分离，留在减压油渣中，这部分油料需要去掉其中的胶质、沥青质

11、才能进一步加工。,溶剂精制 用溶剂提取油中某些非理想组分来改变油品的性质，经溶剂精制后其粘温性能、抗氧化性等性能都有很大改善 利用溶剂对非理想组分的溶解度很大，而对理想组分的溶解度很小来提取非理想组分。,溶剂脱蜡 为使润滑油保持良好的低温流动性，必须将其中易于凝固的蜡出去。 除蜡的方法有冷榨脱蜡、溶剂脱蜡和尿素脱蜡。,丙烷脱沥青 在减压蒸馏中仍不能分离出来的分子量很大、沸点很高的烃类残留在减压油渣中，这些烃是制取高粘度润滑油的良好原料。但必须去除其中的胶质和沥青质。 常用方法是丙烷脱沥青，利用液态丙烷在其临界温度附近对沥青的溶解度很小而对油的溶解度很大的特性使油和沥青分离。 丙烷脱沥青后的油和

12、其他馏分一样，经过精制和脱蜡后一同进入下到工序。,白土精制 经过溶剂精制和脱蜡后，其质量基本达到要求，但一般总会含有未分离掉的溶剂、水分以及回收溶剂时加热所产生的某些大分子缩合物、胶质和不稳定化合物，来自加工设备的铁屑等，为去除这些杂质，改善油品颜色、提高安定性、降低残炭，还需要一次补充精制，常用方法是白土处理。 白土精制是利用活性白土的吸附能力，使各种杂质吸附在活性白土上，然后滤去白土除去所有杂质。,润滑油加氢 润滑油加氢是生产润滑油的一种新工艺，即通过润滑剂的作用，润滑油原料和氢发生各种反应，目的是： 1、除去硫、氧、氮等杂质 2、将非理想组分转化成理想组分 3、同时裂解产生少量的气体、燃

13、料油组分,润滑油品种的开发 有了高质量的基础油组分和添加剂，不等于就能生产出高质量的润滑油，因为润滑油各组分的配伍是很重要的，配伍的好，几种添加剂的效果大于每种添加剂单独使用的总和。配伍不好，添加剂相互之间的作用可以抵消。 润滑油的研制实际上就是探索基础油和添加剂的最佳组合，筛选出具有最佳负荷效果的添加剂组合和剂量，即最佳配方。,润滑油产品的调和 调和是润滑油制备过程中最后一道重要工序。按照配方，将润滑油各基础组分油和添加剂按比例、顺序加入调和容器，用机械搅拌、泵抽送循环、管道静态混合等方法调和均匀，然后按产品标准采样分析合格后即为正式产品。,减摩抗磨 冷却 密封 抗腐蚀防锈 清净冲洗 应力分

14、散和缓冲 动能传递,4.5、润滑油的作用,4.6、润滑油的性能,4.6.1粘度 粘度是液体油品流动时的内摩擦力，它是各种润滑油分类分级的和评定产品质量的主要指标。粘度有动力粘度和运动粘度两类。 润滑油的牌号大部分是以某一温度下（通常是40或100）的运动粘度范围的中心值来划分的，是选用润滑油的主要依据。,动力粘度 液体在一定切应力下流动时内摩擦力的度量，其值等于所加在液体的切应力与切应变率之比，用符号表示。 运动粘度 动力粘度与同温度下密度的比值称为运动粘度，用符号表示。,粘温性能 指润滑油粘度随温度变化而变化的程度。随温度变化而变化的程度小说明粘温性能好，反之说明年温性能差。 衡量粘温性能的

15、参数有粘度指数和粘度比。,粘度指数 国际上广泛采用的表示粘温性能的一项重要参数，是一个经验比较值。 是衡量润滑油粘度随温度变化的快慢程度，粘度指数越高，随温度变化的程度越小，粘温性能好，反之，粘温性能差。,粘压性能,润滑油所受压力增加，粘度增大。 压力低于5Mpa，油的粘度变化很小 压力超过20Mpa时，粘度随压力变化显著。 压力达到40-50Mpa时，粘度是大气压时粘度的2倍。 当压力达到几个Gpa时，粘度升高几个数量级，变成蜡质状物质。,4.6.2润滑油理化性能,密度 颜色 闪点和燃点 凝点和倾点 水分 机械杂质,残炭 灰分和硫酸盐灰分 酸值、碱值和中和值 水溶性酸和碱 防锈性 防腐性,抗

16、泡性 抗乳化性 氧化安定性 水解安定性 与橡胶适应性,4.7、润滑油的分类,4.7.1按应用场合分类 我国润滑油的分类是按照润滑剂的应用场合分类的，现行国家标准时GB7631.1-87润滑剂和有关产品（L类）的分类第1部分：总分组见下表，这个国标等效采用了国际标准ISO6743/0-1981。,表一：润滑剂和有关产品（L类）的分类,4.7.2按粘度分类,表二为GB/T3141-94工业液体润滑剂ISO粘度分类标准。这项标准与国际标准ISO3448-1992稍有差异是对于某些40粘度等级大于3200的产品，可以参照本分类表中的年度等级设计，把运动粘度的测定温度由40 改为100 ，并在年度等级后

17、加后缀符号“H”即可。,表二:ISO年度分类（GB/T3141-94）,以上分类标准不适用于内燃机油和车辆齿轮油,4.7.3按其他分类方法分类,车用润滑油 工业润滑油 工艺润滑油： 热处理用油、轧制液、切削液等,4.8、主要润滑油种类介绍,4.8.1内燃机油 4.8.1.1概述 又称发动机油， 是消耗量最大的润滑油品种，年消耗占总量的40%以上。用于润滑内燃机发动机的润滑，通常分为汽油机油、柴油机油和汽油机和柴油机通用油。 专用品种有二冲程汽油机油、船用柴油机油、铁路机车用柴油机油、试车用柴油机油、坦克发动机油、飞机发动机油等,4.8.1.2内燃机油基本性能 良好的粘温性能，适当的粘度 较强的

18、抗氧化能力，较好的热稳定性 良好的清净分散性 良好的润滑性、抗磨性 良好的抗腐蚀性和酸中和性 良好的抗泡沫性,4.8.1.3内燃机油的分类 内燃机油有两种分类，一是按使用性能分类，二是按粘度分类，每种内燃机油包括使用性能分类及粘度分级两个方面。,国际通用的内燃机油性能分类 由美国汽车工程师学会（SAE）、美国材料试验学会（ASTM）、美国石油学会（API）共同制定的。 API使用性能分类（SAE J183-89） 汽油机油：SA SB SC SD SE SF SG SH 柴油机油：CA CB CC CD CD- CE CF-4 二冲程汽油机油：TSC-1 TSC-2 TSC-3 TSC-4,我

19、国内燃机油性能分类 现行国标为GB/T7631.3-1995, 汽油机油：SA SB SC SD SE SF SG SH 柴油机油：CA CB CC CD CD-CE CF-4 二冲程汽油机油：ERA ERB ERC ERD,内燃机油粘度分类 国际通用的粘度分类是美国汽车工程师学会（SAE）、美国材料试验学会（ASTM）、美国石油学会（API）共同提出的SAE粘度分类（SAE J300FEB91）,我国GB/T14906-94等效采用此粘度标准，参见表三.带W的为冬季用油，其他为夏季用油。,表三：内燃机油的粘度分类,4.8.2齿轮油,（1）概述 齿轮油主要用于润滑齿轮包括蜗轮蜗杆副。齿轮油主要

20、起润滑和冷却的作用，减少摩擦、降低磨损，同时起到缓和冲击与振动、防止腐蚀和生锈，以及清洗摩擦面尘粒与污染物的作用。,（2）齿轮油的主要性能,适当的粘度 良好的极压抗磨性 良好的抗氧化安定性 良好的抗剪切安定性 良好的抗泡沫性 良好的防锈性 良好的抗乳化性,（3）齿轮油的分类,齿轮油可分为工业齿轮油、车辆齿轮油以及工业开式齿轮油三类，目前尚无车辆齿轮油的相关分类标准。工业齿轮油分为工业闭式齿轮油、工业开式齿轮油以及蜗轮蜗杆油（L-CKE和L-CKE/P）。,表四：工业闭式齿轮油分类,表五：工业开式齿轮油,表六：分类中提到的温度,表七：分类中提到的载荷,表八：工业齿轮油的粘度等级,举例：根据表一、

21、表四、表八的分类标准，150号中负荷齿轮油表示为：L-CKC150,4.8.3液压油 （1）概述 液压油为液压系统的工作介质，主要起传递和转换能量的作用，同时还起着对液压系统内部各元件润滑、冷却、防腐、防锈、冲洗的作用。,（2）液压油的主要性能 1）合适的粘度、良好的粘温性能 2）良好的抗磨性 3）良好的抗氧化性 4）良好的抗剪切安定性 5）良好的防锈性和防腐蚀性 6）良好的抗乳化性和抗水解安定性 7）良好的抗乳化性和空气释放性 8）对密封材料的适应性,（3）液压油的分类,续表,4.9、润滑油的选用,摩擦副润滑状况是否良好主要取决于结构设计、润滑系统和所使用的润滑剂。润滑油的选用主要是确定使用

22、润滑的种类和粘度，一般可根据工况条件如温度、负荷、转速、寿命、环境条件与介质等选用不同的润滑油。,4.9.1润滑油种类的选择,润滑油种类选择按照摩擦副类型和润滑油的分类，齿轮的润滑选择齿轮油，内燃机的润滑选择内燃机油，以此类推。 滚动轴承选择润滑脂或润滑油，具体根据使用工况，冲击场合选择含极压添加剂的润滑材料 滑动轴承一般选用汽轮机油。,润滑油粘度的选择主要考虑摩擦副的类型和工作载荷、运动速度、工作温度、环境条件等工况条件。 润滑油粘度的具体数值的在润滑设计的过程中确定。,4.9.2润滑油粘度的选择,5、合成润滑剂,合成润滑剂也是有基础油和添加剂组成，只不过其基础油是通过化学合成的方法制备成的

23、较高分子的化合物。合成润滑剂具有一定的化学结构和预定的物理化学结构。,5.1合成润滑剂种类,已经工业化生产的合成润滑油有下列6类，应用分类分散在各类润滑油类型中，没有专门分类。 1）有机酯 2）合成烃 3）聚醚 4）聚硅氧烷 5）含氟油 6）磷酸酯,5.2合成润滑剂特性,与矿物油相比，合成润滑剂有下列性能： 1）较好的高温性能 2）优良的粘温和低温性能 3）较低的挥发性,4）优良的化学稳定性 5）抗燃性 6）抗辐射性 7）与橡胶密封件的适应性 8）对金属的作用,6、润滑脂,润滑脂是将稠化剂分散于基础油中所形成的一种稳定的固体或半固体产品，通常会加入某种特性的添加剂和填料。 润滑脂的组成有基础油

24、、稠化剂、添加剂。,6.1基础油,润滑脂的基础油即液体润滑油，占润滑脂总量的70%-90%，润滑脂的各种性能取决于基础油的类型和组成。基础油液的选择主要根据润滑脂的用途和使用条件确定。 基础油可选用矿物油和合成油。,6.2稠化剂,润滑脂中稠化剂的含量：5%-30%,稠化剂的作用:悬浮油液保持润滑脂较高的附着能力减少润滑油油液的流动性,稠化剂的种类脂肪酸金属皂单皂：锂皂、钙皂、钠皂、铝皂复合皂：复合锂皂、复合钙皂、复合钙磺酸盐皂混合皂非皂基稠化剂：烃类：地蜡无机类：改质膨润土有机类：聚脲,6.3添加剂,改善润滑脂的使用性能和寿命，主要有： 结构改善剂 抗氧剂 极压添加剂 防锈添加剂 抗水添加剂 增粘剂 填料,6.4润滑脂的生产过程,润滑脂的制造比较复杂，主要过程包括：皂化、成脂、冷却和匀化，以用的最多的皂基润滑脂为例，简示其生产流程图。,6.5润滑脂的结构,随所用皂型和生产