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基于SRV的潤滑油高溫潤滑性能測試方法的研究

文檔作者：王淵淵熊春華喬小溪徐金龍趙巍張向軍文檔來源： 1．清華大學摩擦學國家重點實驗室 2．中國地質(zhì)大學(北京) 3．總后油料研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月06日
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2011年8月
第36卷第8期
潤滑與密封
LUBRICATION ENGINEERING
Aug．2011
Vo1．36 No．8
DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2011．08．010
基于SRV的潤滑油高溫潤滑性能測試方法的研究
王淵淵 熊春華 喬小溪 徐金龍 趙巍。 張向軍。
(1．清華大學摩擦學國家重點實驗室北京100084；2．中國地質(zhì)大學(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滑油，定量表征潤滑油的極限工作溫度和高溫耐
磨性能，提出一種潤滑油的極限工作溫度和高溫耐磨性能測試方法。該方法通過磨損量和平均摩擦因數(shù)隨溫度的變化，
來得到油品的極限工作溫度，通過高溫下 值曲線來定量評定油品的高溫工作性能。利用該方法對3種潤滑油進行測
試分析，并結合油品設計配方進行分析。結果表明，該方法可以簡單、準確且定量的評定、比較潤滑油的極限工作溫度
和高溫耐磨性能。
關鍵詞：潤滑油；極限工作溫度；高溫耐磨性
中圖分類號：TE626．3 文獻標識碼：A 文章編號：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
高溫摩擦磨損試驗機(SRV試驗機)可以測量
室溫到900 oC高溫范圍內(nèi)油品的摩擦磨損特性，可實
現(xiàn)不同的材料、潤滑油品、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現(xiàn)點、線、面3種
不同的摩擦測試接觸方式，因而是一種常用的油品摩
擦學性能評定儀器。
目前利用SRV試驗機對潤滑油的極限工作溫度
和高溫耐磨性能的測試方法通常是，先用SRV試驗
機測量出在上、下試件間有待測潤滑油潤滑時，在不
同載荷或溫度下的上、下試件之間的摩擦因數(shù)，然后
基金項目：國家自然科學基金項目(50721004)；國家重點基
礎研究發(fā)展計劃(973計劃)支持項目(2007CB607604)．
收稿日期：2011—02—14
作者簡介：王淵淵(1986一)，碩士研究生，從事機械系統(tǒng)的潤
滑與振動分析．E—mail：wangyy810@gmail．com．
通過輔助裝置表面輪廓儀得到下試件的磨損體積，同
時使用光學儀器測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)計算體積磨損率，最后由摩
擦因數(shù)和磨損率來評估潤滑油的極限工作溫度和高溫
耐磨性能¨ J。但該方法測量和計算磨損率比較繁
瑣，且計算和測量精確度并不高。工程中也有方法通
過表面測量儀測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
測潤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
賴于表面尺寸基準的選取，誤差較大。也有方法通過
測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，來評
潤滑與密封 第36卷
定高溫下試件的耐磨行為，但潤滑條件下下試件質(zhì)量
磨損率并不是只與滑移距離相關，有時甚至無關。喬
j三林，Harsha等 用多功能SRV實驗機評價了鋼／
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，這就給簡單、準確且定量地評定潤滑
油或特定潤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 、準確且定量的評定潤滑油或特定潤滑涂層的
極限 作溫度和高溫耐磨損的測量方法。
1 實驗部分
1．1 實驗儀器及材料
所使用的高溫摩擦磨損試驗機由德國Optimol In．
strtlrnent公司制造(見圖1)，該SRV試驗機的加載
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)。采用往復式運動，可實現(xiàn)
點、線、面3種接觸形式，上下試件及工作區(qū)見
圖2
圖1 SRV高溫摩擦磨損試驗機
Fig 1 SRV high temperature friction and wear tester
(a) (b)
圖2 實驗工作區(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，粗糙度為R。0．2 m，上、下試樣材料均
采用45 鋼；往復頻率為50 Hz，沖程為1．5 mm，單
個潤滑油樣品實驗時間為30 min；使用由德國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。
實驗所用的3種油品分別標記為1 ，2 與3 。
1．2 實驗方法
用石油醚、丙酮、無水乙醇依次超聲波清洗上、
下試件，使上、下試件光潔、無劃傷痕跡和銹斑；使
用電子天平稱量干燥后(采用氮氣吹干)的下試件
質(zhì)量，多次測量取平均值(剔除其中壞點數(shù)據(jù)后，
一般為3次測量結果的平均值，下同)；設置相關實
驗參數(shù)，在選擇的潤滑油潤滑下進行30 min摩擦磨
損實驗并在實驗過程中實時記錄摩擦因數(shù)。達到預定
時間后，停機后卸載，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，
多次稱量的結果取平均值，得到所設定的溫度和載荷
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實驗，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
另外一種油品重復測試。
2 結果與討論
對上述實驗數(shù)據(jù)處理后獲得3條測試曲線：即不
同載荷不同油樣潤滑下，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
實驗得到的摩擦因數(shù)是剔除實驗開始時和結束時
不穩(wěn)定的點后的平均值。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機的線接觸運動模式，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的潤滑油高溫潤滑性能測試方法的研究 37
可知，1 油潤滑時的摩擦因數(shù)穩(wěn)定在0．13左右，
這表明其有著良好的潤滑性能，可以適用的工況范圍
大；2 油在低溫輕載下有著很好的潤滑性能，摩擦因
數(shù)不超過0．13，但隨著溫度或載荷的增大其摩擦因
數(shù)急劇增大，這說明該油品不適用于高溫重載；3 油
潤滑時平均摩擦因數(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 油因磨損功率會比
較大，因而不適合作為高溫下的潤滑劑。
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 油潤滑時在載荷50 N、溫度為150和200 oC以及載
荷200 N、溫度分別為100，150和200℃ 時磨損質(zhì)量
穩(wěn)定在1．0 mg左右，這表明1 油在實驗測試條件下
有著良好的潤滑效果；2 油潤滑時在150 oC以下時磨
損量不超過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150 oC)
時使用；在不同的溫度、載荷下，3 油潤滑時的磨損
量基本都在2．0 mg以上，這說明該油不適合做潤滑
劑。
2．5
2．0
1
1．0
恤0
．5
0．0
100 120 140 160 180 200
溫度f，℃
+ 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、不同載荷(50，100，200 N)與
最大速度的乘積即 值作為橫坐標得到圖5。此處的
橫坐標 值可以作為評定潤滑油高溫耐磨性能的指
標。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
滑性能，則1 油的潤滑性能優(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，有著良好的潤
滑效果，溫度高于150 oC時，潤滑性能迅速變差，因
此，可判斷該油極限工作溫度約為150 c【=；1 油在實
驗條件下，潤滑效果穩(wěn)定；3 油潤滑性能最差。
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
下面結合油品的種類來綜合分析圖3、4以及圖
5磨損量隨 值的變化結果。實驗所用的1 油為OW．
40 CI-4柴油機油，2 油為0W-40 CI-4柴油機油，3
油為50 CC柴油機油。首先，從潤滑油性能的角度來
說，CI-4級柴油機油的抗磨性能要好于CC級柴油機
油；其次，對于同一基礎油體系的OW-40和CI4柴
油機油的1 和2 油來說，1 和2 油的100℃運動黏度
分別為l5．90和14．91 mm ／s，運動黏度大的油在高
溫下的相對抗磨性能要好。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
分析驗證了上述的實驗測試結果，也說明本文作者建
立的方法較好地區(qū)分了油品的高溫工作性能。
3 結論
(1)建立了一種定量評定潤滑油品高溫工作性
質(zhì)的方法，并針對3種潤滑油進行了測試分析。通過
測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)利用實驗得到的 值曲線定量評定了油品
的高溫工作性能，表明實驗所用的的3種油品中，1
油在實驗工況下潤滑效果穩(wěn)定，2 油適合中低溫(不
大于150 oC)下使用，3 油不適合作為潤滑劑。結合
油品設計配方的分析顯示，該結果較好地區(qū)分了油品
的摩擦學性質(zhì)，并與化學配方等對應良好，從而證明
了通過高溫下 值曲線可以定量評定油品的高溫工
作性能。
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