航空润滑油氧化安定性评定指标相互关联性研究

唐红金，梁宇翔，贺景坚，尹开吉

（石油化工科学研究院，北京 100083）

航空润滑油氧化安定性评定指标相互关联性研究

唐红金，梁宇翔，贺景坚，尹开吉

（石油化工科学研究院，北京 100083）

采用腐蚀与氧化安定性试验方法评定航空润滑油的氧化安定性，探索该方法中评定指标的相互关联性。结果表明，腐蚀与氧化安定性试验中航空润滑油总酸值变化、粘度变化率、沉积物生成量的变化趋势三者之间存在一定的相关性，总酸值变化和粘度变化率的变化趋势在一定程度上反映并可预测沉积物生成量的变化趋势；腐蚀与氧化安定性的评定指标之间没有必然的对应性，无法根据某一指标来预测其它指标。差示扫描量热（DSC）双峰法放热峰面积比值变化趋势尚不能较好地预测沉积物生成量的变化趋势。

氧化安定性 DSC双峰法 沉积物 总酸值

1 前 言

氧化安定性是航空润滑油的重要性能指标，评定航空润滑油的氧化安定性、正确预测航空润滑油在高温使用环境中沉积物量的变化趋势具有重要意义。腐蚀与氧化安定性法是评定航空润滑油氧化安定性的重要方法。本课题研究航空润滑油腐蚀与氧化安定性试验中总酸值变化、粘度变化率、沉积物量之间的相互关联，探讨评定指标之间的相互关联性；差示扫描量热法是评定航空润滑油氧化诱导期的一种常用方法，对油样进行差示扫描量热双峰法试验和腐蚀与氧化安定性试验，探索DSC双峰放热面积比值的变化趋势和腐蚀与氧化安定性试验中沉积物质量变化趋势的关联性。

2 实 验

2.1 测定方法

2.1.1 差示扫描量热法 差示扫描量热法（DSC）是通过软件程序控制温度，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术方法[1]。采用差示扫描量热法评价高温润滑剂的氧化安定性具有用量少、时间快、重复性好等优点[2-3]。

2.1.2 差示扫描量热双峰法 文献[4-5]描述了润滑油通过一系列复杂化学反应形成沉积物的氧化机理，其过程可表示为：

据此模型，在氧气环境中油样A受热后，挥发形成气相物质E，同时被初始氧化生成产物B；初始氧化产物B挥发形成气相产物F，同时进一步被氧化或聚合形成大分子产物P；大分子产物P随着时间的增加不断积累，形成固体产物D。当温度足够高时，产物D会燃烧，通过检测燃烧产物D释放的热量来测定初始润滑油在氧化过程中形成沉积物的质量。

据文献[6]报道，DSC双峰法通过测定一定量润滑油在一定条件下受热时发生吸热反应和放热反应所释放的净热量值的变化趋势来预测沉积物质量的变化趋势。油样进行DSC动态氧化，氧化曲线上出现两个氧化峰：主氧化放热峰Ⅰ和次氧化放热峰Ⅱ；根据润滑油氧化沉积动力学模型，Ⅰ峰为真实油样在氧化产生初级沉积物和油样挥发时净放热峰，Ⅱ峰为初级氧化沉积物再次氧化和挥发时净放热峰，双峰法是指以次氧化峰Ⅱ与主氧化峰Ⅰ的强度比（峰面积比）来预测润滑油高温沉积形成趋势[2]。文献[7]中介绍了利用PDSC双峰法评定柴油机油形成沉积物趋势的方法。

2.1.3 腐蚀与氧化安定性实验 航空润滑油在一定温度和一定氧气流速环境下，经钢、银、铜、铝、镁金属催化剂催化氧化72 h，对氧化后的润滑油进行过滤等处理手段，通过考察润滑油在氧化前后总酸值变化、40 ℃粘度变化率、金属单位面积质量变化、每100 mL润滑油所生成沉积物质量来评定航空润滑油腐蚀与氧化安定性。

2.2 试验条件

2.2.1 DSC双峰法实验 试验条件：油样（1.500± 0.1）mg，试验环境为常压空气，起始温度100 ℃，程序升温速率10 ℃/min。试验仪器：TA instruments生产的Q2000差示扫描量热仪；抗氧剂：二异辛基二苯胺、N-辛基苯基-1-萘胺、芳胺复合抗氧剂、芳胺低聚物抗氧剂；试验油样：三羟甲基丙烷酯，芳胺抗氧剂质量分数为2%，三甲酚磷酸酯的质量分数为2%。

2.2.2 腐蚀与氧化安定性实验 试验条件：油样100 mL，氧气流速50 mL/min，204 ℃，72 h；催化剂为特定规格金属片钢、银、铜、铝、镁；试验仪器：ATMA航空润滑油氧化仪SYGJ-563-01-06；抗氧剂：二异辛基二苯胺、N-辛基苯基-1-萘胺、芳胺复合抗氧剂、芳胺低聚物抗氧剂；试验油样：三羟甲基丙烷酯，芳胺抗氧剂质量分数为2%，三甲酚磷酸酯质量分数为2%。

3 结果与讨论

根据配方配制油样，进行DSC实验，测定主氧化峰A、次氧化峰B的面积，计算得到B/A氧化放热比值；进行腐蚀与氧化安定性实验，测定氧化过程中油样总酸值变化、40 ℃粘度变化、40 ℃粘度变化率、金属单位面积质量变化、每100 mL油样所生成沉积物质量。油样总酸值变化与粘度变化率曲线见图1。从图1可以看出，油样总酸值变化曲线与粘度变化率曲线的变化趋势基本相同。表明油样氧化过程中总酸值变化与粘度变化率的变化趋势存在较好的对应关系。

图1 油样总酸值变化与粘度变化率曲线

油样总酸值变化曲线与沉积物生成量曲线见图2。从图2可以看出，总酸值变化曲线与沉积物生成量曲线的走势基本一致，表明两者亦具有一定的相关性，总酸值变化趋势在一定程度上能够反映沉积物量变化趋势。

图2 油样总酸值变化与沉积物生成量曲线

腐蚀与氧化安定性试验中润滑油粘度变化值与沉积物生成量曲线见图3。从图3可以看出，粘度变化曲线与沉积物生成量曲线两者变化趋势相近。表明同一批次润滑油，油品粘度变化趋势反映了沉积物变化趋势，油样粘度变化大则油样生成沉积物相对较多。然而润滑油的粘度变化值与沉积物生成量之间不会有严格的数值对应关系，即不同油样即便粘度变化值相同，其沉积物生成量并不相同。

图3 腐蚀与氧化安定性实验中润滑油粘度变化和沉积物生成量曲线

对于同一批次油样，其腐蚀与氧化安定性实验中总酸值变化与粘度变化、沉积物生成量相关性曲线见图4。从图4可以看出，对于相同基础油、相同抗氧剂、不同配方的同一批次油样，总酸值变化趋势反映了油样40 ℃粘度变化、沉积物变化趋势，油样总酸值变化大则粘度变化大，生成沉积物相对较多。

图4 油样沉积物生成量和粘度变化与总酸值变化曲线

在腐蚀与氧化安定性实验中总酸值变化相近的不同油样的沉积物生成量变化曲线见图5。从图5可以看出，不同润滑油腐蚀与氧化安定性实验过程中总酸值变化与沉积物生成量之间没有严格的对应关系，即油样总酸值变化值相近，其沉积物生成量相差较大。同样，在氧化过程中沉积物生成量相当的不同油样，其总酸值变化亦不相同。但两曲线总体变化趋势比较一致，即总酸值变化值增大时，沉积物生成量多。

图5 总酸值变化相近的不同油样的沉积物生成量曲线

DSC双峰面积比与沉积物生成量的关系见图6。从图6可以看出，双峰面积比曲线呈现阶梯式上升趋势，沉积物生成量曲线则呈现波浪式交替延伸趋势，两者几乎没有吻合之处。

沉积物生成量随双峰面积比变化趋势见图7。从图7可以看出，DSC双峰面积比与沉积物生成量两者的关联性不明显，因此，用DSC双峰法双峰面积比值变化来预测润滑油沉积物生成量变化趋势有待进一步研究。此外，DSC双峰法中峰面积计算方法是影响双峰法预测润滑油沉积物形成趋势的一个重要因素，探索合理的峰面积计算方法是研究的重点。

图6 DSC双峰面积比与沉积物生成量关系

图7 沉积物生成量随双峰面积比变化趋势

4 结 论

（1）在腐蚀与氧化安定性实验中航空润滑油总酸值变化与粘度变化、粘度变化率、沉积物生成量的变化趋势之间存在一定的对应关系，可根据其中某一指标的变化趋势来预测其它指标的变化趋势。

（2）在腐蚀与氧化安定性实验中航空润滑油总酸值变化值与沉积物生成量之间没有必然的对应关系，无法以油品某一指标数据相同或相近来预测其它指标也相同或相近。

（3）DSC放热双峰面积比值的变化趋势尚不能较好地预测润滑油沉积物生成量的变化趋势，用DSC双峰法预测润滑油沉积物形成趋势有待进一步探索研究。

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STUDY ON THE CORRELATIONS OF THE EVALUATION INDEXES IN OXIDATION STABILITY TEST OF TURBINE ENGINE LUBRICANT

Tang Hongjin，Liang Yuxiang，He Jingjian，Yin Kaiji
（Research Institute of Petroleum Processing，Beijing 100083）

The oxidation stability of turbine engine lubricant is evaluated by corrosion and oxidation stability test method.In this paper the correlations of some evaluation indexes including total acid number，viscosity varied rate and the amount of deposits formed are discussed.Test results showed that the variation trends of total acid number and viscosity varied rate could ref l ect and predict the changing trend of deposits in some extent，yet without positive or quantitative correlations could be used to predict one another.Besides，using DSC two-peak method to predict the formation trend of deposits in oxidation stability test is not mature right now.

oxidation stability；DSC two-peak method；deposit；total acid number

book=2010,ebook=23

2009-10-22；修改稿收到日期：2010-02-04。

唐红金（1983—），男，在读硕士研究生，主要从事润滑油与润滑油添加剂方面的研究工作。