润滑技术发展趋势

杨申仲

（中国机械工程学会设备与维修工程分会 北京）

润滑技术工作真正目的是保护设备，使设备正常、安全运行。要使设备正常运行，必须良好地润滑，合理选择和使用润滑剂，采用正确的换油方法，才会延长设备的寿命周期，减少设备维护费用，节约能源，减少环境污染。

一、润滑是设备运行的主要环节

设备润滑是设备维护工作的重要环节。设备缺油或油脂变质，会导致设备故障甚至破坏设备的精度和功能。搞好设备润滑，对于减少故障以保障生产顺利进行，减少机件磨损以延长使用寿命，都有着重要的作用。

1.高性能油带来高效益

美国机械工程学会在《依靠摩擦润滑节能策略》一书中提出，美国每年从润滑方面获得的经济效益达600亿美元。英国每年从润滑成果推广应用中获得5亿英镑。70%～85%的液压元件失效，是由于油品污染引起的。瑞典SKF公司研究表明，将润滑脂中的微粒控制在2～5 μm，轴承的使用寿命将延长10～50倍。

我国新油污染情况还十分严重，新油开桶后微粒污染度已达8%，我国每1000美元GDP消耗一次性能源折标煤为日本的5.6倍，润滑油消耗量为日本的3.79倍。搞好润滑管理工作，我国每年可节约500亿元人民币。

目前市场进口油脂每吨几万元至几十万元。不锈钢加工专用油高达37.5万元/t，一种特殊传感器油高达100万元/t，心脏起搏器磁流体密封油进口价格已接近黄金价格。有资料显示，如果我国能达到日本的节能水平，我国的能源需求量在今后30年内将不必增加。日本能源70%依靠进口，99%以上石油依靠进口，他们重点抓了节油技术和新油脂的开发，1973～1982年，其国民经济每年增加3.8%，而能源消耗却每年下降2%～2.9%。

中石化、中石油两大集团虽占有70%市场份额，但多数为中低档油，而国内60%高档油市场已被外国公司、外企占领。

尽管润滑油的支出仅是设备维修费用的2%～3%。但实践证明设备使用寿命很大程度取决于润滑条件。80%的零件损坏是由于异常磨损引起的，60%的设备故障由于不良润滑引起。SKF轴承公司也指出，54%的轴承失效是由于不良润滑引起的。

2.强化润滑管理制度

（1）供应部门根据设备部门提出的年度、季度及月份润滑材料申请计划，如期按牌号、数量、质量采购供应。

（2）进厂油品一定要经化验部门检验其主要质量指标，合格后方可发放使用。对不合格油品，要求供应厂家退换或采取技术处理措施。

（3）供应部门对供应紧缺的油品，应提前与设备部门研究采用代用油品，以免影响使用。

（4）入库油料必须专桶专用、标明牌号、分类储存，转桶时应过滤，所有油桶都要将盖子盖好。露天存放时，桶盖部位应抬高一些，以防止雨水和杂质进入桶内。

（5）润滑站遇到油品质量有问题时，应立即通知润滑工程师和供应部门到现场研究处理，不得随意发放。

（6）润滑材料在库存放一年以上者，应送化验部门重新检验油品质量，未取得合格证者禁止发放使用，并应及时采取技术处理措施。

3.积极开展全优润滑

全优润滑依托3项核心技术，即精确润滑（润滑材料与润滑方法的优化）；润滑与污染控制，即控制固体颗粒、水分、气泡（气体）以及泄漏等；油液状态监测技术。润滑剂的选用和优化是全优润滑的前提，污染控制是全优润滑价值和实践的核心，而油液监测是润滑剂优化和污染控制所凭借的技术手段。三者互为支持，缺一不可。

（1）精确润滑（润滑材料和方法的优化）。近年来，润滑材料随着装备制造业的发展而日新月异，性能大幅度提升，品种越来越多。全球范围内对环境保护和能源节省的重视，更将润滑材料合理选用和优化赋予了更广的含义。

润滑装置的优化，包括对点与集中润滑，气雾润滑，以及油与脂润滑等的优化。润滑剂量的控制等。

（2）污染控制。润滑油中的污染物主要是指各种固体颗粒和水。润滑污染控制是指采取各种有效措施，保持润滑材料洁净。国外某研究院对6个行业3722台机器进行了失效调查，结果显示82%的机器失效和更换，与固体颗粒引起的磨损有关。润滑污染控制已被广泛用于包括润滑材料在内的几乎所有需要润滑的零部件。润滑污染控制已经被现代工业看作是保障设备可靠性、延长设备和润滑油使用寿命的最重要的手段。

（3）油液状态监测技术。通过油液检测可以有效地分析出设备和在用油所处的状态，从而有效地指导设备运行和维护。油液监测有3个部分组成：①油液污染状态监测；②油液理化状态监测；③设备磨损状态监测。

优化是强调用最少的投入得到性价比最大的产出，全优润滑不是使用最好的润滑材料，而是考虑在改进润滑方式（如污染控制）的基础上使用合适的润滑剂，与设备的生产、维修相匹配，从而达到最终的目标，即设备寿命周期成本最低，设备寿命周期利润最高。全优润滑要求企业在设备需要用油时优先考虑精确选油，合理用油；通过对润滑油的正确运用和维护，减少污染，提高油品的清洁度；通过油液监测技术，延长润滑油的使用寿命，从而达到能源的高度利用，实现低碳排放。

二、工业用油润滑技术

多年来润滑技术取得很大进展，高效、节能、环保是今后润滑技术研究的发展方向，也是金属磨损表面技术的重要发展方向。

1.润滑方式发展

（1）薄膜润滑。随着制造技术的发展，流体润滑的设计膜厚正在不断减小以满足高性能的要求。当滑动表面间的润滑膜厚达到纳米级或接近分子尺度时，在弹性流体润滑和边界润滑之间会出现一种新的润滑状态-薄膜润滑。薄膜润滑的一个特性是时间效应。在静态的接触区内的润滑膜厚度随时间基本不变；在高速情况下，膜厚度随时间增加而略有降低；在低速下，膜厚度随时间增加而不断增加。

（2）高温固体润滑。高温固体润滑主要体现在两个方面；高温固体润滑剂和高温自润滑材料。常用的高温固体润滑剂主要有金属和一些氧化物、氟化物、无机含氧酸盐，如钼酸盐、钨酸盐等，另外，还有一些硫化物，如Pbs、CrxSy也可作为高温固体润滑剂。高温自润滑材料可分为金属基自润滑复合材料，自润滑合金和自润滑陶瓷等。金属基自润滑复合材料是指按一定工艺制备的以金属为基体，其中含有润滑组分的具有抗磨、减摩性能的新型复合材料，它将润滑剂与摩擦副合二为一，赋予摩擦副本身以自润滑性能；自润滑合金是对合金组元进行调整和优化，使合金在摩擦过程中产生的氧化膜具有减摩特性；自润滑陶瓷包括金属陶瓷和陶瓷两大类。

（3）绿色润滑油。绿色润滑油是指润滑油不但能满足机器工况要求，而且其油及其耗损产物对生态环境不造成危害。因此，以绿色润滑油取代矿物基润滑油将是必然的趋势。绿色润滑油研究工作主要集中在基础油和添加剂上。基础油是生态效应的决定性因素，而添加剂在基础油中的相应特性和对生态环境的影响也是必须考虑的因素。绿色润滑油及其添加剂，必须满足油品的性能规格要求；而从环境保护的角度出发，它们必须具有生物可降解性，较小的生态毒性累积性。

（4）纳米润滑材料。纳米材料具有表面积大、高扩散性、易烧结性、熔点降低、硬度增大等特点，将纳米材料应用于润滑体系中，不但可以在摩擦表面形成一层易剪切的薄膜，降低摩擦系数，而且可以对摩擦表面进行一定程度的填补和修复。

2.润滑油过滤技术

为了减少油液中的杂质含量，防止尘屑等杂质随油进入设备而采取的措施。它包括入库过滤、发放过滤和加油过滤。

（1）入库过滤。油液经运输入库泵、入油罐储存时要经过过滤。

（2）发放过滤。油液发放注入润滑容器时要经过过滤。

（3）加油过滤。油液加入设备储油部位时要经过过滤。

3.切削液应用技术

（1）切削液等工艺用油液的选用及消耗定额由工艺技术部门确定，其配方、配制方法及质量的定期检查鉴定，由中心试验室负责。

（2）润滑站要严格按照工艺规程配制切削液等工艺用油液，负责保质、保量、保证供应生产需用。凡质量不合格及储存变质者不得发放。

（3）使用者要定期更换切削冷却液，清理储液箱。

（4）做好工艺用油液的回收处理工作，防止浪费和污染环境。

4.润滑材料选用技术

正确选用润滑材料是搞好设备润滑的关键。润滑材料的选用要根据摩擦副的运动性质、组成摩擦副的材料、工作负荷、工作温度、配合间隙、润滑方式和润滑装置等条件合理选择。

每台设备说明书对设备润滑用油或用脂都作了技术规定，必须参照执行。

（1）运动速度。一般可选用低黏度的润滑油来保证油膜的存在；若选用高黏度的，则产生的阻抗大，发热量多，会导致温升过高。低速运转时，靠油的黏度承载负荷，应选用黏度较高的润滑油；往复运动和间歇运动时速度变化较大，不利于形成油膜，也应该用黏度较高的润滑油。

（2）承载负荷。一般负荷越大选用油的黏度应越高，低速重负荷应考虑油品的允许承载能力，边界润滑和重负荷摩擦副应选用极压性好的油液。

（3）工作温度。温度变化范围大时，应选用黏度高的油品；高温条件下工作应选用黏度和闪点高、灰分低以及残炭低的油品；低温条件下工作应选用黏度低、水分少、凝固点低的耐低温油。

（4）工作环境。潮湿环境及有气雾的环境应选用抗乳化性强、防锈性好的油品；尘屑飞扬的环境应注意防尘密封，并采用有效的过滤装置；有腐蚀性气体的环境应改善通风系统，并选用抗腐蚀性好的油品。

（5）摩擦副的表面硬度、精度与间隙。当表面硬度高、精度高、间隙小时，应选用黏度低的油品；反之，则选用黏度较高的油品。

（6）摩擦副的位置。对垂直导轨、丝杠、外露齿轮、链条、钢丝绳等，因润滑油容易流失，应选用黏度较高的油品。

（7）润滑方式。循环润滑因供油量大，要求散热快，应选黏度较低的油品；人工间歇浇油时才选用黏度较高的油品；用油线、油芯、油毡及滴油杯等润滑时，应选用有抗氧化添加剂的油品。

（8）液压系统。为了保证液压系统循环良好，运行稳定，应采用液压油或液压导轨油。选用时，要考虑工作温度、工作压力和液压泵类型对黏度的影响。温度或压力高时，液压油的黏度应较高，反之应较低；工作温度较高时，齿轮泵、柱塞泵应选用黏度较高的液压油。

（9）润滑装置。人工注油的油孔、油嘴、油杯应选用黏度适宜的润滑油；利用油线、油毡吸油的润滑部位，应选用黏度较小的润滑油；稀油循环润滑系统应选用黏度较小，氧化安定性好的润滑油；集中干油润滑系统应选用锥入度较大的润滑脂。

5.治理设备漏油技术

设备漏油是润滑和液压系统常见的缺陷。漏油会造成设备润滑不良，影响设备的性能；漏油还会造成油料的浪费，既污染环境又影响企业的经济效益。

（1）漏油的原因。设计的原因：设备泄漏的主要原因之一是设计不合理。一是选用的密封结构型式，与工作压力、工作温度、介质特性、环境条件不相适应；二是不注意防腐、防振、均压、疏导等措施，只是片面考虑封堵。

设备制造的原因：造成泄漏的重要原因，其中主要是加工精度和表面粗糙度问题。如齿轮泵、液压阀等都是以间隙来控制泄漏量的，若制造精度不符合设计要求，就会增大内部的泄漏量、降低输油效率或影响动作的精确性。表面粗糙度应根据密封的方法、部位及选用的密封件等来确定，过高过低都不好。密封表面粗糙度值过大容易产生界面泄漏等。

密封元件和材料的原因：密封元件和材料选用不当，往往使密封装置使用寿命缩短，密封性能差，造成设备容易泄漏。近年来新的密封材料及其制品不断出现，它们比传统的密封元件和材料的性能要好许多，如聚四氟乙烯、膨胀石墨、液态密封胶、厌氧密封胶等的应用。

设备安装的原因：设备安装的质量对泄漏也有较大影响，如装配工艺混乱，安装技术不好，刮研和拧紧螺栓不遵守技术规程等，也是造成设备泄漏的原因之一。

操作维护方面的原因：操作不当，维护不周到是设备泄漏的直接原因，如加油过多，通气孔阻塞，填料密封压盖未压紧，在接头处出现微漏时不及时处理，密封元件损坏了不及时更换，不及时更换失效的填料、垫片等，均会造成设备泄漏。

（2）设备漏油的治理。设备漏油的治理方法有很多。一般要按照封、堵、疏导和均匀的原则，针对性进行治理，采用改、换、堵、引、封、接、修、管的8字方针来进行治理。

改：针对不合理的密封结构，改用不易泄漏的材料或改善系统的压差，达到无泄漏的要求。

换：要更换损坏或性能不良的密封件和管件。

堵：对因设计、制造质量造成的缺陷，采用堵、粘的方法，堵塞漏油点。

引：使用疏导方法使回油通畅，使多余油及时引流回油池。

封：封不是永久性堵塞，仅仅是改善结合部位的密封性能。

接：对结构上无法引流的润滑部位，增加油管、挡油板、接油盘等，并将油引回到油池。

修：修理引起泄漏的零件，焊、粘气孔、裂纹，修复密封部位等。

管：加强管理和检查，及时发现，随时治理。

6.润滑油添加剂

为改善油品的性能及质量而添加一种或几种少量的化学物质，这种物质称为添加剂。由于摩擦学和摩擦力化学的突破性进展，使润滑油添加剂的种类得以不断增加，性能不断提高，而且润滑油的复配技术也得到不断改进和成熟。添加剂的种类很多，从作用来看主要分为两类：一类用以改善润滑油物理性能；另一类用以改善润滑油化学性质。

（1）润滑油添加剂工作原理。由于润滑油中加入了高效添加剂，而绝大多数添加剂是极性物质，这些极性物质与金属表面发生反应，形成化学吸附膜，代替了原来润滑膜，使膜更加牢靠，润滑性能更好。另外，摩擦副在局部高温、高压下，添加剂分解出硫、磷、氯等极性物质，这些极性物质与金属反应，也会生成反应物，防止了胶合的发生。

（2）添加剂的作用。改善润滑材料的性能，降低油的凝固点，迅速消除油中的泡味、改善黏温、黏滑特性、增加油膜强度等。

图1 润滑技术路线图

保护油脂不氧化变质，延长油脂的使用寿命，提高抗氧化能力，提高抗乳化性能。保护金属不受腐蚀，提高油的防腐性，钝化金属提高防锈能力。

增强润滑油脂在恶劣工作条件下的工作能力，增强极压抗磨性，提高机械零件的抗摩擦能力，提高机件的磨损自修复能力。

（3）润滑油添加剂应用初见成效。长期以来，国内润滑油产品的开发，主要依靠国外添加剂公司提供核心技术，没有自主的技术体系已经成为制约我国润滑油行业稳定发展的关键问题。

近年来国内企业采用合资方式与国外知名添加剂公司共同研究新型多功能添加剂，不断跟进世界润滑油发展新潮流，同时不断与汽车制造商、液压泵等专业厂商合作开发高档润滑油产品，满足类似南北极、航空航天等苛刻应用条件的、符合APIIV/V标准的PAO、酯类等合成型基础油，并已在小批量生产。

自从20世纪90年代末期开始，我国润滑油公司对国外生产的复合汽油、机油添加剂与国内研制的同类产品进行使用性能的研究，试验结果表明通过调整国产润滑油添加剂的组成和比例，可以获得较优的试验结果。国际润滑油添加剂公司的核心技术是拥有一套先进合理的添加剂评价和筛选手段，确保了在众多化合物中成功找出适宜在润滑油中使用的产品。中国润滑油企业在这方面的工作起步较晚，近年通过不断努力已改变相对落后的状况，并已取得成效。

润滑油添加剂按作用可分类成清净剂、分散剂、抗氧抗腐剂、极压抗磨剂、油性剂、摩擦改进剂、黏度指数改进剂、降凝剂等。添加剂的使用方法和用量应根据添加剂的出厂说明。有时需要配制成母液再混合于油中，有的需要在使用时加以稀释后再兑入润滑油里，如硅油需用10倍左右的煤油稀释后再兑入润滑油里。油溶性好的添加剂也可直接按比例掺入油中。通常还要先进行少量试配，经过检验和试用，确认性能符合要求方可批量调配。

三、润滑技术路线图

图1为润滑技术路线图。