利用MTM试验机评价石墨烯抗磨剂在发动机油中的摩擦性能

2018-10-31马永宏董莹孟葵花吴长彧

石油商技 2018年5期

马永宏董莹孟葵花吴长彧

中国石油大连润滑油研究开发中心

随着环保法规的日趋严苛,对汽车发动机的要求也不断提高,发动机体积进一步减小以至零部件更加紧凑,发动机承受的载荷要求不断增加,加剧磨损。而节能又要求发动机更多地使用低黏度润滑油产品,更低的黏度导致了油膜厚度的不断减小,磨损加剧。以上因素导致发动机对润滑油提出越来越高的抗磨性能要求,因此,只有不断改善发动机油的抗摩擦磨损性能,才能满足发动机新的使用要求。

纵观发动机油的各种抗摩擦磨损性能评定台架,其关注焦点都集中在凸轮、缸套和活塞环等部位的磨损情况。凸轮的润滑属于边界润滑,而缸套、活塞环的润滑主要包括边界润滑和混合润滑。对润滑油的边界润滑和混合润滑区摩擦性能的考察,能够反映其抗摩擦磨损性能的优劣。

润滑视条件不同分为流体润滑(HL)、弹流润滑(EHL)、混合润滑(ML)和边界润滑(BL)等4种形态。4种润滑形态的转变可以用Stribeck润滑曲线来描述［1,2］,如图1所示。

作为一种简单有效的判断润滑状态与性能的方法,Stribeck润滑曲线对润滑油的抗摩擦磨损性能考察具有一定的指导意义。

MTM摩擦磨损试验机为英国PCS Instruments公司生产的微型牵引力试验机(Mini Traction Machine,简称MTM),其摩擦副为钢球与钢盘,摩擦副浸在润滑油中,试球和试盘各由直流电机独立驱动,既有滑动,又有滚动,并且可以调节滑动滚动比值(SRR),由此得到不同速率下的牵引力系数,MTM可精确测量弹性流体润滑、混合润滑和边界润滑条件下的摩擦性得到其牵引力系数,其牵引力系数可以近似认为就是摩擦系数,所以利用该设备可以简单方便的得到Stribeck润滑曲线,特别是油品在弹性流体润滑区、混合润滑区和边界润滑区的摩擦曲线。对研究发动机油的摩擦磨损性能具有重要的指导意义。

本文利用MTM试验机对含石墨烯的发动机油产品及市售产品的抗摩擦磨损性能进行了对比考察。

试验部分

试验油品

收集到如下试验油品:

◇通过API(美国石油学会)和ACEA(欧洲汽车制造协会)认证的SN 0W-40级别汽油机油A1和B1与添加了一定剂量石墨烯抗磨剂(A公司提供,溶解性好,有良好的均匀分散性)的SN 0W-40级别汽油机油C1;

◇通过API和ACEA认证的SN 5W-40级别汽油机油A2和B2,与添加了一定剂量石墨烯抗磨添加剂的SN 5W-40级别汽油机油C2;

◇通过API和ACEA认证的SL 15W-40级别汽油机油A3和B3与添加了一定剂量石墨烯抗磨添加剂SL 15W-40级别汽油机油C3。

试验材料

本次试验采用标准摩擦副,包括:3/4 inch(约1.9 cm)钢球,46 mm抛光光盘(0.01 mRa)。

结果及讨论

试验条件的筛选

MTM试验机的标准负载量程为0～75 N,试验速率范围为0～5 mm/s滑滚比(SRR)为0～100%,测量温度范围为室温～150 ℃。本次试验所采用的试验条件见表1。

采用表1中的试验条件,选择不同品牌和黏度级别的油品A1、B1、A2、B2,油品之间差异较明显,考察其各自的摩擦性能,得到Stribeck曲线,结果见图2。

图1 Stribeck润滑曲线

表1 备选试验条件

由图2可见:

◇在50 ℃试验条件下(试验条件I和II),随着速率降低,4个样品的牵引力系数均增加。根据Stribeck理论,摩擦系数在边界润滑区域趋于稳定,但是对于试验条件I和II,在低速状态下牵引力并没有明显的趋稳,没有体现出明显的边界润滑区域摩擦特征。

◇在100 ℃试验条件下(试验条件III和IV),所有样品在低速时均能表现出较为明显的边界润滑特征,表明在较高温度和载荷条件下,更容易实现边界润滑,尤其是试验条件IV可以更为明显地体现出油品在弹流润滑区、混合润滑区和边界润滑区的牵引力系数曲线特征,对于不同样品在不同摩擦状态下的摩擦系数区分性也最为明显。因此,最终选择试验条件IV。