齿轮箱油位观察窗内部附着异物成分分析

赵胜辉 张冯章

摘要：通过形貌观察、X射线能谱和红外光谱等手段，分别对地铁齿轮箱和高铁齿轮箱油位观察窗内部附着异物的成分进行检测，结果表明，异物成分分别为密封胶和聚四氟乙烯，对异物的来源进行了分析。

关键词： 油位观察窗;齿轮箱;异物

油位观察窗是齿轮箱的重要组成部件，通过油位观察窗可以直观且实时的观察到齿轮箱内部润滑油的液面高度，防止润滑油出现泄漏等异常问题导致齿轮箱无法正常工作。有机玻璃（PMMA）、聚碳酸脂（PC）、聚砜树脂（PSF）等高分子材料具有透光性高、密度小、抗冲击和耐油脂等优点，是目前制备齿轮箱油位观察窗的主流材料。油位观察窗内表面与润滑油接触，外表面与外界环境接触，同时由于地铁和高铁齿轮箱具有运行里程长、工作环境复杂等特点，齿轮箱运行一段时间后观察窗内外表面常会附着一些异物，影响齿轮箱油位的正常观察。油位观察窗外表面附着的异物通常为灰尘、油脂等，在维护保养时可以直接清洗去除，但要注意有机溶剂对观察窗材料的侵蚀。内表面由于接触环境比较单一，很少出现异物附着，当出现异物时，需要停车拆卸才能进行处理，操作不便且维护成本高。通过对内表面附着异物的成分分析并寻找异物来源，从而预防观察窗内部出现异物附着，降低维护保养成本。各选取一例地铁齿轮箱和高铁齿轮箱油位观察窗内部附着的异物进行分析，供类似问题参考。

1.外观情况

地铁齿轮箱油位观察窗内部附着异物情况见图1（以下简称异物1，观察窗材质为有机玻璃）。高铁齿轮箱油位观察窗内部附着异物情况见图2（以下简称异物2，观察窗材质为聚砜树脂）。异物附着位置均位于观察窗内部，表明异物均不溶解于润滑油且异物来自于齿轮箱内部，将观察窗拆卸后对内部附着的异物进行分析。

2.样品处理

由于异物与齿轮箱内部润滑油长时间接触，在对异物进行分析前，需要将异物粘附的润滑油去除。将异物1和异物2取下后用干净的石油醚进行清洗、过滤并干燥。处理后异物1呈灰白色胶状，见图3。异物2呈白色颗粒状，见图4。

3.X射线能谱检测

采用 X射线能谱仪（型号：牛津51-XMX0009）对异物元素含量进行分析。异物1和异物2的能谱检测结果见表1，结果表明异物1主要含有C、O和Si元素，异物2主要含有C和F元素。结合异物外观形貌可以推测异物1应为含Si元素的有机物，异物2应为含有F元素的有机物。

4.红外光谱检测

采用傅里叶变换红外光谱仪（型号：NICOLET iS10）对异物的官能团进行分析。异物1的红外光谱图见图5，在700cm-1处观察到Si-O键弯曲振动峰，788cm-1处观察到Si-CH3键伸缩振动峰，1008～1081cm-1处观察到Si-O键伸缩振动峰[1] ，1258cm-1处观察到Si-CH3键对称变形振动峰，2962cm-1处观察到C-H键伸缩振动峰。异物2的红外光谱图见图6，在638 cm-1处观察到C-F键面外摇摆振动峰，1148和1203cm-1处观察到C-F键伸缩振动峰[2]。

5.成分分析

根据检测结果，可以推断异物1应为硅胶类物质，将可能与齿轮箱接触的硅胶类物质进行比对检测，发现Three Bond 1215密封胶的红外光谱图（见图5）、能谱检测结果（见表1）与异物1的红外光谱特征和主要元素特征一致，因此，异物1应是Three Bond 1215密封胶。

根据检测结果，异物2的成分为聚四氟乙烯（PTFE）。通过对齿轮箱及附近零部件进行检查，可以排除外界聚四氟乙烯材料进入齿轮箱内部的可能性。通过查阅资料发现[3]，由于聚四氟乙烯微粉具有耐高低温、耐腐蚀、摩擦因数小等优点，常被作為摩擦改进剂和抗磨剂在润滑油中使用。因此，推测聚四氟乙烯来自于润滑油。

6.结语

地铁齿轮箱油位观察窗内部附着异物为Three Bond 1215密封胶。高铁齿轮箱油位观察窗内部附着异物为聚四氟乙烯。对于油位观察窗附着异物的分析，快速且准确的方法是将其与疑似的来源物质进行比对检测，如异物1的分析，但要注意分析前需将异物处理干净，否则会干扰检测结果。在没有疑似来源物质进行比对检测的情况下，可以根据异物的特征，选择合适的检测手段来确定异物成分，再推断其来自何处。

参考文献

[1] 王丽莉.白炭黑补强硅橡胶的红外光谱模拟[J].有机硅材料，2009（23）：41-46.

[2] 宋明斌，张立祥，黄文浩.聚丙烯腈填充聚四氟乙烯复合材料的结构表征及性能[J].高分子材料科学与工程，2007（23）：92-99.

[3] 张晓宇，刘善邦，彭厚雄.石墨烯和聚四氟乙烯微粉共混物作为润滑油添加剂的摩擦磨损行为研究[J].润滑与密封，2018（43）：15-20.