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蓖麻油用作喷气燃料润滑剂的润滑性及润滑机制

放大字体??缩小字体 发布日期:2018-03-20??来源:中国亚博体育赌波招商网??浏览次数:1267

  利用SEM及EDS能谱仪对蓖麻油润滑下的钢球磨斑形貌和表面组成进行分析,并探讨其润滑机制。结果表明,喷气燃料对蓖麻油具有较好的感受性,蓖麻油在喷气燃料中具有一定润滑作用,其作用机制可能是蓖麻酸先物理吸附在金属表面上,形成一层物理吸附膜,随着蓖麻油添加量的增加,蓖麻油开始化学吸附在金属表面上,形成了一层含氧的化学保护膜,起到了抗磨效果。

  自20世纪90年代初期研究和推广应用低硫柴油以来,多数国家出现了柴油高压油泵和喷油器很快磨损失效的事故,特别是美军和北大西洋公约组织NATO实行战场单一燃料,将航空燃料用于地面柴油发动机装备导致油泵大面积失效。6-8认为低黏轻质燃油在较高温度下因润滑膜破裂而出现的黏着磨损、氧化腐蚀、擦伤、磨粒磨损、疲劳、腐蚀、微动磨损侵蚀等,与表面迅速氧化形成氧化膜有关,减少氧化腐蚀即可降低磨损,而高负荷摩擦情况下,可通过在摩擦面间形成转移膜。后来美军规定在航空涡轮燃料中必须添加腐蚀抑制/润滑改进通讯作者:陈国需(1952―),男,教授,从事军事特种润滑材料和摩擦化学研究。E-mail:剂,以改善低硫柴油的润滑性能。国外早期报道过不饱和脂肪酸或二聚及三聚脂肪酸具有抑制金属腐蚀的效果,但不同的基础油燃料对脂肪酸的感受性各异,美军此前将有机酸、醇胺类和生物柴油等作为航空燃料润滑添加剂,发现这些物质能够在燃料管道形成单层吸附,起到良好的防锈作用。柴油发动机属于低温、高负荷的边界润滑,主要依靠物理和化学吸附来实现,因此,抗磨剂分子结构对润滑起着相当重要的作用。抗磨剂分子除要求有有效的吸附润滑外,还要求分子的空间构型有利于生成紧密单层吸附膜,空间位阻效应要足够小,因此只有带有极性基团(含氧含氮基团等)的长链线性分子才能满足要求。

  喷气燃料的润滑性测定,美国采用ASTMD5001- 1990a球柱润滑性评定仪测定航空涡轮燃料润滑性的标准试验方法(BOCLE法),我国等效采用SH/T06872000航空涡轮燃料润滑性测定法(球柱润滑性评定仪法)。我国3号喷气燃料新标准GB65374006的指标要求,BOCLE试验磨斑直径不大,其他喷气燃料尚无此指标。我国GB191474013车用柴油(W)参照欧盟标准的要求,对车用柴油润滑性要求磨痕直径(60°C)不大于460pm;GB/T174114998对船用燃料油、GB2524011对普通柴油(我国等效采用即SH/T07652005)方法考察蓖麻油用作喷气燃料润滑剂的润滑性及润滑机制。

  1试验部分1.1试验原料试验采用的某喷气燃料基础馏分的部分性能指标见表1;蓖麻油(CastorOil)润滑改进剂的部分性能指标见表2.表1喷气燃料指标分析数据Table项目指标要求分析数据检测方法颜色/塞氏报告总酸值c/不大于0.015芳烃V/%不大于25烯烃V/%不大于硫醇性硫w/%不大于0.002总硫量w/%不大于0.馏程t/C初溜点报告10%回收温度不大于20%回收温度报告50%回收温度报告90%回收温度报告终馏点报告黏度(-20不大于8.5表2蓖麻油的理化指标确值皂化值羟基值W(mgKOH水分w 1.2试验仪器及试验方法试验采用的主要仪器:D540型高频往复试验机HFRR,英国PCS公司生产;SEM扫描电子显微镜及能谱仪(EOLISM-5460LV);IR4S10傅里叶变换全反射红外光谱仪,美国赛默飞思迩公司生产;ML700型光学显微镜,日本METECHNO公司生产。

  在某喷气燃料基础馏分添加不同质量浓度的蓖麻油,在高频往复试验机HFRR考察蓖麻油在喷气燃料中的摩擦学性能,HFRR工作原理和摩擦形式如所示。测试条件:上试件(钢球)在2N载荷下以频率50Hz、冲程1mm做往复运动,与下试件(圆形钢片)接触产生摩擦,上下试件接触部位都完全浸没在温度为60C的2mL试验柴油中。试验过程中动态连续记录摩擦因数和接触点电阻(可用于半定量表征接触点摩擦力情况和分离薄膜形成情况);持续试验时间75mm后测量钢球磨斑直径并经校正后作为柴油润滑性1.3添加剂表征为蓖麻油的红外光谱图,在3 600~3200cm1、以3435cm1为中心,有较宽和较强的吸收峰,表明原料中含有酯的特征吸收峰;3 1002400cm1附近有较宽和较强的吸收峰,此处为羧基一COOH的特征吸收峰;1 739cm-1处有特征吸收峰,该处是羰基一C=0的伸缩振动吸收峰,1457和1436cm 1处是一CH3和一CH2―的伸缩振动峰;1 600-1450cm1附近是芳烃的特征吸收峰,谱图上没有出现,说明原料中芳烃含量极少;730~720cm1是一(CH,)。U4)的特征吸收峰,说明原料中直链存(n4)的结构单元较多;1 1处是羧基上的一OH的面外变形振动吸收峰,以上表明原料为羧酸类物质。以上信息表明,蓖麻油主要是以含羟基的直链羧酸酯物质为主。

  2结果与分析2.1摩擦学性能考察给出了蓖麻油用作喷气燃料润滑剂的高频往复试验结果。

  蓖麻油质量浓度对喷气燃料基础馏分润滑性的影响Fig3Effectofcastoroilconcentration可以看出,蓖麻油添加量在23mg/L以内时,磨痕曲线呈现缓慢下降趋势;当添加量为2380mg/L时,曲线开始上升,此时蓖麻油对喷气燃料润滑性的感受性不明显;随着添加剂质量浓度继续增加(> 80mg/L),磨痕曲线开始下降,当添加量为400mg/L时磨斑直径可以达到500pn以内,添加量为500mg/L时磨斑直径为456 m,说明蓖麻油用作喷气燃料抗磨剂添加量在500mg/L以上时即可满足用作柴油使用时润滑性的要求(磨斑直径WS14不大于460pm)。

  示出了蓖麻油添加量与摩擦因数、成膜率的关系,可以看出,随着添加剂质量浓度的增加,蓖麻油在金属表面的吸附量增加,直至达到吸附饱和量,形成一层或多层的润滑保护膜,避免了摩擦副的直接接触,所以摩擦因数曲线呈现下降趋势。成膜率是通过测量接触电阻来反映的,通过测量摩擦副之间接触电阻的变化可以反映出添加剂在成膜过程中膜的破坏和再生情况,总体上来说添加剂质量浓度增加,成膜率增加,添加量为160mg/L以上时成膜率明显增加,逐渐达到吸附饱和浓度。

  蓖麻油质量浓度对摩擦因数和成膜率的影响2.2磨损表面分析给出了不同蓖麻油添加量的燃料油润滑时的试球SEM磨斑形貌。可以看出,空白油样磨斑较大,有明显的划痕,磨粒可见(见(d));含80mg/L蓖麻油添加剂的燃料油润滑时的磨斑直径为723未出现磨粒,划痕不明显(见(e));而含500mg/L蓖麻油添加剂的燃料油润滑时的磨斑明显较小(见(c

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