中负荷齿轮油_舰船重负荷齿轮油的研制

　　摘要：根据舰船齿轮类型和使用环境特点，采用加氢油、中性油和酯类合成油复合作为基础油，以低气味硫磷型极压抗磨剂复合作为主添加剂,配以其他功能剂，研制了具有优良极压抗磨性、氧化安定性、抗乳化性和低温性的舰船重负荷齿轮油。该油品性能达到L-CKD220重负荷工业齿轮油规范要求，并且综合性能优于进口油，使用温度范围广,适合舰船辅助齿轮箱装置使用。
　　关键词：舰船；重负荷；硫磷型；齿轮油
　　中图分类号：TE626.38 文献标识码：A
　　
　　0 前言
　　
　　齿轮油是海军舰船常用的一种润滑油，广泛使用在舰船的操舟机、起艇机、锚机、舵机、绞缆机及辅推等装置上。这些装置的齿轮一般为渐开线圆柱齿轮和蜗轮蜗杆装置，具有载荷高、传递功率大、扭距高等特点，要求润滑油具有良好的极压抗磨和减摩性能；这些装置一般处于甲板之上，易受海水侵蚀，润滑油应具有良好的分水和防锈性能；舰艇游曳的区域广，齿轮箱的润滑系统无加热系统，要求润滑油应具有良好的低温性能，以满足其冷启动和四季通用的特殊要求；另外，舰艇舱室特殊的密封环境，要求油品的气味要小，且蜗轮一般为铜质材料，对硫含量要求苛刻。
　　目前海军舰船上使用的26号军用通用齿轮油和18号合成双曲线齿轮油均属车辆齿轮油范畴，是上世纪七八十年代的产品，使用中普遍存在着气味大、进水易乳化、防锈性能差等缺点。另外，海军近年来从国外引进了多型性能先进的大型舰艇装备，这些装备的齿轮箱用油要求苛刻，国内现用的齿轮油达不到其使用要求。为了解决引进装备齿轮油国产化和海军舰艇现用齿轮油存在的问题，必须对海军舰船齿轮油进行全面的升级换代和规范统一化。
　　
　　1 研制油品质量指标
　　
　　舰艇辅助装置传动齿轮箱的齿轮类型一般为直齿轮、斜齿轮和蜗轮蜗杆，运行工况类似于工业齿轮装置；另外处于甲板之上的舰艇齿轮箱装置容易进水，其润滑油应具有良好的抗乳化性能，而工业齿轮油规范中对油品的抗乳化性能有严格的要求，因此从舰艇齿轮箱装置的齿轮类型及使用环境要求看，舰艇齿轮油应向工业齿轮油标准靠拢。
　　C220/H舰船通用齿轮油的战术技术指标是在参照俄罗斯齿轮油标准ГОСТ 23652-79［1］和我国工业齿轮油国家标准GB 5903-1995中L-CKD等级齿轮油基础上，并根据舰船辅助机械齿轮用油的特殊要求和齿轮油发展趋势而综合制订，其中粘度等级为VG220，质量等级为重负荷L-CKD，倾点不大于-18 ℃，硫含量不大于1.0%。
　　
　　2 基础油
　　
　　加氢基础油是新一代润滑油的理想基础油组分，它具有低硫、低氮、低芳烃含量较高的粘度指数和低温性能，优良的氧化安定性和良好的添加剂感受性等特点。本产品以克拉玛依炼油厂的加氢150BS光亮油为主要成分，并混兑一定比例的500SN中性油及酯类合成油，基础油主要理化性能见表1。
　　
　　3 添加剂及其配伍性研究
　　
　　3.1 极压抗磨添加剂
　　作为重负荷质量等级的齿轮油，必须通过五项极压抗磨性能指标的评定(四球综合磨损指数、烧结负荷、磨斑直径、梯姆肯抗擦伤能力、ＦＺＧ齿轮负荷试验)，优良的极压抗磨性是其应具有的最重要的使用性能，因此极压抗磨添加剂的选择是配方研究中的关键技术。硫磷型添加剂是当今改善齿轮油极压抗磨性的主要添加剂［2］，本产品也采用硫磷剂进行复合使用。
　　硫化异丁烯是现代齿轮油配方中常用的含硫主剂，在高负荷极压运转条件下形成硫化铁极压膜［3］，对提高OK值起主要作用，但由于它的硫含量高达46%，因而气味非常大，目前市场上高等级齿轮油都存在此问题。考虑到舰艇，尤其是潜艇的特殊使用环境，不宜选它作为新研制齿轮油的极压剂的主剂。
　　本研究采用低活性、气味较小的硫烯和烷基磷酸酯胺盐进行复合，硫、磷质量比为15.7，复合剂简称TA，其极压抗磨性能评定结果见表2。
　　
　　注:*试验2、3、4硫磷剂TA加量分别比试验1减少0.2%、0.4%和0.6%。
　　表2结果显示，硫磷剂TA的抗磨性较好，同时硫磷剂TA的加量对Timken OK负荷值影响较大。另外，四球实验与Timken实验的结果相关性不强，即使四球实验结果达到指标要求，但并不能代表Timken OK负荷也能够达到指标要求。
　　为了提高产品的Timken OK值，添加苯三唑胺盐TB作为摩擦改进剂，它与硫磷型添加剂配合使用，对提高油品Timken OK值作用明显，在硫磷剂TA基础上加入0.1%的摩擦改进剂TB，梯姆肯OK值提高22 N，并达到L-CKD齿轮油指标要求，表3的数据就说明了这一点。
　　
　　注:*配方为硫磷剂TA添加量不变的条件下，辅剂改变。
　　综上所述，选用由低活性、气味小的硫烯和磷氮剂复合的硫磷剂TA，并复配适量的摩擦改进剂TB，就能达到C220/H舰船通用齿轮油对四球试验和梯姆肯试验的指标要求，并解决了舰船齿轮油对气味的特殊要求。
　　3.2 防腐剂
　　齿轮油的腐蚀性主要来源于油中酸性物质和添加剂中的活性成分，尤其是活性硫成分。活性硫成分主要是由极压抗磨添加剂中的含硫添加剂带入。金属中以铅、铜等有色金属及合金对酸性物质和活性硫的腐蚀最为敏感，而齿轮尤其是蜗轮蜗杆齿轮中就含有这些材质。因此，良好的防腐性能是舰艇齿轮油应具有的又一重要性能。我们对含硫磷型极压抗磨添加剂TA体系的抗腐蚀性进行考察，试验结果见表4。
　　
　　表4的试验结果表明，基础油加入极压抗磨剂TA后，体系的腐蚀作用较严重。这是由于硫磷剂TA中的硫烯是一种高含硫量的化合物，在试验温度下易释放出活性硫，因此对铜的腐蚀较厉害。摩擦改进剂TB具有一定的抗腐蚀性能。苯并三氮唑(T706)是常用的防腐剂，但在试验中发现，它在加氢基础油中的溶解性不理想，加入0.2%即产生浑浊现象，因而不宜采用。防腐剂TD是一种液体的噻二唑衍生物，它能有效捕捉体系中的活性硫，因而具有良好的防腐性能。试验表明它与摩擦改进剂TB复合使用，较好地解决了含硫烯体系的防腐问题。
　　3.3 破乳剂
　　舰艇齿轮箱，尤其是处于甲板以上的齿轮箱，易进入海水，如果润滑油的抗乳化性不良，会使齿轮油乳化或发泡，使油膜强度变低或破裂，齿轮油迅速变质失去使用性能，造成齿轮擦伤、磨损，甚至导致事故。因此，抗乳化性能是舰船齿轮油的主要质量指标之一。
　　选用破乳剂TM作为本配方的破乳剂，并对破乳剂TM的加量进行考察，结果见表5。从表5中可见，破乳剂TM的加入量为0.03%～0.05%时，油样具有较理想的抗乳化性能。
　　
　　3.4 综合配方
　　通过添加剂间的合理配伍和油品各项性能评定,C220/H舰船重负荷齿轮油确定下列配方:总剂量为3.0%~3.5%的复合添加剂,其中包括硫磷剂、防腐剂、破乳剂、抗氧剂、抗泡剂和降凝剂等。
　　
　　4 研制油的质量评定
　　
　　对按确定配方调合的C220/H舰船通用齿轮油进行全面性能评定，并同时与俄罗斯进口ТСп-15К齿轮油、国产18号合成双曲线齿轮油和26号军用通用齿轮油进行了对比评定，性能评定结果见表6。
　　
　　从表6可见，C220/H舰船通用齿轮油具有优良的润滑性能和氧化安定性能，油品的综合性能达到了L-KCD重负荷工业齿轮油质量指标的要求，并且具有更优异的低温和粘温性能。
　　5 实际应用试验
　　2005年12月～2007年1月，新研制C220/H舰船通用齿轮油在引进装备的锚机绞盘齿轮箱上，代替进口齿轮油进行了一年多的实际使用试验。在一年多试验时间里，锚机在不同负荷工况下，运行平稳，运行中无异常振动和噪音；在不同气候和海况条件下，启动性能和加速性能良好。
　　试验过程中，对试验油品进行定期取样，采用光谱和常规理化分析仪对样品进行分析化验，分析结果见表7。定期取样分析结果表明，粘度、酸值、机杂等理化指标基本保持不变，水含量也很少，表明该油质量稳定可靠，同时具有优良的分水性能；光谱分析表明，油品中铁、铜、铝、镁、银等金属含量很低，表明该油具有良好的抗磨性能。
　　
　　6 结论
　　
　　(1)在基础油的选择中，采用以加氢基础油为主要成分调制齿轮油的工艺，并通过在加氢油中复合适量的馏分油和酯类合成油，解决了极性添加剂在加氢油中溶解性差的技术难题。
　　（2）在极压抗磨剂筛选中，通过选用低活性、气味小的硫化物与磷化物复合，达到了重负荷齿轮油苛刻的极压性能要求，并解决了以往齿轮油配方选用高活性硫带来气味大的问题，新研制产品具有良好的环保性，适合密闭环境下使用。
　　（3）研制产品通过在引进装备上使用试验证明，其具有适宜的粘度和粘度指数，良好的低温、防锈、防腐性能，优良的极压抗磨、破乳化和氧化安定性能，可以代替俄罗斯进口齿轮油和国产26号军用通用齿轮油、18号合成双曲线齿轮油在海军舰艇和辅助船相关设备上使用。
　　
　　参考文献：
　　［1］ ГОСТ 23652-79俄罗斯齿轮油标准［S］.
　　［2］ 施洪香，张燕，沈祖荣.重负荷工业齿轮油的研制［J］. 润滑油,1998, 13(6):23-29.
　　［3］ 韩宁.硫化异丁烯润滑机理的研究［J］. 摩擦学学报,2002(1):49-53.
　　
　　THE DEVELOPMENT OF NAVAL VESSEL HEAVY-DUTY GEAR OIL
　　SONG Min, WANG Jian-hua, SONG Kai-cai
　　(Navy Institute of Logistical Technology & Equipment, Beijing 100072, China)
　　Abstract:According to the vessel gear type and the working environment characteristics, taking the complex of hydrotreated oil, solvent refining oil and ester synthetic oil as base oil, adding the low odor S-P complex additive and other function additives, a kind of naval vessel heavy-duty gear oil is developed. The developed oil has excellent capabilities of EP/AW, oxidation stability, antirust & anticorrosion, emulsion resistance and low temperature fluidity. It not only meets the specifications of L-CKD220 heavy-duty industrial gear oils but also exceeds the performances of imported products, with wide temperature range for the naval vessel gear case.
　　Key Words:naval vessel; heavy-duty； S-P complex additive； gear oil