极压抗磨剂对不同航空油的适应性 - 文章

极压抗磨剂对不同航空油的适应性

作者：南京航空航天大学管文戴振东于敏靳广虎

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摘要：直升机减速器润滑系统出现故障，齿轮轴承将处于无润滑油工作状态，使减速器在短时间内破坏，造成灾难性的后果。将2％的T07、T321、T202、T391添加剂分别加入到926和DOD。L-85734航空油中做12Cr2Ni4A钢摩擦副45 min油雾润滑试验。结果表明：抗磨效果最好的是2％T202加入到926航空油和2％T391加人到DOD-L-85734航空油和2％T391加入DOD-L-85734油雾润滑45 min的磨损体积仅是干摩擦43 s磨损体积的1／24。
关键词：油雾润滑；添加剂；航空油；干运转

直升机减速器润滑系统出现故障，将会在极短的时间内造成灾难性的后果。美国、欧洲、日本和俄罗斯均对直升机有30～60 min不等的干运转[1-3]能力要求，即在失油条件下，传动系统(主减速器及尾传动减速器)能工作一定时间。以便飞行员脱离作战环境、寻找着陆点。目前中国直升机干运转能力不足30 min。油雾润滑[1’3．5]耗油量少，能减小直升机的质量．由于压缩空气能很好地散热，故润滑效果好。极压抗磨剂的研究目前仅局限于浸油等充分润滑情况。油雾润滑抗磨剂的研究却一直未得到关注。

笔者采用油雾润滑方式。对926和DOD-L-85734两种航空油进行多种极压抗磨添加剂的摩擦学试验，以寻找油雾润滑条件下抗磨性能最好的添加剂。为降低试验成本，以销盘摩擦试验代替齿轮传动。

1 试验

1.1 试验材料

1.1.1 基础油和添加剂

试验用基础油是美国生产的DOD-L-85734航空润滑油(简称DOD)和中国生产的926航空润滑油。添加剂是由中科院兰州物理化学研究所提供的T321(硫化异丁烯)、T307(硫磷酸复酯胺盐)、T391(磷酸复酯铵盐)、T202(二烷基二硫代磷酸锌，ZD-DP)。将几种添加剂按质量分数2％分别加入到DOD和926航空油中搅拌均匀，得到待测油样。

1.1.2 摩擦副

上、下试样均是长治钢铁有限公司生产的12Cr2Ni4A．该钢是中国航空齿轮钢的主要材料之一。上试祥是φ4mm×10 mm的小圆柱．下试样是φ98 mm×4 mm的圆盘(图1)。上、下试样的表面处理与直升机减速器齿轮的技术要求相同：渗碳深度0.8-1.0 mm。表面硬度不低于HRC60。试验前后．试样在丙酮中清洗5 min再用热风吹干。试验后，用日本生产的超景深三维显微镜KEYENCE观察上试样的磨痕形貌并测量上试样的磨痕宽度。

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图1 摩擦试验简图

1．2试验方法

1．2．1摩擦磨损试验

用UMT一Ⅱ试验机做销盘摩擦磨损试验．载荷为100 N，折算出的赫兹接触应力为424．4 MPa。接触方式为线接触，其中上试样不动而下试样旋转(图1)。取下试样转速1000r／min、摩擦中心距旋转中心25 mm，计算出上、下试样的相对滑动速度为2．62m/s(由于上试样容热体积小且连续滑动，而直升机减速器齿轮体积大且旋转一周每个齿的啮合点才相对滑动一次，取2．62m/s的滑动速度对上试样是较恶劣的摩擦工况)。

试验模拟直升机减速器失油状况：在上、下试样待摩擦区域涂一层基础油，再用柔软的卫生纸擦干，滑动过程中摩擦系数急剧升高时就在试样接触区人口处喷一次油雾。试验开始后，每隔5 min用热电偶在上试样最靠近摩擦区域的同一点处测量温度。每次试验的时间为45 min。

1．2．2 油雾试验

油雾装置采用南京贝奇尔公司生产的VERSAI-II型电动润滑泵．使润滑油雾化的气压为0．1MPa。使用的气源是常见的小型空气压缩机。试验时，手持喷嘴在摩擦区域的人口中心处喷油雾。喷嘴与水平面呈30°夹角、喷嘴距离摩擦界面6mm。喷油雾时间为10 s／次、喷油量为0.0l mL／次。

2 结果分析

图2为6种工况的摩擦系数曲线图，其中，(a)～(c)为基础油926油雾润滑45 min，(d)～(e)为基础油DOD油雾润滑45 min，(f)为上、下试样干摩擦工况。干摩擦过程中，摩擦系数上升很快、摩擦产生的温度很高。干摩擦43 s、摩擦系数达到0.3时，试验机出于自我保护而停止工作，测算此时上试样的磨损体积为0.153 mm3。

2．1润滑性能

从图2(a)～(e)看出：试验开始后，摩擦系数迅速上升，在试验开始后的第二秒喷一次油雾后．摩擦系数迅速下降，经过一段时间又急剧升高。再喷一次油雾摩擦系数又迅速下降。如此反复，直到45 min试验结束(图中较长的竖直线由喷油雾引起)。基础油926油雾润滑45 min的喷油雾情况如下：2％T202+926共喷油雾2次、用油量O．02 mL：2％T391+926共喷油雾3次、用油量O．03 mL；926共喷油雾5次、用油量0．05 mL：2％T321+926共喷油雾4次、用油量0．04 mL；％T307+926共喷油雾4次、用油量O．04 mL。基础油DOD油雾润滑45 min的喷油雾情况如下：2％T202+DOD共喷油雾5次、用油量O．05 mL：2％T391+DOD共喷油雾3次、用油量0．03 mL；DOD共喷油雾4次、用油量0．04 mL；2％T321+DOD共喷油雾4次、用油量0．04 mL：2％T307+DOD共喷油雾4次、用油量O．04 mL。

基础油926喷油次数最少的是2％T202+926．而基础油DOD喷油次数最少的是2％T39l+DOD，10种油雾润滑喷油用量最少的是2％T202+926：仅喷油雾2次、用油量仅0．02 mL。

2．2磨损性能

2．2．1 磨损量

基础油926油雾润滑45 min上试样磨痕宽度如下：2％T202+926、2％T391+926、926、2％T321+926、2％T307+926分别为530、665、680、800和750μm。基础油DOD油雾润滑45 min上试样磨痕宽度如下：2％T202+DOD、2％T391+DOD、DOD、2％T32l+DOD和2％T307+DOD分别为610、512、678、78l和700μm。

分析磨痕宽度可知，含2％T321和2％T307的磨痕宽度均比基础油的磨痕宽度大．而含2％T202和2％T391的磨痕宽度却均比基础油的磨痕宽度小。基础油926磨痕宽度最小的是2％T202+926，基础油DOD磨痕宽度最小的是2％T39l+DOD(比
2％T202+926的磨痕宽度略小)。折算为磨损体积，则2％T391+DOD油雾润滑45 min的磨损体积仅是干摩擦43 s磨损体积的1／24。

对比图2(a)和(e)发现：2％T202+926摩擦系数平稳．尤其在15～45 min的时间段。但其磨损量反而比2％T39l+DOD的大，原因是2％T202+926腐蚀磨损大。

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2．2．2温度表现

试验过程巾发现：摩擦时问越长，上试样磨擦区域的温度就越高，10种喷雾工况摩擦温度均在45min试验结束时最高。926试样的5种喷雾工况试验前后的温升均小于47℃，DOD的5种喷雾工况试验前后的温升却均比926试样的5种喷雾工况小(二者的温升差高于10℃)，如：2％T202+926试验前后温升为47℃，而2％T39l+DOD试验前后温升仅为34℃。干摩擦仅13 s时的温升就超过5l℃。可见。油雾润滑能大大降低摩擦区域的温升．基础油DOD比试样926的降温效果更为明显。

2．2．3 表面质量

图3为油雾润滑45min的磨痕形貌(放大200倍)。由图3看出：2％T202+926的表面由于腐蚀磨损严重而质量不好．而2％T39l+DOD的表面则光滑平整，这是南于T39l中的氮有效地抑制磷的过度腐蚀。

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3 结论

(1)含2％T321和2％T307的油雾润滑抗磨效果均比基础油差．而含2％T391和2％T202的油雾润滑抗磨效果却均比基础油好。

(2)926试样的油雾润滑抗磨效果最好的是2％T202+926；DOD试样的油雾润滑抗磨效果最好的是2％T391+DOD。二者各有优缺点：2％T202+926用油量少，但腐蚀磨损大、温升高、表面质量不好；而2％T391+DOD用油量稍多。但磨损量小、温升低且表面质量好。

(3)油雾润滑大大降低了摩擦区域的温升，DOD试样比926试样降温效果更为明显。

参考文献(10条)
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文章内容仅供参考 (投稿) (11/22/2013)


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