富有知識丨合成工業(yè)齒輪油的發(fā)展及應用

工業(yè)齒輪油廣泛應用于冶金、礦山、金屬加工等行業(yè)的閉式齒輪裝置，隨著科學技術及工業(yè)生產的發(fā)展，齒輪傳動向著體積小、重量輕、高速重載和大功率的方向發(fā)展。為此，齒輪所使用的油品要求具有更寬的使用溫度、更優(yōu)異的極壓抗磨性、更好的減摩節(jié)能特性和更長的使用壽命。采用聚 α－烯烴( PAO) 、合成酯、聚醚( PAG) 等基礎油調合的合成工業(yè)齒輪油恰恰可以滿足這些要求，已在鋼鐵、水泥、風電等行業(yè)得到了廣泛使用。

工業(yè)齒輪油的發(fā)展趨勢

齒輪箱制造技術的改進和工業(yè)齒輪油的規(guī)格衍變是影響工業(yè)齒輪油發(fā)展趨勢的兩大因素。

1、工業(yè)齒輪設備的發(fā)展

隨著齒輪工業(yè)的高速發(fā)展，工業(yè)齒輪箱朝著更大的動力、更高的載荷和較小的體積方向發(fā)展，并且工作環(huán)境潮濕。其中載荷的增大，增加了齒面接觸壓力和金屬與金屬之間的磨損和點蝕; 齒輪箱體積的變小，意味著潤滑齒輪和軸承的油品更少，這將導致油品溫度的升高，加速油品的氧化，而氧化過程產生的油泥會導致油品和齒輪箱組件使用壽命縮短; 潮濕的工作條件會導 致軸承腐蝕加劇，帶來設備維修與更換成本的增加。

工業(yè)齒輪油作為齒輪設計的重要零部件，也隨著齒輪設備的發(fā)展在抗磨性能、承載能力、抗點蝕性能和氧化安定性方面提出了更高的要求，傳統(tǒng)的 CKC、CKD 系列已不能滿足，而合成工業(yè)齒輪油因其良好的黏溫特性、優(yōu)良的氧化安定性、優(yōu)異的摩擦特性和較長的換油周期而受到廣泛關注。同時，隨著工業(yè)齒輪設備的發(fā)展，油品的規(guī)格也發(fā)生了變化。

2、工業(yè)齒輪油規(guī)格的衍變

AIST 224 標準一直以來代表工業(yè)齒輪油最高規(guī)格，我國制定的《GB 5903－ 2011 工業(yè)閉式齒輪油》國家標準中 L－CKD 齒輪油質量達到了這一標準。此外，常用的工業(yè)齒輪油規(guī)格還有國標 ISO 12925、北美 AGMA 9005－E02 EP、歐洲DIN51517－3 等。表 1 分別列出了不同工業(yè)齒輪油的規(guī)格的比較。

從表1可以看出: 工業(yè)齒輪油的極壓性能、防銹防腐性、抗乳化性能和氧化安定性是這些規(guī)格的共性要求。

除了上述規(guī)格，工業(yè)齒輪油發(fā)展的一個重要趨勢是 OEM 對齒輪油品規(guī)格變化的影響越來越大。一般來講，這些 OEM 規(guī)格往往都需要認證，獲得認證的油品才能在被 OEM 廠商推薦使用。國外重要的 OEM( 包括軸承制造商、齒輪箱制造商和設備制造商) 提出的油品規(guī)格有 SIEMENS 的 Flender 規(guī)格; David Brown 的 David BrownS1.53.101 規(guī)格；Cincin-nati Machine 的 Cincinnati Milacron 規(guī)格等。

其中最有影響的是 Flender 規(guī)格，該規(guī)格要求油品在滿足 DIN51517－3 的基礎上，還需通過 FZG 微點蝕實驗、Flender 抗泡沫性實驗、涂層材料兼容性實驗、液體密封材料的相容性實驗、軸封橡膠兼容性實驗和Flender 過濾試驗。Flender 規(guī)格被風電行業(yè)內普遍認為最苛刻，大多數(shù)風機 OEM 都希望使用的油品通過 Flender 認證。

3、合成工業(yè)齒輪油的現(xiàn)狀

從上述工業(yè)齒輪制造和工業(yè)齒輪油規(guī)格的發(fā)展看，未來工業(yè)齒輪油除了具有良好的摩擦學性能外，還應該盡可能滿足節(jié)能、環(huán)保和安全等要求。表 2 列出了各大潤滑油公司推出的合成工業(yè)齒輪油產品的比較。

從表 2 可以看出: 從基礎油類型看，各大公司推出的合成型工業(yè)齒輪油以聚 α－烯烴( PAO) 、合成酯、聚醚( PAG) 等三大合成基礎油的使用最為廣泛; 從典型應用看，合成型工業(yè)齒輪油多用于高負荷、極高溫或極低溫等嚴苛工況，具有杰出的潤滑性能，能為齒輪提供最優(yōu)保護。

合成基礎油在工業(yè)齒輪油中的應用

1、PAO在工業(yè)齒輪油中的應用

早期的 PAO 主要用于軍事行業(yè)，直到 20 世紀 80 年代后期，隨著市場需求的顯著增長及民用技術的進步，PAO 潤滑油才開始獲得規(guī)?；瘧?。在制備方法上，國外公司主要通過乙烯共聚法制得 α－葵烴，再通過催化齊聚和加氫飽和制得不同黏度的PAO 基礎油。由于 α－葵烯的純度高，催化活性及選擇性高，工藝條件易于嚴格控制，因此其產品性能優(yōu)于使用蠟解、分餾再聚合法所制得的 PAO 產品，主要表現(xiàn)為黏度指數(shù)高、低溫性能好及熱氧化安定性好等方面。表 3 為具有相同黏度的 PAO 與 Ⅲ類礦物基礎油的性質對比。

從表 3 可以看出: PAO 除黏度指數(shù)大于Ⅲ類基礎油外，其突出特點是傾點低，低溫流動性大大優(yōu)于Ⅲ類基礎油。此外，PAO 還具有優(yōu)異的氧化安定性和水解穩(wěn)定性，低的揮發(fā)性以及與礦物油兼容性好等優(yōu)點。PAO 型的合成工業(yè)齒輪油產品，如昆侖KG/S 全合成重負荷工業(yè)齒輪油系列在造紙、鋼鐵、水泥等行業(yè)的高負荷、極端高低溫和嚴苛的腐蝕環(huán)境下的齒輪箱中得到了越來越多的應用。

2、合成酯在工業(yè)齒輪油中的應用

合成酯是另一類廣泛應用的合成潤滑油的基礎油，是由有機酸和有機醇在催化劑作用下通過酯化反應脫水獲得的由酯基官能團組成的有機化 合物。其最大特點是酯分子中的多重酯鍵(－CO- OＲ) 賦予了酯分子極性，因而賦予酯類油許多無可比擬的性能: 好的熱氧化安定性，極佳的潤滑性能，對極性物質的溶解性和可生物降解性。根據(jù)分子中酯基的多少和位置，合成酯分為單酯、雙酯、多元醇酯和復酯。可生物降解齒輪油的基礎油多選擇多元醇酯和復酯，它們的生物降解率大都在 70% 以上。

需要指出的是，PAO 型合成工業(yè)齒輪油一般都會加入少量的酯類基礎油。這是由于 PAO 很難溶解添加劑，而酯類油可以溶解添加劑，同時還可以溶 解于 PAO。其次，PAO 會使密封橡膠收縮，而酯類油則會使橡膠膨脹，因此，當兩種基礎油共存時，對橡膠的密封性能影響會抵消。此外，由于合成酯的可生物降解性，可降解工業(yè)齒輪油多選擇合成酯作為基礎油。

3、PAG 在工業(yè)齒輪油中的應用

PAG是以環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷等原料在催化劑作用下開環(huán)均聚和共聚制得的線性聚合物。PAG基礎油具有極低的摩擦系數(shù)，優(yōu)異的潤滑性能，極高的黏度指數(shù)，卓越的低溫流動性以及極佳的熱氧化安定性。但PAG型潤滑油與礦物型潤滑油、某些涂料和油漆不兼容，在使用時需要對潤滑系統(tǒng)進行清洗、采用氟橡膠或丁腈橡膠密封件、潤滑系統(tǒng)內部采用環(huán)氧樹脂漆或不涂漆。

由于PAG型工業(yè)齒輪油具有低摩擦系數(shù)的特點，因此適用于滑動形式較多的齒輪副潤滑，特別是渦輪和雙曲線齒輪。在潤滑過程中幾乎不產生殘渣、膠質和其他沉積物，可以確保潤滑系統(tǒng)清潔，減少潤滑系統(tǒng)管路、精密閥門的堵塞，從而可以有效地防止由于上述原因造成的設備低油位或無油潤滑而導致的設備損壞。PAG 型工業(yè)齒輪油，比如昆侖合成電梯油專為蝸輪蝸桿齒輪，特別是重型、嚴苛操作環(huán)境下的應用而設計。

綜上所述，三大類合成基礎油性能各有不同，應用的范圍也有所區(qū)別。聚 α－烯烴( PAO) 因具有良好的氧化安定性和低溫流動性，常用于極端工況條件下的齒輪潤滑; 合成酯因具有良好的可生物降解性多用于可生物降解的齒輪油中; 聚醚( PAG) 因具有較低的摩擦系數(shù)多用于蝸輪蝸桿齒輪的潤滑。