潤滑油基礎油的特性
基礎油是指主要用于生產各種潤滑油產品的精制原料油品,是潤滑油的主體。潤滑油基礎油主要有三個來源:原油、化學合成和不同于原油的天然資源(脂肪、蠟、植物等)。目前,大部分潤滑油基礎油是由原油經過蒸餾及進一步的加工而得到的礦物型基礎油。基礎油可以單獨直接使用,也可以和其他基礎油品或(和)添加劑摻合使用。由于它占油品的主要部分并對油品的主要性能或基礎性能起到主導作用,人們習慣稱它為基礎油。另外,從當今油品發展情況來看,各類油品均由基礎油與各種添加劑調制而成,基礎油在油品中的重要性顯而易見。因為基礎油在油品中大多占到70%~99%,視油品種類和性能要求而有所調節。如高檔發動機油中可含80%左右的基礎油;液壓油及許多工業潤滑油中基礎油的比例更可高達90%以上。從宏觀上講,基礎油為潤滑油的理化性質和使用性能提供最基本的作用,可以在潤滑性、冷卻性、清洗性、防腐性、環保要求等性能上提供最基本的保證。
(1)潤滑性
基礎油的潤滑和減摩作用,集中體現在基礎油的黏度分布方面。以40℃運動黏度為例,它的黏度分布可以從4m㎡/s一直到150m㎡/s,說明了可以根據機械設備各個摩擦副接觸面的間隙和運轉速度提供在操作條件下所需黏度的油品。這點在摩擦學設計中就是機器摩擦副段所需的油膜厚度。以發動機為例,曲軸與主軸瓦、活塞環與缸套、凸輪與挺桿等,各摩擦副均以一定速度做相對運動,為了減少功率損失和摩擦,保證摩擦副正常動作,必須在摩擦副接觸面之間注滿潤滑油,保持足夠的油膜厚度,因為在一定的油膜厚度條件下,可以使機件運動處在液體潤滑狀態。此時,機件的摩擦系數可以維持在0.001~0.01之間,保證機件的順利運轉而且功率損失降低,磨損也很小。基礎油的這種作用可以說是獨有的,幾乎無法取代的。基礎油黏度對于潤滑作用的貢獻還表現在低溫(例如-30℃左右)時能具有足夠的流動能力,以便當機具啟動時,能在極短時間內,使潤滑油抵達摩擦副之間,使其維持一定油膜厚度,以減緩發生在啟動時的劇烈磨損。例如黏度指數在120以上的基礎油,便可以調制各種多級發動機油,在油品中可以不加或少加黏度指數改進劑,仍使油品的其他性能有所得益。
(2)冷卻性利用水作為機件設備的冷卻傳媒是大家都熟知和得到廣泛使用的,因為水的比熱和導熱系數比油類大而且黏度也比油的小,因此水的冷卻性能比油優越。但是,利用油類的循環或直接濺流作為一些機械的冷卻傳媒仍有一定使用范圍和起到重要作用。以內燃發動機為例,燃料燃燒后產生的熱能并不能完全轉變為機械能,一般來說,內燃機的熱效率只有30%40%,其余部分消耗于摩擦使燃機發熱并通過排氣進入大氣。隨著內燃發動機不斷運轉,必須使冷卻系統帶走各種熱量。通過水箱循環(即冷卻系統)能冷卻發動機上部-汽缸蓋、汽缸套和配氣系統的熱量,約占60%。但是,主軸承、連桿軸承、搖臂和其軸承、活塞以
及在發動機下部的其他部件,均要由內燃機油來冷卻,約占40%。又如金屬加工中的切削過程,由于切削區很小,熱量集中,切削區的溫度可高達800℃,磨削時更會高達1400℃。但是,刀具在長期高溫條件下,其硬度和強度大幅度下降,刀具使用壽命也急劇縮短。以前金屬加工過程中,根據加工要求,除了利用水、各種乳化液外,有時也要利用低黏度油類冷卻劑吸收的高熱量,才能保證金屬加工全過程順利進行。

(3)清洗性或清潔性
基礎油的清洗性或清潔性,表現在選用合適的黏度和一定循環流量情況下,保持機具摩擦副的潔凈和運行靈活,不發生黏結或金屬表面被污染等不良現象。例如在金屬磨削加工時,所產生的金屬屑和砂粒以及粉末等,就是依據油的滲透,使之在碎屑之間以及碎屑與刀具之間保持一定的油膜厚度,達到減少摩擦,脫除碎屑,降低溫升等有利于加工操作的效果。又如在內燃發動機運轉過程中,通過油的循環,防止了油泥和漆膜的沉積,保護發動機零部件的清潔。另外,由于油泥顆粒小于油的油膜厚度,可以防止磨損或其他傷害。可以這樣說:油的清洗性或清潔性,實質上也是油的潤滑性能的補充,這二者是相輔相成的關系。
(4)防腐性
基礎油的防腐性(包括防銹性)在于用油膜覆蓋或浸泡使金屬隔絕周圍環境,防止化學污染和大氣、水的電化學作用產生的破壞。另外,基礎油的防腐作用還體現在基礎油自身的良好氧化安定性,即在油品使用中,能抑制氧化生成腐蝕性物質的傾向,從而起到防腐作用。當然,盡管一些油品中均另加有防腐或防銹添加劑,可以強化油品的防腐效果,但是,即使在加有這些添加劑的油中,基礎油仍然從機理上對防腐(或防銹)效果有不可或缺的作用。
(5)密封性
根據機械結構參數和操作工況,選用合適黏度(包括質量)的油,以減少不必要竄滲或泄漏,在機械操作中是經常遇到的。例如內燃發動機的活塞與缸套、活塞環與環槽之間均有一定間隙,而且金屬表面均留有一定的加工粗糙度,若得不到密封,燃氣就會竄入曲軸箱內,使燃燒室壓力降低,從而降低發動機的功率。潤滑油在這些部位能起到密封作用,防止竄氣,保證發動機正常工作。
(6)環保性
從20世紀70~80年代起,潤滑劑面臨新的變革和更高要求,除了保持原有的減少機械摩擦、磨損、提供潤滑等基本功能外,對于滿足環保要求或對環境少污染或無害化方面提出了一些要求。對此基礎油也承擔著一定使命并也可以有所貢獻。礦物基礎油的蒸發性,涉及柴油發動機的顆粒物排放(PM)和耗油量(耗油量直接和PM有關)。例如油的蒸發性指標從20%~22%改進為只有15%,此時,耗油量可減少35%~
40%,PM值可以降低50%以上。另外,基礎油是影響潤滑劑生物降解性或對環境無污染或少污染的決定性因素。采用各種植物油、酯類油可使生物降解性能接近100%。改變烴類結構的特定基礎油也可以提高生物降解水平。21世紀是向更高層次可持續發展的時代,對于環保性能的要求和目的將隨著時間推移不斷明確和加深。基礎油作為潤滑劑的主要成分,承擔一定的壓力。但是,經過不斷努力,從基礎的角度解決環保性能的水平和技術會日趨深化,取得的效果會更加明顯,而且其前景非常看好。例如在有些國家,環保性能好的潤滑劑平均以10%的速度遞增。可以預計,隨著技術的成熟和環保法的強化,它的開發和應用會成為現實。從以上所述基礎油性質在油品中的作用,可以看出基礎油在油品研制中處于重要地位,其中有些是添加劑不能代替的,當然添加劑可以強化這些作用。總之,在潤滑劑研究和開發過程中,基礎油和添加劑之間具有相輔相成、相互補充的關系。但是,隨著潤滑劑的發展,一種長壽命、無污染、環保無害化、高燃料經濟性的油品,將隨著機械使用工況的變化而日益受到關注,目前這種以石油基潤滑油基礎油占90%以上的局面將會打破,各種非常規基礎油和酯類油等合成型基礎油將被廣泛采用。顯然,在油品向高新開發過程中,基礎油的作用將更為明顯和重要。
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