潤滑技術發展趨勢

楊申仲

（中國機械工程學會設備與維修工程分會 北京）

潤滑技術工作真正目的是保護設備，使設備正常、安全運行。要使設備正常運行，必須良好地潤滑，合理選擇和使用潤滑劑，采用正確的換油方法，才會延長設備的壽命周期，減少設備維護費用，節約能源，減少環境污染。

一、潤滑是設備運行的主要環節

設備潤滑是設備維護工作的重要環節。設備缺油或油脂變質，會導致設備故障甚至破壞設備的精度和功能。搞好設備潤滑，對于減少故障以保障生產順利進行，減少機件磨損以延長使用壽命，都有著重要的作用。

1.高性能油帶來高效益

美國機械工程學會在《依靠摩擦潤滑節能策略》一書中提出，美國每年從潤滑方面獲得的經濟效益達600億美元。英國每年從潤滑成果推廣應用中獲得5億英鎊。70%～85%的液壓元件失效，是由于油品污染引起的。瑞典SKF公司研究表明，將潤滑脂中的微粒控制在2～5 μm，軸承的使用壽命將延長10～50倍。

我國新油污染情況還十分嚴重，新油開桶后微粒污染度已達8%，我國每1000美元GDP消耗一次性能源折標煤為日本的5.6倍，潤滑油消耗量為日本的3.79倍。搞好潤滑管理工作，我國每年可節約500億元人民幣。

目前市場進口油脂每噸幾萬元至幾十萬元。不銹鋼加工專用油高達37.5萬元/t，一種特殊傳感器油高達100萬元/t，心臟起搏器磁流體密封油進口價格已接近黃金價格。有資料顯示，如果我國能達到日本的節能水平，我國的能源需求量在今后30年內將不必增加。日本能源70%依靠進口，99%以上石油依靠進口，他們重點抓了節油技術和新油脂的開發，1973～1982年，其國民經濟每年增加3.8%，而能源消耗卻每年下降2%～2.9%。

中石化、中石油兩大集團雖占有70%市場份額，但多數為中低檔油，而國內60%高檔油市場已被外國公司、外企占領。

盡管潤滑油的支出僅是設備維修費用的2%～3%。但實踐證明設備使用壽命很大程度取決于潤滑條件。80%的零件損壞是由于異常磨損引起的，60%的設備故障由于不良潤滑引起。SKF軸承公司也指出，54%的軸承失效是由于不良潤滑引起的。

2.強化潤滑管理制度

（1）供應部門根據設備部門提出的年度、季度及月份潤滑材料申請計劃，如期按牌號、數量、質量采購供應。

（2）進廠油品一定要經化驗部門檢驗其主要質量指標，合格后方可發放使用。對不合格油品，要求供應廠家退換或采取技術處理措施。

（3）供應部門對供應緊缺的油品，應提前與設備部門研究采用代用油品，以免影響使用。

（4）入庫油料必須專桶專用、標明牌號、分類儲存，轉桶時應過濾，所有油桶都要將蓋子蓋好。露天存放時，桶蓋部位應抬高一些，以防止雨水和雜質進入桶內。

（5）潤滑站遇到油品質量有問題時，應立即通知潤滑工程師和供應部門到現場研究處理，不得隨意發放。

（6）潤滑材料在庫存放一年以上者，應送化驗部門重新檢驗油品質量，未取得合格證者禁止發放使用，并應及時采取技術處理措施。

3.積極開展全優潤滑

全優潤滑依托3項核心技術，即精確潤滑（潤滑材料與潤滑方法的優化）；潤滑與污染控制，即控制固體顆粒、水分、氣泡（氣體）以及泄漏等；油液狀態監測技術。潤滑劑的選用和優化是全優潤滑的前提，污染控制是全優潤滑價值和實踐的核心，而油液監測是潤滑劑優化和污染控制所憑借的技術手段。三者互為支持，缺一不可。

（1）精確潤滑（潤滑材料和方法的優化）。近年來，潤滑材料隨著裝備制造業的發展而日新月異，性能大幅度提升，品種越來越多。全球范圍內對環境保護和能源節省的重視，更將潤滑材料合理選用和優化賦予了更廣的含義。

潤滑裝置的優化，包括對點與集中潤滑，氣霧潤滑，以及油與脂潤滑等的優化。潤滑劑量的控制等。

（2）污染控制。潤滑油中的污染物主要是指各種固體顆粒和水。潤滑污染控制是指采取各種有效措施，保持潤滑材料潔凈。國外某研究院對6個行業3722臺機器進行了失效調查，結果顯示82%的機器失效和更換，與固體顆粒引起的磨損有關。潤滑污染控制已被廣泛用于包括潤滑材料在內的幾乎所有需要潤滑的零部件。潤滑污染控制已經被現代工業看作是保障設備可靠性、延長設備和潤滑油使用壽命的最重要的手段。

（3）油液狀態監測技術。通過油液檢測可以有效地分析出設備和在用油所處的狀態，從而有效地指導設備運行和維護。油液監測有3個部分組成：①油液污染狀態監測；②油液理化狀態監測；③設備磨損狀態監測。

優化是強調用最少的投入得到性價比最大的產出，全優潤滑不是使用最好的潤滑材料，而是考慮在改進潤滑方式（如污染控制）的基礎上使用合適的潤滑劑，與設備的生產、維修相匹配，從而達到最終的目標，即設備壽命周期成本最低，設備壽命周期利潤最高。全優潤滑要求企業在設備需要用油時優先考慮精確選油，合理用油；通過對潤滑油的正確運用和維護，減少污染，提高油品的清潔度；通過油液監測技術，延長潤滑油的使用壽命，從而達到能源的高度利用，實現低碳排放。

二、工業用油潤滑技術

多年來潤滑技術取得很大進展，高效、節能、環保是今后潤滑技術研究的發展方向，也是金屬磨損表面技術的重要發展方向。

1.潤滑方式發展

（1）薄膜潤滑。隨著制造技術的發展，流體潤滑的設計膜厚正在不斷減小以滿足高性能的要求。當滑動表面間的潤滑膜厚達到納米級或接近分子尺度時，在彈性流體潤滑和邊界潤滑之間會出現一種新的潤滑狀態-薄膜潤滑。薄膜潤滑的一個特性是時間效應。在靜態的接觸區內的潤滑膜厚度隨時間基本不變；在高速情況下，膜厚度隨時間增加而略有降低；在低速下，膜厚度隨時間增加而不斷增加。

（2）高溫固體潤滑。高溫固體潤滑主要體現在兩個方面；高溫固體潤滑劑和高溫自潤滑材料。常用的高溫固體潤滑劑主要有金屬和一些氧化物、氟化物、無機含氧酸鹽，如鉬酸鹽、鎢酸鹽等，另外，還有一些硫化物，如Pbs、CrxSy也可作為高溫固體潤滑劑。高溫自潤滑材料可分為金屬基自潤滑復合材料，自潤滑合金和自潤滑陶瓷等。金屬基自潤滑復合材料是指按一定工藝制備的以金屬為基體，其中含有潤滑組分的具有抗磨、減摩性能的新型復合材料，它將潤滑劑與摩擦副合二為一，賦予摩擦副本身以自潤滑性能；自潤滑合金是對合金組元進行調整和優化，使合金在摩擦過程中產生的氧化膜具有減摩特性；自潤滑陶瓷包括金屬陶瓷和陶瓷兩大類。

（3）綠色潤滑油。綠色潤滑油是指潤滑油不但能滿足機器工況要求，而且其油及其耗損產物對生態環境不造成危害。因此，以綠色潤滑油取代礦物基潤滑油將是必然的趨勢。綠色潤滑油研究工作主要集中在基礎油和添加劑上。基礎油是生態效應的決定性因素，而添加劑在基礎油中的相應特性和對生態環境的影響也是必須考慮的因素。綠色潤滑油及其添加劑，必須滿足油品的性能規格要求；而從環境保護的角度出發，它們必須具有生物可降解性，較小的生態毒性累積性。

（4）納米潤滑材料。納米材料具有表面積大、高擴散性、易燒結性、熔點降低、硬度增大等特點，將納米材料應用于潤滑體系中，不但可以在摩擦表面形成一層易剪切的薄膜，降低摩擦系數，而且可以對摩擦表面進行一定程度的填補和修復。

2.潤滑油過濾技術

為了減少油液中的雜質含量，防止塵屑等雜質隨油進入設備而采取的措施。它包括入庫過濾、發放過濾和加油過濾。

（1）入庫過濾。油液經運輸入庫泵、入油罐儲存時要經過過濾。

（2）發放過濾。油液發放注入潤滑容器時要經過過濾。

（3）加油過濾。油液加入設備儲油部位時要經過過濾。

3.切削液應用技術

（1）切削液等工藝用油液的選用及消耗定額由工藝技術部門確定，其配方、配制方法及質量的定期檢查鑒定，由中心試驗室負責。

（2）潤滑站要嚴格按照工藝規程配制切削液等工藝用油液，負責保質、保量、保證供應生產需用。凡質量不合格及儲存變質者不得發放。

（3）使用者要定期更換切削冷卻液，清理儲液箱。

（4）做好工藝用油液的回收處理工作，防止浪費和污染環境。

4.潤滑材料選用技術

正確選用潤滑材料是搞好設備潤滑的關鍵。潤滑材料的選用要根據摩擦副的運動性質、組成摩擦副的材料、工作負荷、工作溫度、配合間隙、潤滑方式和潤滑裝置等條件合理選擇。

每臺設備說明書對設備潤滑用油或用脂都作了技術規定，必須參照執行。

（1）運動速度。一般可選用低黏度的潤滑油來保證油膜的存在；若選用高黏度的，則產生的阻抗大，發熱量多，會導致溫升過高。低速運轉時，靠油的黏度承載負荷，應選用黏度較高的潤滑油；往復運動和間歇運動時速度變化較大，不利于形成油膜，也應該用黏度較高的潤滑油。

（2）承載負荷。一般負荷越大選用油的黏度應越高，低速重負荷應考慮油品的允許承載能力，邊界潤滑和重負荷摩擦副應選用極壓性好的油液。

（3）工作溫度。溫度變化范圍大時，應選用黏度高的油品；高溫條件下工作應選用黏度和閃點高、灰分低以及殘炭低的油品；低溫條件下工作應選用黏度低、水分少、凝固點低的耐低溫油。

（4）工作環境。潮濕環境及有氣霧的環境應選用抗乳化性強、防銹性好的油品；塵屑飛揚的環境應注意防塵密封，并采用有效的過濾裝置；有腐蝕性氣體的環境應改善通風系統，并選用抗腐蝕性好的油品。

（5）摩擦副的表面硬度、精度與間隙。當表面硬度高、精度高、間隙小時，應選用黏度低的油品；反之，則選用黏度較高的油品。

（6）摩擦副的位置。對垂直導軌、絲杠、外露齒輪、鏈條、鋼絲繩等，因潤滑油容易流失，應選用黏度較高的油品。

（7）潤滑方式。循環潤滑因供油量大，要求散熱快，應選黏度較低的油品；人工間歇澆油時才選用黏度較高的油品；用油線、油芯、油氈及滴油杯等潤滑時，應選用有抗氧化添加劑的油品。

（8）液壓系統。為了保證液壓系統循環良好，運行穩定，應采用液壓油或液壓導軌油。選用時，要考慮工作溫度、工作壓力和液壓泵類型對黏度的影響。溫度或壓力高時，液壓油的黏度應較高，反之應較低；工作溫度較高時，齒輪泵、柱塞泵應選用黏度較高的液壓油。

（9）潤滑裝置。人工注油的油孔、油嘴、油杯應選用黏度適宜的潤滑油；利用油線、油氈吸油的潤滑部位，應選用黏度較小的潤滑油；稀油循環潤滑系統應選用黏度較小，氧化安定性好的潤滑油；集中干油潤滑系統應選用錐入度較大的潤滑脂。

5.治理設備漏油技術

設備漏油是潤滑和液壓系統常見的缺陷。漏油會造成設備潤滑不良，影響設備的性能；漏油還會造成油料的浪費，既污染環境又影響企業的經濟效益。

（1）漏油的原因。設計的原因：設備泄漏的主要原因之一是設計不合理。一是選用的密封結構型式，與工作壓力、工作溫度、介質特性、環境條件不相適應；二是不注意防腐、防振、均壓、疏導等措施，只是片面考慮封堵。

設備制造的原因：造成泄漏的重要原因，其中主要是加工精度和表面粗糙度問題。如齒輪泵、液壓閥等都是以間隙來控制泄漏量的，若制造精度不符合設計要求，就會增大內部的泄漏量、降低輸油效率或影響動作的精確性。表面粗糙度應根據密封的方法、部位及選用的密封件等來確定，過高過低都不好。密封表面粗糙度值過大容易產生界面泄漏等。

密封元件和材料的原因：密封元件和材料選用不當，往往使密封裝置使用壽命縮短，密封性能差，造成設備容易泄漏。近年來新的密封材料及其制品不斷出現，它們比傳統的密封元件和材料的性能要好許多，如聚四氟乙烯、膨脹石墨、液態密封膠、厭氧密封膠等的應用。

設備安裝的原因：設備安裝的質量對泄漏也有較大影響，如裝配工藝混亂，安裝技術不好，刮研和擰緊螺栓不遵守技術規程等，也是造成設備泄漏的原因之一。

操作維護方面的原因：操作不當，維護不周到是設備泄漏的直接原因，如加油過多，通氣孔阻塞，填料密封壓蓋未壓緊，在接頭處出現微漏時不及時處理，密封元件損壞了不及時更換，不及時更換失效的填料、墊片等，均會造成設備泄漏。

（2）設備漏油的治理。設備漏油的治理方法有很多。一般要按照封、堵、疏導和均勻的原則，針對性進行治理，采用改、換、堵、引、封、接、修、管的8字方針來進行治理。

改：針對不合理的密封結構，改用不易泄漏的材料或改善系統的壓差，達到無泄漏的要求。

換：要更換損壞或性能不良的密封件和管件。

堵：對因設計、制造質量造成的缺陷，采用堵、粘的方法，堵塞漏油點。

引：使用疏導方法使回油通暢，使多余油及時引流回油池。

封：封不是永久性堵塞，僅僅是改善結合部位的密封性能。

接：對結構上無法引流的潤滑部位，增加油管、擋油板、接油盤等，并將油引回到油池。

修：修理引起泄漏的零件，焊、粘氣孔、裂紋，修復密封部位等。

管：加強管理和檢查，及時發現，隨時治理。

6.潤滑油添加劑

為改善油品的性能及質量而添加一種或幾種少量的化學物質，這種物質稱為添加劑。由于摩擦學和摩擦力化學的突破性進展，使潤滑油添加劑的種類得以不斷增加，性能不斷提高，而且潤滑油的復配技術也得到不斷改進和成熟。添加劑的種類很多，從作用來看主要分為兩類：一類用以改善潤滑油物理性能；另一類用以改善潤滑油化學性質。

（1）潤滑油添加劑工作原理。由于潤滑油中加入了高效添加劑，而絕大多數添加劑是極性物質，這些極性物質與金屬表面發生反應，形成化學吸附膜，代替了原來潤滑膜，使膜更加牢靠，潤滑性能更好。另外，摩擦副在局部高溫、高壓下，添加劑分解出硫、磷、氯等極性物質，這些極性物質與金屬反應，也會生成反應物，防止了膠合的發生。

（2）添加劑的作用。改善潤滑材料的性能，降低油的凝固點，迅速消除油中的泡味、改善黏溫、黏滑特性、增加油膜強度等。

圖1 潤滑技術路線圖

保護油脂不氧化變質，延長油脂的使用壽命，提高抗氧化能力，提高抗乳化性能。保護金屬不受腐蝕，提高油的防腐性，鈍化金屬提高防銹能力。

增強潤滑油脂在惡劣工作條件下的工作能力，增強極壓抗磨性，提高機械零件的抗摩擦能力，提高機件的磨損自修復能力。

（3）潤滑油添加劑應用初見成效。長期以來，國內潤滑油產品的開發，主要依靠國外添加劑公司提供核心技術，沒有自主的技術體系已經成為制約我國潤滑油行業穩定發展的關鍵問題。

近年來國內企業采用合資方式與國外知名添加劑公司共同研究新型多功能添加劑，不斷跟進世界潤滑油發展新潮流，同時不斷與汽車制造商、液壓泵等專業廠商合作開發高檔潤滑油產品，滿足類似南北極、航空航天等苛刻應用條件的、符合APIIV/V標準的PAO、酯類等合成型基礎油，并已在小批量生產。

自從20世紀90年代末期開始，我國潤滑油公司對國外生產的復合汽油、機油添加劑與國內研制的同類產品進行使用性能的研究，試驗結果表明通過調整國產潤滑油添加劑的組成和比例，可以獲得較優的試驗結果。國際潤滑油添加劑公司的核心技術是擁有一套先進合理的添加劑評價和篩選手段，確保了在眾多化合物中成功找出適宜在潤滑油中使用的產品。中國潤滑油企業在這方面的工作起步較晚，近年通過不斷努力已改變相對落后的狀況，并已取得成效。

潤滑油添加劑按作用可分類成清凈劑、分散劑、抗氧抗腐劑、極壓抗磨劑、油性劑、摩擦改進劑、黏度指數改進劑、降凝劑等。添加劑的使用方法和用量應根據添加劑的出廠說明。有時需要配制成母液再混合于油中，有的需要在使用時加以稀釋后再兌入潤滑油里，如硅油需用10倍左右的煤油稀釋后再兌入潤滑油里。油溶性好的添加劑也可直接按比例摻入油中。通常還要先進行少量試配，經過檢驗和試用，確認性能符合要求方可批量調配。

三、潤滑技術路線圖

圖1為潤滑技術路線圖。