高溫長(zhǎng)壽命電機(jī)脂的研究與應(yīng)用

強(qiáng)永席　張遂心　王越　馮樂(lè)剛

摘要：通過(guò)研究稠化劑、基礎(chǔ)油、添加劑組成對(duì)電機(jī)脂的影響，得出三組分復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的最佳比例為1：0.4：0.4。研制的電機(jī)脂具有良好的高低溫性能、膠體安定性、機(jī)械安定性、氧化安定性、抗磨性、防腐性、抗水性和較長(zhǎng)的高溫軸承壽命。由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)篩選出了適合的基礎(chǔ)油黏度，所生產(chǎn)的電機(jī)脂在使用試驗(yàn)中效果良好。

關(guān)鍵詞：潤(rùn)滑脂；電機(jī)；長(zhǎng)壽命

中圖分類號(hào)：TE626.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-3119（2015）02-0007-04

0 引言

近20年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論發(fā)展，電機(jī)調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，電機(jī)的應(yīng)用不再局限于工業(yè)方面，在商業(yè)及家用設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域也得到應(yīng)用。當(dāng)電機(jī)的制造技術(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，潤(rùn)滑脂性能對(duì)電機(jī)的運(yùn)行壽命的影響就顯得尤為突出。合成潤(rùn)滑油具有一定化學(xué)結(jié)構(gòu)和特殊性能，與礦物油相比，合成潤(rùn)滑油具有更好的黏溫性能和熱氧化性能。另外，合成潤(rùn)滑油能降低能耗和潤(rùn)滑劑耗量、減少設(shè)備磨損、延長(zhǎng)設(shè)備維修周期、提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，因此在工業(yè)中使用范圍比較廣。

復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的研究始于60年代，1962年美國(guó)第一個(gè)復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂產(chǎn)品通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在美國(guó)，復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂被作為工業(yè)多效脂、汽車多效脂、抗磨軸承脂而廣泛應(yīng)用。我國(guó)從70年代開始了復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的研究工作，并成功地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。2008年，劉志穎等探討了不同類型的基礎(chǔ)油對(duì)復(fù)合鋰基脂性能的影響。復(fù)合鋰基脂的皂纖維是由高級(jí)脂肪酸鋰皂和低分子酸鋰鹽兩種或多種化合物共結(jié)晶而成，使制備的復(fù)合鋰基脂具有260℃以上的滴點(diǎn)，在163℃下的軸承壽命可以達(dá)到400h以上，可以較長(zhǎng)時(shí)間使用在200℃工作環(huán)境下。復(fù)合鋰基脂是由12-羥基硬脂酸與二元酸復(fù)合鋰皂作稠化劑制成的。二元酸可以用壬二酸或癸二酸，如不用二元酸還可以用硼酸或同時(shí)加入第二種羥基酸如水楊酸、乳酸或?qū)αu基苯甲酸。復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂由于具有良好的高溫多效性能，必將在未來(lái)獲得更加迅速的發(fā)展。

用合成油生產(chǎn)的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂具有良好的高低溫性能、熱氧化安定性，能更好地延長(zhǎng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期，提高電機(jī)的使用壽命。

1 電機(jī)脂的制備

1.1試驗(yàn)材料

12-羥基硬脂酸、癸二酸、硼酸、氫氧化鋰、純凈水、基礎(chǔ)油、添加劑均為工業(yè)原料，使用前未經(jīng)任何處理。

1.2制備工藝

將1/3基礎(chǔ)油與十二羥基硬脂酸加入反應(yīng)釜中和當(dāng)量的單水氫氧化鋰水溶液反應(yīng)，皂化1h完成，加入癸二酸和當(dāng)量的單水氫氧化鋰水溶液反應(yīng)，皂化1h后，繼續(xù)加入硼酸和當(dāng)量的單水氫氧化鋰水溶液反應(yīng)，皂化1h后脫水，升溫?zé)捴频?10℃恒溫10min，加入冷油攪拌降溫，在100℃時(shí)加入添加劑，攪拌均勻降至90℃左右，均化研磨，出釜得到電機(jī)脂成品。制備工藝流程見圖1。

2 結(jié)果與討論

2.1稠化劑組成對(duì)電機(jī)脂性能的影響

許多低分子酸均可與脂肪酸復(fù)合制備復(fù)合鋰基脂，試驗(yàn)考察12-羥基硬脂酸、癸二酸與硼酸比例的變化對(duì)于電機(jī)脂錐入度、滴點(diǎn)以及鋼網(wǎng)分油性能的影響。具體見表1。

從表1可以看出，不同的摩爾比其稠化能力也不同，而滴點(diǎn)隨之變化，膠體安定性也有很大的區(qū)別，隨著三種酸摩爾比例的變大，潤(rùn)滑脂錐入度依次變大，滴點(diǎn)逐漸升高，分油也是逐步變大的趨勢(shì)。考慮稠化劑的稠化能力及其高溫性能，其摩爾比應(yīng)可選擇1：0.4：0.4和1：0.5：0.5。考慮潤(rùn)滑脂的膠體安定性及剪切安定性，最好選用摩爾比為1：0.4：0.4。

2.2基礎(chǔ)油組成對(duì)電機(jī)脂性能的影響

選用不同黏度國(guó)產(chǎn)合成潤(rùn)滑油和礦物基礎(chǔ)油進(jìn)行調(diào)合，得到調(diào)合油A（40℃運(yùn)動(dòng)黏度64.47mm²/s）、B（40℃運(yùn)動(dòng)黏度95.78mm²/s）、C（40℃運(yùn)動(dòng)黏度181.21mm²/s）。針對(duì)三種不同的調(diào)合油，采用相同的工藝和稠化劑摩爾比（1：0.4：0.4）生產(chǎn)了三批電機(jī)脂，分析數(shù)據(jù)見表2。

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，改變基礎(chǔ)油黏度和類型，研制的稠化劑體系對(duì)不同黏度的基礎(chǔ)油均有良好的適應(yīng)性，能滿足電機(jī)脂的理化性能要求。

2.3添加劑對(duì)電機(jī)脂性能的影響

為滿足基礎(chǔ)脂的使用性能，需加入抗磨劑、抗氧劑、防銹劑等多種添加劑，但極性添加劑對(duì)基礎(chǔ)脂的結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生破壞作用，如引起滴點(diǎn)的大幅度降低、膠體安定性變差、對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕等；不同添加劑之間由于爭(zhēng)奪金屬表面也會(huì)存在相互遏制作用，如防銹劑的存在會(huì)降低極壓抗磨劑的效果。因此，將抗磨劑、抗氧劑、防銹劑等所需的添加劑加入基礎(chǔ)脂，進(jìn)行主要性能的考察，典型數(shù)據(jù)見表3。

由表3可以看出：加入添加劑后的電機(jī)脂在銅片腐蝕、防銹蝕、磨痕直徑、極壓性能和高溫軸承壽命等主要指標(biāo)上表現(xiàn)出不同的效果。可見，通過(guò)平衡各添加劑之間的關(guān)系，由胺型和酚型抗氧劑混合的組合C有效發(fā)揮各組分之間的協(xié)同效應(yīng)，最終確保了電機(jī)脂良好的高低溫性能、膠體安定性、機(jī)械安定性、氧化安定性、抗磨性、防腐性和較長(zhǎng)的高溫軸承壽命。現(xiàn)將添加劑組合C加入到由調(diào)合油A、調(diào)合油B及調(diào)合油C分別制備的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂中，其分析數(shù)據(jù)見表4。

由表4可以看出，加入添加劑后的電機(jī)脂性能均表現(xiàn)優(yōu)良：延長(zhǎng)工作錐入度變化率小于5%，表現(xiàn)出良好的機(jī)械安定性，選用的稠化劑體系制造的皂纖維的強(qiáng)度較高，其在機(jī)械作用下抗剪切能力較高，故潤(rùn)滑脂的稠度因使用時(shí)間延長(zhǎng)而降低較小，使用壽命變長(zhǎng)；滴點(diǎn)（280℃以上）作為潤(rùn)滑脂熱安定性的重要指標(biāo)，是指潤(rùn)滑脂從不流動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)態(tài)的溫度，一般用它預(yù)測(cè)潤(rùn)滑脂的最高使用溫度界限，滴點(diǎn)越高，表明該潤(rùn)滑脂的熱安定性越好；鋼網(wǎng)分油在2%～3%之間，保證微量的分油可以保持設(shè)備潤(rùn)滑，對(duì)潤(rùn)滑有利，而過(guò)度的分油量會(huì)使?jié)櫥兂碜冇玻z體結(jié)構(gòu)破壞，失去潤(rùn)滑作用不能滿足設(shè)備潤(rùn)滑的要求；銅片腐蝕和防銹蝕的結(jié)果顯示電機(jī)脂對(duì)金屬?zèng)]有腐蝕作用；磨痕直徑和極壓性能的結(jié)果表明電機(jī)脂有較優(yōu)的承載能力、防擦傷和防磨損性能；電機(jī)脂低溫性質(zhì)取決于基礎(chǔ)油的低溫性能，選用的基礎(chǔ)油能滿足電機(jī)在-40℃的低溫下使用；潤(rùn)滑脂氧化安定性是指潤(rùn)滑脂在儲(chǔ)存和使用中抗氧化的能力，也是影響潤(rùn)滑脂使用壽命的重要因素之一；潤(rùn)滑脂使用壽命決定了機(jī)械設(shè)備的維修保養(yǎng)期、補(bǔ)脂周期，使用壽命較長(zhǎng)的潤(rùn)滑脂，能夠減少補(bǔ)脂次數(shù)，減少維護(hù)費(fèi)用，減少潤(rùn)滑脂消耗量，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 電機(jī)脂應(yīng)用

從2008年開始到現(xiàn)在，電機(jī)脂仍在東北某集團(tuán)的電廠使用。通過(guò)使用過(guò)程中的現(xiàn)象和拆卸可知，調(diào)合油A生產(chǎn)的潤(rùn)滑脂使用4個(gè)月之后，出現(xiàn)了軸承振動(dòng)偏大，噪音升高的現(xiàn)象，主要原因是由于油膜厚度偏小，油膜破裂，軸承開始磨損，產(chǎn)生的磨損顆粒進(jìn)入軸承內(nèi)圈表面，從而出現(xiàn)軸承振動(dòng)變大、噪音升高、使用后的潤(rùn)滑脂部分變黑；調(diào)合油C生產(chǎn)的潤(rùn)滑脂在使用3個(gè)月后溫升過(guò)快，電機(jī)散熱慢，導(dǎo)致電機(jī)超溫工作，調(diào)合油C黏度偏大，導(dǎo)致潤(rùn)滑脂散熱能力下將，大量的摩擦熱積聚在軸承中，而溫度的上升使?jié)櫥Y(jié)構(gòu)破壞，分油變大，潤(rùn)滑能力在一段時(shí)間之后急劇下降，沒(méi)有足夠的油膜減少軸承磨損，導(dǎo)致軸承磨損嚴(yán)重，潤(rùn)滑脂劣化嚴(yán)重，大部分已變黑；調(diào)合油B生產(chǎn)的潤(rùn)滑脂使用過(guò)程中無(wú)問(wèn)題，使用1年后拆卸下來(lái)的潤(rùn)滑脂光亮如新，得到了用戶的認(rèn)可，調(diào)合油B選擇了適宜的黏度，保證了潤(rùn)滑油膜的厚度，較低的黏度也適宜潤(rùn)滑脂散熱，良性循環(huán)下使用壽命變長(zhǎng)，見表5。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)稠化劑和添加劑的篩選，采用稠化劑1：0.4：0.4復(fù)合鋰稠化技術(shù)和混兌基礎(chǔ)油，研制出了一種能用于大型電機(jī)的潤(rùn)滑脂。研制的電機(jī)脂具有良好的高低溫性能、膠體安定性、機(jī)械安定性、氧化安定性、抗磨性和防腐性、抗水性和較長(zhǎng)的高溫軸承壽命。

（2）基礎(chǔ)油類型、黏度的選擇需根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，選擇合適的基礎(chǔ)油黏度有助于延長(zhǎng)軸承壽命。

（3）產(chǎn)品通過(guò)了高溫軸承壽命試驗(yàn)，并在實(shí)際使用中取得了良好的效果。