航空潤滑油熱氧化衰變的機理及影響因素簡介

【摘要】：航空潤滑油在飛機潤滑系統(tǒng)中起著決定性的作用，但在飛機發(fā)動機苛刻的工作環(huán)境下，潤滑油極易發(fā)生熱氧化衰變。本文主要對航空潤滑油的熱氧化衰變機理及其影響因素進行了介紹分析。

【關鍵詞】：航空潤滑油;熱氧化衰變;機理;影響因素

1 "引言

飛機在飛行時，由于需要發(fā)動機提供源源不斷的動力，這使得發(fā)動機中各摩擦副部件磨損變大，潤滑系統(tǒng)的工作狀態(tài)也將變得更加苛刻。工作于潤滑系統(tǒng)中的航空潤滑油也會因為溫度升高而使得熱氧化衰變變得劇烈，最終導致潤滑油的粘度和酸值變大，生成的氧化不溶物含量也會變大[1-3]，這將嚴重影響飛機發(fā)動機摩擦副的正常工作，甚至危及飛行安全。大量實驗顯示，潤滑油在經(jīng)過高速高溫環(huán)境工作一段時間后其閃點、凝點和水含量變化不大，其粘度和酸值的變化對潤滑油的使用效能影響不大，相比于其它性能指標，潤滑油的熱氧化安定性是最先超出其正常使用范圍的，由此表明氧化衰變成為潤滑油失效的主要原因[4]。

2 " 航空潤滑油熱氧化衰變的機理

在飛機發(fā)動機運行過程中，流過潤滑系統(tǒng)金屬表面的航空潤滑油在高溫的作用下，極易與混入的氧氣發(fā)生氧化反應。氧化過程首先是由抗氧劑的消耗開始（當氧化溫度高于抗氧劑的使用溫度時，抗氧劑會失效），當抗氧劑消耗到一定程度時，它所改善的理化性能就會急劇變化。基礎油的氧化是自由基和過氧化物的烴類發(fā)生鏈式氧化反應。基礎油首先生成自由基，具有較高能量，與其他分子相接觸，可以把分子鏈“打斷”，產生更多自由基，這樣就形成了連鎖反應，產生酸、醇、醛、酮等一系列氧化產物。

隨著氧化過程的引發(fā)，隨之而來的鏈反應過程將迅速破壞潤滑油的功效，使其理化性能不斷惡化，最后將導致潤滑油的粘度、酸值和氧化不溶物的含量不斷增加，油液的顏色不斷加深。這些由潤滑油氧化引起的理化性能變化將直接影響到潤滑系統(tǒng)的正常運行，如粘度的增加會導致潤滑油流動阻力增加，散熱性能降低，發(fā)動機的啟動不正常;酸值的增加會導致油液對設備的腐蝕性加劇;沉淀物的形成很容易造成油路、過濾器堵塞，加劇設備的磨損，等等[5]。這些結果都將會降低飛機發(fā)動機的工作性能及使用壽命。

3 航空潤滑油熱氧化衰變的影響因素

影響潤滑油氧化衰變有很多因素，不僅與其化學組成成分有很大關聯(lián)，與其使用的外界條件也有著密切關系。

3.1. 潤滑油基礎油的影響。

礦物航空潤滑油的組成成分主要有各種烷烴、環(huán)烷烴和芳烴及其衍生物。烴類物質的氧化與烴分子的結構有著密切關系，通常，不含支鏈的烴類物質抗氧化性能最強，相反，當烴分子中所含的支鏈數(shù)愈多，其抗氧化能量愈差。因此，烷烴所含的支鏈較多，其抗氧化能力最弱，而芳烴由于其所含的支鏈最少，其抗氧化能力最強。

合成烴類航空潤滑油的基礎油組成成分主要是聚α-烯烴（PAO），由于其具有獨特的排列整齊的長側鏈結構，使其比礦物潤滑油具有較好的高溫氧化安定性好。

合成酯類航空潤滑油是目前使用較廣泛的合成潤滑油，有雙酯、多元醇酯、復酯等，具有良好的高溫性能。如合成新戊基多元醇酯航空潤滑油，較短的主鏈、較多的官能團、球狀結構的分子組成使得其熱氧化安定性可達315 ℃[6]。

3.2. 工作溫度及油液中氧溶解度的影響

潤滑油的氧化是油品與溶解在其中的氧發(fā)生反應而進行的。在常溫下，潤滑油的氧化速率非常慢。但在高溫條件下，油中的氧的溶解度會變大，油品的氧化就會加劇，而且工作溫度越高，氧化速率就越快。根據(jù)范托夫法則，每當溫度提升10 ℃時，其氧化反應速率就會相應的加快1-2倍，因此，溫度能在很大程度上影響潤滑油氧化反應速率。

3.3. 金屬的影響

通常情況下，航空潤滑油是用在潤滑附件之間以減少相互磨損，但部分金屬對潤滑油的氧化反應具有較強的催化作用。在航空發(fā)動機潤滑附件中，不同種類的金屬催化能力也不相同，按其催化能力的強弱有如下排序：Pb>Cu>Xn>Fe>Al[7]。

3.4. 其他因素的影響

潤滑油在氧化過程中會產生很多氧化中間產物，如過氧化物、醛類化合物、酮類化合物等，這些產物性質較為活潑，能促進潤滑油的加速氧化。

參考文獻：

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[2]胡建強，劉廣龍，謝鳳，等. 航空潤滑油高溫沉積物抑制劑的應用研究[J]. 潤滑油，2005，20（6）：45～49

[3]楊穎，宋巖，苑偉康. 航空發(fā)動機潤滑油應用研究進展[J]. 潤滑油，2013，28（4）：6～9

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[6]李斌，謝鳳. 航空發(fā)動機潤滑油簡介[J]. 合成潤滑材料，2014，41（1）：24-25

[7]張爽. 淺談潤滑油氧化安定性的影響因素[J]. 黑龍江科技，2013，（25）：19