第４３卷第９期 ２０１４年９目 当 代 化 工 Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖｏ１．４３，Ｎｏ．９ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１ ４
我国润滑油氧化安定性试验方法标准及研究进展
杨士亮 ，姚婷 ，杨宏伟 ，李召良
（】．夺军勤务学院，江苏徐州２２１００６； ２．中国人民解放军空军油料研究所。北京１０００７６）
摘 要：将闰内２３项润滑油氧化安定性试验方法标准分为旋转氧弹法、氧化管法、设备模拟法和仪器分 析法进行ｒ 纳总结；概述了热失重分析仪、差示扫描量热仪、高效液相色谱测定仪和傅立叶变换红外光谱测 定仪等现代分析仪器在润滑油安定性试验中的应用和研究进展情况。 关键词：润滑油；氧化安定性；试验方法标准；现代分析仪器 中图分类号：ＴＥ ６２４ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７１—０４６０（２０１４）０９—１７８０—０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｔｈｅ
Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｏｉｌ
ＹＡＮＧ Ｓｈｉ—ｌｉａｎｇ ｌ，ＹＡＯ Ｔｉｎｇ ，ＹＡＮＧ Ｈｏｎｇ－ｗｅｉ ，ＬＩＺｈａｏ—ｌｉａｎｇ ２
（１．Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｘｕｚｈｏｕ ２２１００６，Ｃｈｉｎａ￣ ２．Ｒ Ｏ．Ｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆｔｈｅ ａｉｒ ｆｏｒｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００７６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｗｅｎｔｙ．ｔｈｒｅｅ ｎａｔｉｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ １ｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｏｉｌ ａｒｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｒｏｔａｒｙ ｏｘｙｇｅｎ ｂｏｍｂ，ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｔｕｂｅ，ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅ￣ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｄｅｍ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｏｉｌ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅｒｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ ｉｎｓｔｍｍｅｎｔ ａｎｄ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｏｉｌ； Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ： Ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｓｔａｎｄａｒｄ： Ｍｏｄｅｍ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
随着科学技术的发展，机械设备向着效率更高、
速度更快和 力更大的方向持续进展，因此要求润
滑油能够承受的 加恶劣的工况条件。例如，内燃 机发动机转速不断加快，从原来的３ ０００ ｒ／ｍｉｎ左右
已经提高到１｛）１３００ ｒ／ｍｉｎ以上，发动机曲轴箱和活
塞顶环的温度也分别由８０℃和１５０℃升高至２００
℃和３００ ｏＣ左右…。润滑油在此高温、高压和高速
的条件下会不断衰变，特别是在有氧气的情况下油
品质量会加剧变质。发生氧化、裂解等反应。
为了能更好的研究润滑油在不同温度和试验条
件下性能的变化情况，油料工作者根据国外试验方
法标准和我国的实际情况制定了相关的标准，并利
用现代分析仪器进行了一系列科学试验研究。
１润滑油氧化安定性试验方法标准
国家标准、困家军用标准和行业标准中，涉及
不同润滑油的氧化安定性的主要测试方法标准大概
有２３项。根据使用的主要氧化仪器设备和试验条件
的不同，我国润滑油氧化安定性测试方法标准大体
上可以分为四类方法：旋转氧弹试验法、氧化管试
验法、设备模拟试验法和仪器分析试验法。 １．１旋转氧弹试验法
旋转氧弹法是将油样、水和催化剂放人一个带
盖的玻璃盛样器内，置于装有压力表的氧弹中。氧
弹充人６２０ ｋＰａ（９０ ｐｓｉｇ）的氧气，放入规定的恒温
油浴中，使其以１００ ｒ／ｒａｉｎ的速度与水平面成３００
角轴向旋转。试验达到规定的压力降所需的时间
（ｍｉｎ）即为试样的氧化安定性。
根据表１标准中主要试验条件可以看出，旋转
氧弹法试验标准包括ＳＨ／Ｔ ００７４和ＳＨ／Ｔ ０１９３两项。
二者除了金属催化剂、试验温度和氧化弹的差别外，
主要的区别是油样量的不同，后者油样量为５０ ｇ，
而前者油样量仅为１．５ ｇ，因此前者被称为薄层吸氧
氧化安定性测定法。
１．２氧化管试验法 氧化管试验法是指在金属催化的条件下，向试
样中通入一定流量的空气或氧气，在一定温度下，
氧化规定时间后，用酸值、粘度、残炭增加值等指
标表征润滑油的氧化程度。由于氧化管试验法的试
验时间大多时间都比较长，有的甚至达到３ｌ２ ｈ，因
此润滑油的冷凝也是一个非常关键的因素。氧化管
试验法冷凝的方式包括五种：无冷凝管、直型冷凝
收稿日期：２０１４－０２一儿 作者简介：扬士亮（１９６８一），男，四川荣县人，硕士，副教授，主要从事材料科学和大学物理的教学科研工作。
第４３卷第９期 杨士亮，等：我国润滑油氧化安定性试验方法标准及研究进展 ｌ ７８１ 管、蛇形冷凝管、五球冷凝管和异形冷凝管。
在氧化安定性标准中以氧化管试验方法居多，
有１５项，其中有ｌ３项的试验条件类似。试验温度
一般在９０～１６０ ｏＣ之间；氧化管试验法的油样量都
较大，从几十毫升到几百毫升不等（以克计量的为
几十克）；除了ＳＨ／Ｔ ０１２３标准试验法外，都加有不
同的金属催化剂。氧化管尺寸、形状和冷凝方式基
本不相同。
试验过程中，一般都通入一定流量的空气或氧
气。大多以粘度、酸值、残炭量、沉淀物和金属片
腐蚀变化情况表征润滑油的氧化程度。在成品润滑 法，基本上都是以氧化管试验法为主。
１．３设备模拟试验法
设备模拟试验法是指将油样加入到模拟设备
中，模拟不同润滑油实际工作环境，在规定试验时
间和试验温度下进行热氧化后，根据残留物、漆膜
胶重、粘度、总酸酯和催化金属片的变化等指标表
征润滑油的氧化程度（见表２）。
１．４仪器分析试验法 仪器分析试验法是利用ＰＤＳＣ和ＴＧＡ等现代测
试仪器，加入微量油样，在程序升温、规定时间和
金属催化的条件下，通过诱导期或诺亚克参比质量
油的产品标准中，涉及到氧化安定性指标的测试方 损失分数指标表征润滑油的氧化程度（见表３）。
表１ 旋转氧弹法方法标准主要试验条件列表 Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｉｎ ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ＲＰＶＯＴ ｓｔａｎｄａｒｄ
标准 加油量 试验温度／℃ 试验时间，Ｉｌ 试验仪器— ： ＿一 结果表征
标准 加油量 试验温度／℃ 试验时间 试验仪器— ； 亍＿＿ 结果表征
２润滑油氧化安定性现代仪器分析
研究
２．１热失重分析仪
热失重法（ＴＧ）仪是在程序升温的环境中，测
量试样的质量对温度（或时间）的依赖关系的一种
设备。热重分析仪由加热器、温度控制器、微量热
天平、放大器、记录仪组成。其主要部分电磁式微
量热天平的结构示意图如图１所示。
ＴＧ曲线分析已经广泛应用于研究物质的各种
转变和反应，具有直观、快速、试样用量微量等特
点，是研究油品性质变化规律的有力工具。润滑油 的常规理化性能检测操作繁琐、用时长，王钇等 ’
通过对内燃机车柴油机润滑油的ＴＧ曲线和微商热
重曲线（ＤＴＧ）进行分析，总结了ＤＦ４润滑油变劣
的两个原因，一是油品部分裂解产生低沸点小分
子，导致粘度降低、稳定性下降；二是部分油品分
子氧化聚合，生成难分解高聚物和胶质等物质，致
使酸值升高、油泥增多。其中以裂解失效为主；杨
淑智等口 利用ＴＧ法进行了机车柴油机润滑油的衰
变监控，研究了ＴＧ分析数据与常规理化试验分析
数据的相关系；周亚军 等采用ＴＧ—ＤＴＡ热分析法
对国产铝材轧制润滑油添加剂和铝箔精轧油的热
安定性、氧化安定性和热解清洁性进行了研究，并 １ ７８２ 当 代 化 工 ２０１４年９月
成功地应用于制定：【业生产退火工艺。
６
图１ 电磁式微量热天平示意图 Ｆｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃ ｓｋｅｔｃｈ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｅｎｔ ｔｈｅｒｍｏｂａｌａｎｃｅ ｌ一梁；２一支架；３一感应线圈；４一磁铁；５—平衡砝码盘；６一光源； ７一挡板；８－－光电管；９一微电流放大器； Ｉ（卜．ＪＪＩ１热器；１卜一样品盘；１２一反应管
２．２差示扫描量热仪
差示扫捕量热（ＤＳＣ）仪是使试样和参比物在
程序升温或降温的相同环境中，用热量补偿器以增
加电功率的力‘式。即对参比物或试样中温度低的一
方给予热量的补偿，使二者的温度差保持为零，测
量所做的功，即试样的吸放热变化量对温度（或时
间）的依赖关系的一种设备。ＤＳＣ仪由控温炉、温
度控制器、热量补偿器、放大器和记录仪组成。其
主要部分的结构示意图如图２所示。
图２ ＤＳＣ结构示意图 Ｆｉｇ．２ ＤＳＣ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃ ｓｋｅｔｃｈ １一参考池；２一样品池；３～热瑷补偿器；４一载气人ｆ１；５一载气出口
示差扫描量热法是２０世纪６Ｏ年代以后研制出 的一种热分析力’法，具有速度快、用量少，重复性
好的优点。同时．ＤＳＣ氧化试验是一种薄膜试验，
可以近似模拟边界润滑条件下润滑剂的氧化。姚俊
兵 利用ＤＳＣ对酯类润滑油及其抗氧剂的高温抗氧
化性能进行了评价。
近年来，在ＤＳＣ法基础上发展起来的压力差示
扫描量热法（ＰＤＳＣ）是在压力条件下研究润滑油的
氧化安定性，克服了在高温条件下由于润滑油大量
蒸发吸收热量而造成的分析误差。 利用ＰＤＳＣ评价润滑油抗高温氧化性能一般有
两种方式：
（１）程序升温法：在程序升温条件下，检测
油品开始发生氧化反应的温度，以此判断油品的氧 化安定性。起始氧化温度（ＩＯＴ）越高，油品高温
抗氧化能力就越好。 （２）恒温测定法：将油样快速升温至某一设
定温度，在此恒温条件下，将油品开始发生氧化反
应的时间称为氧化诱导时问（ＯＩＴ），以此作为衡量
油品高温氧化安定性的指标。诱导时间越长油品高 温氧化安定性就越好。
薛卫国 运用ＨＤＳＣ评价了５种抗氧剂和６种 加氢基础油的氧化性能，并发现烷基二苯胺可以提
升基础油的起始氧化温度在ｌ０℃以上；陈立波等
应用ＰＤＳＣ和ＧＣ评价了润滑油中抗氧剂Ｎ一苯基一
苯胺（ＮＰＡＮ）的热氧化衰变程度，并发现在此 过程中，ｌｎＣＮＰＡＮ与ＯＩＴ具有极佳的线性相关．１生，
表明ＰＤＳＣ是研究润滑油热氧化的一种理想方法；
陈士锋 通过对比，利用ＰＤＳＣ双峰法考察了加氢异
构脱蜡基础油、溶剂精制基础和不同组分的高温氧 化及其沉积物生成特性；余先明等 采用ＰＤＳＣ考察
了１００ Ｎ基础油对不同抗氧剂的感受性，表明可以
利用ＰＤＳＣ热分析法进行润滑油配方的筛选。
２．３高效液相色谱测定仪 ２０世纪７０年代，高效液相色谱（ＨＰＬＣ）开始
迅速发展，成为目前各种色谱技术中应用领域最广
的一种分离分析技术。初步估计，全世界几百万种 化合物中除２Ｏ％适宜用气相色谱（ＧＣ）分离分析
之外，其余８Ｏ％的化合物，尤其是高（大）分子化
合物、离子型化合物、生物活性化合物以及热不稳
定化合物均可以利用不同模式的ＨＰＬＣ（如正相 ＨＰＬＣ、反相ＨＰＬＣ、离子交换色谱和离子色谱、体
积排除色谱、亲和色谱等）进行分离分析。 ＨＰＬＣ可以分析热不稳定性和非挥发性化合
物，还可以检测抗氧剂的氧化反应产物，制备型
ＨＰＬＣ还可以对润滑油进行特征分离，成为润滑油
氧化分析最重要的检测手段之一。孙纯伟等采用高
效液相色谱分离了ＱＦ级汽轮机油在用油中的酸性
含氧化合物，为汽轮机油的评价提供了可靠依据；
刘大海等利用四甲基氢氧化铵改性硅胶色谱系统
的ＨＰＬＣ，将润滑油酸ｌ生分分离为过氧酯及酯类、
内酯交酯类和羧酸类ｉ个馏分，研究了氧化产物的
生成及积累随行车里程的变化趋势；张庆森等利用
ＨＰＬＣ对常见的合成航空润滑油中的多种添加剂进
行了测定。
２．４傅立叶变换红外光谱测定仪
傅立叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ）是从２０世纪６Ｏ
年代末开始发展起来的一种吸收光谱法，是通过测
定分子内原子核之间的振动和转动能级跃迁的信
息来研究分子结构的一种设备。
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