渗透试验对于研究各种润滑脂的寿命和有效性的重要性

摩擦学是研究两个相互作用表面相对运动的科学，包括磨损、润滑、摩擦和其他相关设计方面。

润滑脂的稠度是其最显著的特征之一。润滑润滑脂常加入添加剂和增稠剂以影响其摩擦学性能。一些设计方面的测量，以确定摩擦学特性是使用渗透，滴点和抗磨测试方法进行的，这些特性为润滑脂的表征及其在工业上的应用提供了有价值的见解。
由于它与润滑脂及其行业有关，渗透被定义为在规定条件[2]下，标准加权锥沉入测试润滑脂的深度，单位为毫米。穿透值给出了关于润滑脂硬度的信息，其中较高的穿透值对应于较软、较低硬度的润滑脂。在内燃机(ICE)中，太软的润滑脂是不可取的，因为润滑脂更容易迁移[3]。这种迁移可能会从系统中需要润滑的区域去除油脂，导致严重的表面磨损和高剪切。因此，量化和理解润滑脂的渗透值对于确定其合适的应用和避免不理想使用造成的潜在机械故障至关重要。美国材料测试协会(ASTM)已经开发并标准化了一种测定润滑脂渗透力的测试方法，并将其命名为D-217[4]。类似地，滚动稳定性是润滑脂在服务应用中发挥作用时的机械稳定性的指示。根据ASTM方法D-1831，滚动稳定性被定义为在测试装置中使用旋转圆筒[5]内的加重滚轮进行一定工作量后样品一致性的变化。轧辊稳定性是通过轧制前后工作润滑脂的渗透变化来量化的。理想情况下，轧制前后的渗透变化应该为零，这意味着润滑脂的一致性不受轧制或工作的影响。 This would infer that the grease is able to hold its consistency despite being worked for extended periods of time under harsh conditions experienced in service applications. Therefore, little to no changes in penetration of a lubricating grease are highly sought after in the grease industry, as it shows stability, reliability, and sustainability of a grease over long periods of worked practical application.
ASTM测试方法D-217详细说明了渗透的重要性，并包含了量化这种摩擦学特性的程序。本测试方法包括通过穿透具有特定尺寸、质量和光洁度[4]的锥体来测量润滑脂的稠度。本测试方法astm D-217对半标度、四分之一标度和满标度润滑脂的一致性进行了评估。不同的测试量表如下图1所示，其中包括克勒仪器公司的1 / 2 / 2和1 / 4量表的渗透仪附件。要运行此测试，请为渗透测试填充所需尺寸的杯子，确保没有气泡，并用杯子的边缘抹平油脂。然后，中心的油脂杯正低于穿透计，如图2所示，其中。图2显示了克勒仪器公司[6]的数字穿透仪产品。这种渗透仪，符合所有ASTM, IP, ISO 9001和渗透仪[6]的相关规范。然后运行测试，5秒后确定穿透值。取3个贯入值的平均值为真实贯入值，即[4]。 This designates the consistency of a grease [4].
图1渗透仪附件½刻度(左)和¼(右)润滑脂工人。转载自[7]

图2克勒数字贯入仪。转载自[6]
ASTM测试方法D-1831强调了滚压稳定性是润滑脂在长时间内一致性和性能可持续性的指标。本试验方法包括在轧辊稳定性试验装置中工作时润滑脂稠度变化的测定。滚动稳定性在规范中被广泛使用，其意义在于它显示了在服务[5]中可能发生的一致性方向变化。这意味着，该测试产生了被测润滑脂渗透的总体趋势。例如，如果轧制后穿透力增加(穿透力值大于轧制前)，则会观察到一致性的正变化。然后可以得出结论，润滑脂在服务应用中受到压力时会变硬。在测试之前，根据D-217确定润滑脂的渗透性。接下来，50克未加工的润滑脂均匀分布在如图3所示的测试筒的两侧，图3显示了测试筒、轧辊稳定装置和加权轧辊。轧辊装置由克勒仪器公司制造，符合ASTM D-1831和相关规范，如D-8022，用于测试油脂在水[8]存在时的轧辊稳定性。然后将加重的滚轮小心地放置在测试气缸内，并将气缸紧紧关闭。 The test cylinder is placed in the roll stability apparatus shown in Figure 3 and subjected to rolling at 165 rpm for 2 hours ± 5 minutes [5]. This apparatus, manufactured by Koehler Instrument Company, Inc., conforms to ASTM D-1831 and related specifications, such as D-8022, which tests the roll stability of greases in the presence of water [8]. The cylinder is then subject to rolling, after which. The grease is removed from the cylinder and the worked penetration is quantified as per D-217 [5]. Note that the grease is worked in the worker after the 2 hours of rolling as per D-217. The change in penetration is then determined.

图3克勒轧辊稳定性试验筒和加权轧辊(右)轧辊稳定性试验筒(左)转载自[8]
保持一致性对润滑脂的质量及其在整个服务应用中的寿命是不可或缺的。对于油脂来说，这种保留寿命是非常需要的，对增强油脂一致性的添加剂的研究得到了大量的资助。特别受到大量关注的添加剂是碳纳米纤维(CNFs)。CNFs已被发现可以大大提高润滑脂的滴点，或一滴材料从润滑脂中滴下的最低温度。Sadeghalvaad等人的研究发现CNFs还会降低经过处理和未经处理的锂润滑脂的渗透力。研究了纳米富勒烯(C60)、碳点(C-dot)纳米颗粒和碳纳米纤维掺杂锂脂的摩擦学性能。这些油脂含有各自的纳米颗粒，其百分比重量分别为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0%[9]。所有纳米润滑脂的渗透力和滴点都得到了改善，其中CNF纳米润滑脂在这些性能方面的提高最大。图4和图5分别显示了已加工和未加工钻速的下降情况。
这种含有CNF的润滑脂的一致性的提高被认为是由于CNF的结构。圆柱形结构，这些纳米结构与石墨烯薄片分层形成纤维网络，相互交织和交联[10]。这些相互连接的纤维出现在润滑脂中，提高了润滑脂的稠度，反过来又增加了渗透润滑脂所需的力。与ASTM D-217在相同条件下测试的锂基润滑脂相比，这种增加的渗透阻力直接降低了润滑脂的渗透值。由于同样的原因，这种新连接的润滑脂也经历了改进的滴点，因为润滑脂更耐变质，并且材料在更高的温度[9]下保持在润滑脂中。改进后的滴点如下图6所示，其中显示了基础润滑脂(0% wt)和制备的纳米润滑脂的滴点。
如前所述，这种增加是由于CNFs的圆柱形结构引起的交织纤维引起的。因此，CNFs不仅提高了锂润滑脂的滴点，而且还提高了润滑脂的抗穿透性。此外，碳的疏水行为与CNF的相互交织能力协同工作，提高了纳米润滑脂的耐水渗透和耐腐蚀[11]。因此，这种添加剂应该受到高度追捧，因为它改善了润滑所需的许多摩擦学特性，特别是发动机和轴承润滑。
相反，一种添加剂被发现可以增加润滑脂的渗透值。二烷基二硫代酸锌(ZDDP)在20世纪40年代首次被用作润滑剂添加剂。随着带有顶置气门和更高压缩比的V8发动机在20世纪40年代末至50年代初推出，气门机构部件的压力变得明显起来。气门机构部件包括凸轮轴、气门、摇臂和气门弹簧[13]。然后发现ZDDP具有优异的抗磨性能[12]。这种添加剂在整个20世纪后期被广泛使用，直到1994年，人们发现ZDDP对催化转化器[14]的性能有负面影响。ZDDP几乎只用于发动机油中，尚未在锂钙基润滑脂(LCBG)中进行过测试。Tiejun Shen等人研究了ZDDP对锂-钙基润滑脂的zdps效应，涉及到两种润滑脂的配方，以及一种基润滑脂。润滑脂A和润滑脂B是用两种不同的矿物油配制的，其中含有ZDDP添加剂，其重量百分比不同。这两种润滑脂都是由立体酸和12-羟基立体酸与矿物油的重量比为3:1形成的，然后加入锂和氢氧化钙溶液并皂化，通过立体酸调节酸度，然后引入不同重量的添加剂ZDDP[15]。 Upon testing for the rheological properties of both greases, Grease B was found to have reduced viscoelastic functions, shear stress and mechanical stability as the percent weight of ZDDP increased [15]. Shear stress was found to decrease due to the breaking of fibrous links found in the grease, and the interaction of these fibers with ZDDP. ZDDP denied these fibers the ability to return to their interwoven state, and this decrease in shear stress was experienced greater in Grease B than A. Viscoelasticity refers to the exhibition of both elastic and viscous behavior of a substance upon the introduction of stress or deformation and is occasionally used to represent a substance’s simultaneous liquid and solid behaviors, such as viscosity [16]. This reduction in mechanical stability is shown in Table 1 below, where unworked, worked and worked after roll stability penetration values are shown, as well as penetration change among both Grease A and B.
请注意，随着两种测试润滑脂ZDDP重量百分比的增加，观察到一个越来越积极的渗透变化。这意味着滚压后渗透值增加，滚压稳定性测试期间润滑脂软化。油脂经验少的渗透改变被发现纤维形成一个更大的网络,与互连观察超过油脂B .因此,打破这些链接花了更多的时间,和油脂A和B是等量的次辊装置,润滑恶化小于油脂B。重要的是要注意,这个实验,一卷稳定性试验的适应,油脂在哪里滚在75度C[15]。这种升高的温度是由于特定的服务应用(发动机/轴承润滑)，并产生了润滑脂B在60℃以上温度下的不稳定性。这种不稳定性被确定是由ZDDP[15]引起的润滑脂B增稠剂的纤维变异性引起的。在轧制过程中，弱交联纤维和增稠纤维均被断裂，ZDDP被吸收[15]。这种ZDDP的吸收剥夺了新断裂纤维的恢复能力，使油脂的稠度更软，更容易渗透[15]。因此，在相同的测试条件下，与润滑脂A相比，润滑脂B具有更大的渗透值。ZDDP的引入有效地降低了润滑脂的流变性和摩擦学特性，导致润滑脂的提前变形。然后确定，这种添加剂使润滑脂的行为不稳定，并可能导致服务问题，使其在昂贵的，苛刻的发动机条件润滑系统中不受欢迎。因此，这种添加剂不能用于润滑脂，因为它会降低润滑脂的性能，并在稳定性和摩擦学特性方面降低润滑质量。
总之，这两种添加剂对润滑脂的性能和质量有截然不同的影响。CNFs极大地改善了润滑脂的机械稳定性和摩擦学特性，而ZDDP导致了半固体质量和稳定性的恶化。因此，渗透和滚动稳定性是润滑脂质量及其服务应用范围的重要指标。通过了解润滑脂在长时间压力下的一致性和行为，可以确定适当的实施区域，并将润滑脂归类为一种类型。因此，渗透和滚压稳定性ASTM测试方法在润滑脂的分类及其批量生产的质量控制中都是不可或缺的。

作品的引用

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