相关研究的理化、流变和摩擦学的引擎油的参数

文摘

矿物的物化和摩擦学的研究和合成商业引擎油进行了调查性能的变化,提出广义不同理化性能参数之间的关系。物理化学参数已经确定使用标准测试程序提出了ASTM (BIS)和印度的标准。这些润滑剂的流变参数进行了调查确定流动行为。中的摩擦学性能的耐磨,使用四球tribotester抗磨性能进行了研究。相关和回归分析确定执行物理化学和摩擦学的参数之间的关系和性能变化的原因。实证关系计算摩擦系数的函数使用回归分析建立了物理化学性质。发达的关系公平程度的可靠性、比例的偏差小于20%。

1。介绍

在当今汽车业润滑剂起着至关重要的作用。尤其是引擎油润滑所有IC引擎的关键部分。他们不仅减少运动部件之间的摩擦磨损,也消散产生的摩擦热之间的联系部分引擎[1]。引擎油基本上是制定使用基础油和添加剂包。制定的化学机油大体上决定了它的物理化学性质以及原位斯巴达袍表现行为。物理化学性质如粘度、密度、棕褐色(总酸值),TBN(总碱值),灰分被认为是重要的特征属性引擎油。这些属性提供的一般适用性信息引擎油。随着物理化学性质,引擎油的流动行为也是一个重要方面。机油的流动行为依赖于石油和流变学,因此,它是非常重要的,有很强的润滑剂的流变行为2]。

润滑剂的基础上他们的流变行为和牛顿和非牛顿流体特征。液体的分子质量小于1000公斤/摩尔展示牛顿行为在低压力和剪切应力3]。最近据报道,润滑剂的非牛顿行为结果为改进的负荷能力和减少接触摩擦在水动力多孔轴承》杂志上[4]。引擎油表现出非牛顿流条件下的粘弹性和显示与时间有关的变形(5]。粘弹性剪切稀化的润滑剂。因此,机油的粘度被认为是一个主要的流变参数对润滑油的性能行为有深远的影响。因此,引擎油的物理化学性质和流变和摩擦学行为是相互依存的。

摩擦学是研究摩擦磨损的机器零件。润滑油形成薄膜表面之间分隔相邻移动部件和最小化它们之间的直接接触。因此,由于摩擦加热产生的热量减少。艾滋病有效润滑减少磨损,从而防止发动机组件经常失败。润滑油膜厚度的比值的基础上复合表面粗糙度的接触表面,不同润滑制度从边界到可能发生液体动力润滑。这些润滑机制依赖于表面的接触压力和接触的表面的速度(6]。在这种背景下,experimental-statistical方法被广泛用于描述在干摩擦接触和二阶多项式方程建立了摩擦系数(7]。在另一个尝试区分API GL性能水平的汽车齿轮油脂进行了使用固体润滑剂摩擦学的测试和crossed-cylinder磨损试验装置。执行的统计分析揭示了汽车齿轮油脂的性能水平的分化8]。

各种物理化学和摩擦学参数之间的相互关系可以是一种有效的工具来了解润滑油的行为和性能的变化。已经进行了各种尝试建立经验理化参数之间的关系用数学/统计技术。在这种背景下,斯巴达袍商业引擎油的性能的变化进行了研究和摩擦学的参数之间的相关性建立了摩擦磨损与理化性质(9]。类似的经验之间的关系建立了温度和绝对粘度润滑剂源自种籽油(10]。为了预测的算法称为现象学中的摩擦学性能和预测模型是基于有机硫化物的润滑剂。模型验证焊接负载上使用实验数据用四球机(11]。多年来,它已被观察到的理论模型被用来合理化二元混合物的物理化学性质的实验数据与各种类矿物基础油(植物油12]。此外,多变量统计分析技术已经用于预测润滑剂使用核磁共振实验的压力粘度系数(13]。

许多研究已经在过去进行确定和建立巴拉斯以来不同润滑参数之间的依赖关系建立了粘度和压力之间的关系通过引入压力粘度系数”α“(14]。在最近的过去全面表征润滑流体的粘度相同但不同的添加剂和基本原料成分进行探讨摩擦行为,热物理的和流变特性,机械效率在液压马达15]。润滑剂粘度是依赖于温度的。研究已经进行了建立温度的依赖性和其他参数机油的粘度。剪切粘度的依赖关系,温度和压力对聚合物增稠的润滑剂还建立了(16]。据报道,更好的流变行为与温度会导致更好的摩擦学的性能(17]。

在文献综述的基础上进行观察,已经有人尝试去开发各种润滑剂的特征属性之间的依赖关系。但是,没有全面的依赖形式的实证关系的物化性能和摩擦学性能机油存在。因此,在目前的工作已经尝试探讨理化性质之间的关系和引擎油中的摩擦学性能。研究一直在进行商业引擎油和特征属性有关物理化学、流变和摩擦学性能确定。性能参数被相关使用相关性和回归分析建立依赖关系。这项研究将帮助润滑和维护工程师在选择适当的引擎的成功操作的参数。

2。实验

2.1。润滑剂的选择

在这项研究中,五个不同的商业引擎油编码一直在考虑。选择润滑油的细节表1。选择背后的动机表示润滑油是了解润滑油的性能行为目前在市场上,建立其特征属性和性能之间的关系的行为。

2.2。润滑剂特性

选择润滑油的理化性质特征,流变行为,和摩擦学性能。物理化学性质提供基本的定性信息选择的产品而流变和摩擦学行为提供润滑油的性能信息。谭措施有机和强无机酸在石油和石油氧化的指标可能会导致腐蚀的组件。TBN基本组件的测量代表油中和酸的能力生产它在正常使用。同样,灰分代表的金属元素来源于洗涤剂和抗磨添加剂的石油。添加剂包包含元素(如钙、镁、锌、钼、磷等等,帮助提高机油的性能。

2.2.1。物理化学性质

的物理化学性质如密度、粘度、粘度指数、灰分、总酸值(TAN)和总碱值(TBN)确定使用标准测试程序提出了ASTM (BIS)和印度的标准。金属元素出现在添加剂包已经决定使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(icpa)模型:PS 3000紫外线(DRE), Leeman实验室有限公司(美国)。

2.2.2。流变学

流变参数的变化(粘度、剪切应力和扭矩),温度已经调查使用较低/ 32 MCR 302从安东洼地奥地利。旋转流变仪能够执行流变研究或振荡模式由一个EC电动机转矩范围10 - 200的极小值实验已经进行使用同心圆柱几何如图1。同心圆筒之间的间隙空间充满了要测试的润滑剂和内筒旋转的主轴速度所需的。两组不同的实验来确定粘度系数的变化与温度和剪切速率。第一组以恒定的剪切流变学实验是进行10 / s的速度和温度不一从20到50°C的变异率每分钟4°C。粘滞系数随温度的变化是监测和记录。在另一个实验中,剪切速率是不同的从1到100 / s在室温和粘度与剪切速率系数的变化是监测和记录。

2.2.3。摩擦学

摩擦学的性能测试进行了固体tribotester (FBT)使用标准的磨损试验过程中提到的ASTM D: 4172 b。本研究中使用的炉膛温度图所示2。

(1)摩擦分析。炉膛温度机评估润滑油的抗磨减摩性能。对于这个FBT利用四球滑动接触的几何形成的四个球的直径12.7毫米之间。底部的四个球组装在一个四面体三个球固定在球壶第四球安装在垂直轴自由旋转在预定义的主轴转速。介绍了要测试的润滑剂固定球壶底部之间形成润滑薄膜三球。接触摩擦的摩擦力矩不断记录在整个测试持续时间。

(2)磨损分析。接触磨损的磨损疤痕直径测量结束时测试使用一个工业复消色差的显微镜。摩擦力矩是后来使用经验关系转化为摩擦系数。每个润滑测试两次,穿疤痕(WSD)沿着垂直和水平轴直径测量底部三个球,从而提供12阅读对于一个给定的润滑剂。12读数的平均值报告为直径磨损的疤痕。

实验是进行球由AISI铬合金标准钢号码E - 52100,年级25 EP(额外的波兰)。给出了在表使用的测试条件2。

Postexperimental调查使用测试标本进行调查穿的模式和机制。此外,添加剂的功能测试表面形成边界层研究利用扫描电子显微镜(SEM)对来自荷兰范广达200 f装有EDX系统模型。

3所示。结果与讨论

3.1。润滑油的理化分析

测量的结果进行润滑油的理化性质给出了表3。

很明显从表3商业引擎油几乎是类似的物理化学特性。这些润滑油的密度是0.8克的厘米⁻³,无论品牌润滑剂和基础油的性质(矿物/合成)。测试了润滑剂VI > 110。然而,合成润滑剂有很高的VI在160点上方。高六世是非常理想的,有较小的粘度的变化与温度变化量。棕褐色,TBN灰分较高,合成油。这可能是由于更高浓度的添加剂的存在。谭值在0.5 - -2.25的范围是相当选定的润滑剂。合成润滑油与低粘度在40 - 100°C具有非常高的VI。这可能是由于VI修饰符在石油的存在。TBN值油是在9 - 15毫克KOH / g,合成油有高TBN值。灰分含量几乎是类似的1%左右wt为所有选中的润滑剂。

痕量金属分析的结果给出了表4。结果揭示的存在非常高浓度的极压添加剂包含元素,如锌、磷、钼。合成油显示高浓度的锌和选择润滑剂,中,几乎可以忽略不计。密苏里州与锌添加剂浓度最高= 977 = 93,然后呢= 894 mg / l。的存在锌、钼、磷直接影响润滑剂的摩擦磨损行为。

3.2。流变学研究

3.2.1之上。粘度随温度的变化

动态粘度随温度的变化如图3。是观察到的粘度系数减少单调增加温度。如图3不是线性减少;然而,配合润滑剂粘度随温度变化的一般趋势。润滑剂为粘度系数最高的价值,也就是说,0.5 Pa-s报293 K。它拥有最大的负梯度温度,表明它是更容易受到温度变化。和有较小的值动态粘度的合成润滑油。但是这些润滑剂显示更好的稳定性比基于矿物润滑油粘度较小的负温度梯度。

所选润滑剂的粘度随温度的变化曲线拟合技术的帮助下找到服从雷诺兹方程(18]给出的 在哪里是在大气压力和动态粘度吗是绝对温度。

3.2.2。剪切应力与剪切速率的变化

剪切应力和剪切速率的变化如图4。从图观察4,所有的选择润滑剂描述非线性行为代表非牛顿行为表明粘弹性的存在。他们都有屈服应力显示粘塑性的性质与L₂最高价值。

利用实验数据图表示4的帮助下,曲线拟合进行了在MATLAB曲线拟合工具箱软件。最好的治疗适合方程从而获得由 方程(2)代表幂律流体的流动行为。幂律指数”的价值”——牛顿和非牛顿行为的润滑剂。”“< 1代表剪切稀化行为,”" > 1代表剪切增稠,代表了牛顿流体。幂律指数的值从曲线拟合获得过程给出了表5。的值”“润滑剂是接近小于1代表润滑剂的剪切稀化行为。这进一步证实了润滑剂代表非牛顿行为。

3.2.3。粘度与剪切速率的变化

粘度与剪切速率的变化如图5。从图观察5最初的粘度随剪切速率的增加而减小。这种行为是观察到的在较低的剪切率,也就是说,剪切速率小于10 / s。在高剪切率没有显著变化,粘度系数几乎是常数在整个范围的剪切速率。的润滑剂显示了粘度与剪切速率和最大的变化最少。除了剪切率10 / s剪切速率的粘度几乎是独立的。粘度与剪切速率的降低更明显显示更多的剪切稀化,因此更多的粘弹性行为。小的动态粘度值和归因于其合成起源和SAE五级w-40。

3.3。摩擦学的调查

润滑油的摩擦学的性能定义的摩擦磨损行为。

3.3.1。摩擦行为

图6显示了润滑剂摩擦系数的变化对整个实验过程。它是观察从图6在早期阶段,摩擦系数增加实验后来几乎保持不变。由于穿的起始疤痕在早期阶段摩擦系数增加;后来由于摩擦磨损摩擦系数几乎成为常数。动摩擦,即摩擦系数的测试,是最高的润滑剂(= 0.1429)和最低的润滑剂(= 0.1155)。这种行为的润滑剂可以归因于极端压力和抗磨添加剂的存在。润滑剂L₁相对低浓度的锌和P明显从表吗4,而L₂有这些元素的浓度最高。在合成基润滑剂的情况下,摩擦系数= 0.0890,= 0.0881是润滑油的观察和,分别。尽管合成油具有很低的粘度,但更高浓度的锌和P在提高这些油的成膜能力在给定的测试负载,因此减少了摩擦系数相比,基于矿物润滑剂。润滑油通常混合了二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)多功能添加剂。这个添加剂的锌和P怨恨形成极根钢表面能够坚持和保护表面免受损害。这种添加剂的吸附层被称为边界膜的压力下(外加负载)得到加强,从而减少摩擦和磨损。

3.3.2。磨损行为

磨损的伤疤,观察球试样如图7。穿疤痕显示正常的形态在接触摩擦磨损。摩擦是沿滑动方向是明显可见的。

为了更好的测试结果的比较,摩擦系数和WSD列在下表中6。的润滑剂报道的最佳抗磨性能与WSD 0.391毫米,而润滑剂业绩最贫穷WSD为0.746毫米。

3.3.3。Postexperimental分析

图8显示了使用球的SEM显微图测试标本。磨损表面的SEM显微图揭示了正常摩擦磨损的影响下加载方向滑动。穿追踪观察到平行滑动的方向。的润滑剂和显示一个平滑的表面有一些边缘锯齿沿穿跟踪。表面平和必须发生由于外加负载下的粗糙的摩擦。同样的显微照片润滑标本显示与小micropits严重磨损。它还显示表面划痕。的润滑标本已经顺利穿追踪代表平和的表面粗糙。也穿这种润滑剂很低由于这种平和的行动。的润滑标本显示了严格的钢铁表面的划痕。划痕是更深层次的,因此更大的穿疤痕直径是观察到的润滑剂。的扫描电镜显微照片润滑标本显示一些表面损坏变形的方向滑动。观察到表面损伤形式的非均匀材料的表面。

标本的EDX分析揭示了存在的元素,如锌、硫、磷、等等,这意味着薄边界层润滑剂在钢表面形成。电影形成的边界在极压添加剂的帮助帮助保护表面免受进一步的损失。

3.4。相关分析

相关分析预测两个或两个以上变量之间的关系,推断它们之间的关系的力量。相关系数的价值”“在多大程度上反映了两个人相关变量(19]。的价值−1和+ 1之间的范围。+ 1值表示完全正相关而−1表示完全负相关。“”(i)的帮助下协方差决定任何措施的两个变量之间的变化双的意思的意思是(2)样本方差和,也就是说,和代表的可变性分数和分数在各自的样本均值和,分别。因此,““使用公式计算 润滑剂的属性表3表中给出的性能特征6因此用于确定相关系数。表7给出了用相关分析获得的相关系数在不同物理化学和摩擦学的参数。

检查物理化学的相关系数和摩擦学性能,它是观察到的运动粘度40°C具有积极的相关系数为0.83,表明密度直接影响粘度。正相关金属添加剂莫和密度之间的0.92和0.95之间的密苏里州和运动粘度在40°C显示莫积极影响密度和运动粘度的润滑剂。非常高的正相关系数0.94 VI和TBN之间是一个明确的指标,中和酸的产生提高了VI的石油,从而延长使用寿命。微量金属锌和P有很高的相关系数为0.96和0.98,分别与棕褐色表示虽然他们提高油的性能,然而他们导致润滑剂酸度增加。这随后导致增加在摩擦表面间的相互作用增强了氧化和氧化物在金属表面吸附(20.]。WSD和谭价值之间显著性负相关−−0.55和咖啡和褐色之间价值0.84表明,棕褐色的价值的增加不会影响咖啡和WSD TBN也有很强的负相关与WSD咖啡和−0.91−0.92。这意味着酸的形成过程中所加的存在基地添加剂包。有很强的正相关关系的0.82是偶然的,它是一个事实证明他们几乎无关的一些润滑剂给减摩性能而其他人只给抗磨性能。

3.5。回归分析对润滑剂的特性

回归分析可用于估算因果关系的摩擦系数和WSD理化特征属性。线性回归技术用于建立因果关系一个因变量和两个或两个以上的独立变量。这有助于建立一个感兴趣的参数之间的关系。因变量,摩擦系数(),和独立变量,密度@ 15°C (),运动粘度@ 40°C ()和棕褐色,选择润滑油在表8。

一阶多元回归模型上实现数据表中给出8和回归统计数据。涉及的回归统计值相关系数的测定()和标准错误()。在目前的分析获得的值和表示强烈的变量之间的关系。随后方差分析(方差分析)来确定执行的水平回归模型中的变化。意义和参数,即自由度(df)、平方和(SS)和均方(MS),从方差分析表9。

推理的多重回归后来由观测数据拟合线性方程。最小平方符合假设,确定剩余工资。测试统计数据,也就是说,斜率和标准偏差的比例在每个观察,在桌子上10。的值的推理提供了双向测试相关的概率值。

在确定拦截和独立变量的回归方程的系数是线性形式的写的 在哪里密度在15°C,运动粘度@ 40°C,谭总酸值。

意义(表10关系)(4)是0.005098,远低于0.1,表示公式更加可靠。

4所示。结论

在目前的研究中,实验已进行调查研究性能变异性和建立一个引擎油的特征属性之间的相关性。物理化学实验已经进行调查,流变和摩擦学性能的mono -性能标准和稠化了的引擎油不同的API。因此,在调查的基础上,在得出以下主要结论:(我)商业引擎油几乎是类似的物理化学特性。然而,合成润滑油具有高六世和TBN和更高浓度的添加剂比矿物基础油。(2)润滑剂的流变行为表明,粘度随温度的变化对检测引擎油遵循雷诺兹方程。润滑剂描述非牛顿剪切稀化行为与幂律指数的值接近0.99。(3)润滑油的摩擦学的表现表明,合成基润滑剂具有优异的减摩抗磨性能比矿物基润滑剂。摩擦系数从0.0881到0.1429的润滑剂进行测试。同样穿疤痕直径变化从0.391毫米到0.746毫米的润滑剂的斯巴达袍润滑剂的性能测试主要是粘度和添加剂的影响。(iv)磨损表面显示,合成基润滑油导致更少的痛苦而当代矿产基础润滑油显示严格的划痕。所有的润滑剂能够在钢表面形成边界薄膜。(v)相关分析表明,润滑剂的摩擦磨损行为是受他们的粘度的影响。粘度受密度的影响,棕褐色,TBN值。此外,棕褐色,TBN影响中的微量金属浓度的添加剂使用。(vi)实证关系相关摩擦,粘度,密度,和茶色的润滑剂是由值使公平程度的可靠性,从实验结果最大偏差为14%。

命名法

谭:	总酸值
TBN:	总碱值
icpa:	电感耦合等离子体发射光谱仪
炉膛温度:	四球tribotester
WSD:	穿疤痕直径
EP:	极端的压力
扫描电镜:	扫描电子显微镜
第六:	粘度指数
:	动态粘滞度
:	绝对温度
:	幂律指数
:	摩擦系数
:	密度在15°C
:	运动粘度在40°C
:	运动粘度在100°C
多个:	多重相关性系数
:	确定系数
SS:	平方和
df:	自由度
女士:	均方
余女士:	均方误差
党卫军剩余:	残差平方和
党卫军总:	总平方和。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

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