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基于SRV的润滑油高温润滑性能测试方法的研究

文档作者：王渊渊熊春华乔小溪徐金龙赵巍张向军文档来源： 1．清华大学摩擦学国家重点实验室 2．中国地质大学(北京) 3．总后油料研究所		点击数：	更新时间： 2022年11月06日
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2011年8月
第36卷第8期
润滑与密封
LUBRICATION ENGINEERING
Aug．2011
Vo1．36 No．8
DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2011．08．010
基于SRV的润滑油高温润滑性能测试方法的研究
王渊渊 熊春华 乔小溪 徐金龙 赵巍。 张向军。
(1．清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084；2．中国地质大学(北京) 北京100083；
3．总后油料研究所北京102300)
摘要：为选择比较在高温工况条件下具有最佳摩擦磨损性能的润滑油，定量表征润滑油的极限工作温度和高温耐
磨性能，提出一种润滑油的极限工作温度和高温耐磨性能测试方法。该方法通过磨损量和平均摩擦因数随温度的变化，
来得到油品的极限工作温度，通过高温下 值曲线来定量评定油品的高温工作性能。利用该方法对3种润滑油进行测
试分析，并结合油品设计配方进行分析。结果表明，该方法可以简单、准确且定量的评定、比较润滑油的极限工作温度
和高温耐磨性能。
关键词：润滑油；极限工作温度；高温耐磨性
中图分类号：TE626．3 文献标识码：A 文章编号：0254—0150 (2011)8—035—3
Investigation on the High-temperature Lubrication
Property of Oil Using SRV
Wang Yuanyuan。Xiong Chunhua - Qiao Xiaoxi Xu Jinlong Zhao Wei Zhang Xiangjun
(1．State Key Lab of Tribology，TsinghHa University，Beijing 100084，China；2．China University of Geoseiences，
Beijing 100083，China；3．POL Research Institute of General Logistics Department，Beijing 102300，China)
Abstract：A testing approach was built to screen the lubrication oils with high—temperature property，and to provide a
quantitative parameters to characterize the extreme working temperature and anti—wear ability under high temperature．In
this method，the oil limit temperature can be obtained through the CulTe of average wear and friction coefficient changes
with temperature，the high temperature performance of the oil can be assessed through the curve of high temperature pv value．
The method was used to test three kinds of lubricating oils．the resuh was compared with that of oil design form ula anal·
ysis．The results show that the method is accurate and simple，which can be use to quantitatively assess and contrast extreme
working temperature and hi gh temperature resistan t of the oils．
Keywords：lubricant oil；extreme working temperature；anti-wear ability under high temperature
高温摩擦磨损试验机(SRV试验机)可以测量
室温到900 oC高温范围内油品的摩擦磨损特性，可实
现不同的材料、润滑油品、速度和载荷等条件，并且
可以利用不同的上试件和下试件实现点、线、面3种
不同的摩擦测试接触方式，因而是一种常用的油品摩
擦学性能评定仪器。
目前利用SRV试验机对润滑油的极限工作温度
和高温耐磨性能的测试方法通常是，先用SRV试验
机测量出在上、下试件间有待测润滑油润滑时，在不
同载荷或温度下的上、下试件之间的摩擦因数，然后
基金项目：国家自然科学基金项目(50721004)；国家重点基
础研究发展计划(973计划)支持项目(2007CB607604)．
收稿日期：2011—02—14
作者简介：王渊渊(1986一)，硕士研究生，从事机械系统的润
滑与振动分析．E—mail：wangyy810@gmail．com．
通过辅助装置表面轮廓仪得到下试件的磨损体积，同
时使用光学仪器测量出上试件的磨斑大小，假定其磨
斑表面是规整的圆平面，然后计算出上试件磨损体
积，由公式∞ = (P X L)(其中， 为磨损体积，P
为载荷，￡为滑移距离)计算体积磨损率，最后由摩
擦因数和磨损率来评估润滑油的极限工作温度和高温
耐磨性能¨ J。但该方法测量和计算磨损率比较繁
琐，且计算和测量精确度并不高。工程中也有方法通
过表面测量仪测量出上下试件磨痕的深度和宽度随温
度的变化情况，在一定程度上给出高温下的试件间待
测润滑油的极限工作温度及其高温耐磨性能，但是该
方法仅使用试件磨痕的深度、宽度尺寸表征磨损，依
赖于表面尺寸基准的选取，误差较大。也有方法通过
测量不同温度下上试件、下试件磨损质量和随着滑移
距离变化，并且给出质量磨损率(磨损质量与滑移
距离比值)随着温度和滑移距离的变化情况，来评
润滑与密封 第36卷
定高温下试件的耐磨行为，但润滑条件下下试件质量
磨损率并不是只与滑移距离相关，有时甚至无关。乔
j三林，Harsha等 用多功能SRV实验机评价了钢／
钢摩擦副在干摩擦条件下的高温减摩抗磨性能；J H
Ouyang，Zhang Ruiju等 利用SRV研究了高温下
不同摩擦副的磨损特性。上述这些方法在一定程度都
能够帮助l『解试件或润滑油的高温耐磨特性，但目前
尚缺乏油品高温下极限工作温度以及高温耐磨特性的
量化判定方法，这就给简单、准确且定量地评定润滑
油或特定润滑涂层的极限工作温度和高温耐磨损性质
造成一定的困难。本文作者将尝试采用SRV建立一
种简 、准确且定量的评定润滑油或特定润滑涂层的
极限 作温度和高温耐磨损的测量方法。
1 实验部分
1．1 实验仪器及材料
所使用的高温摩擦磨损试验机由德国Optimol In．
strtlrnent公司制造(见图1)，该SRV试验机的加载
范围为0～l 200 N，行程为0～4 mm，频率范围为
10～200 Hz，加温范围为室温至500 oC和500 ～900
c【：(须使用高温附件)。采用往复式运动，可实现
点、线、面3种接触形式，上下试件及工作区见
图2
图1 SRV高温摩擦磨损试验机
Fig 1 SRV high temperature friction and wear tester
(a) (b)
图2 实验工作区(a)和试样(b)
Fig 2 Working areas(a)and samples(b)
粗糙度为R 0．4 Ixm，下试样尺寸为+24 mm×7．88
mm的圆盘，粗糙度为R。0．2 m，上、下试样材料均
采用45 钢；往复频率为50 Hz，冲程为1．5 mm，单
个润滑油样品实验时间为30 min；使用由德国Sartori-
US公司制造的电子天平称量，该电子天平的分辨率
为1O g。
实验所用的3种油品分别标记为1 ，2 与3 。
1．2 实验方法
用石油醚、丙酮、无水乙醇依次超声波清洗上、
下试件，使上、下试件光洁、无划伤痕迹和锈斑；使
用电子天平称量干燥后(采用氮气吹干)的下试件
质量，多次测量取平均值(剔除其中坏点数据后，
一般为3次测量结果的平均值，下同)；设置相关实
验参数，在选择的润滑油润滑下进行30 min摩擦磨
损实验并在实验过程中实时记录摩擦因数。达到预定
时间后，停机后卸载，取出上、下试件，等待下试件
冷却后依次用石油醚、丙酮、无水乙醇超声波清洗下
试样；干燥后，再在电子天平上称量下试件的质量，
多次称量的结果取平均值，得到所设定的温度和载荷
下的一组磨损质量数据。然后，更换新的上、下试
件，改变载荷或改变温度重复实验，得到多组不同温
度和载荷下的摩擦因数和磨损质量数据。然后，更换
另外一种油品重复测试。
2 结果与讨论
对上述实验数据处理后获得3条测试曲线：即不
同载荷不同油样润滑下，上、下试件之间摩擦因数与
工作温度的变化曲线、磨损质量随温度的变化曲线、
磨损质量随载荷P与最大速度 的乘积( 值)的
变化曲线。
2．1 平均摩擦因数随温度的变化
实验得到的摩擦因数是剔除实验开始时和结束时
不稳定的点后的平均值。图3示出了不同载荷下，摩
擦因数随温度的变化曲线(即极限工作温度曲线)。
籁0．22
瞳0．20
18
霸0．16
O．14
O．12
l00 1 20 140 160 180 200
温度t／'C
—-l 油(50Nl
一1 油(200N)
— ．-2 油(50N)
一2 油(200 N)
+ 3 油(soN1
+ 3 油(200N
图3 3种油品在不同载荷(50，200 N)
本文作者使用该试验机的线接触运动模式，温度 下平均摩擦因数随温度的变化
分别为100，150，200 c【=，载荷分别为50，100，200 Fig 3 The average friction coeficient of three kinds of oils change
N；使用的上试样尺寸为615 mm×22 mm的圆柱体， with temperature under diferent loads(50 and 200 N)
2011年第8期 王渊渊等：基于SRV的润滑油高温润滑性能测试方法的研究 37
可知，1 油润滑时的摩擦因数稳定在0．13左右，
这表明其有着良好的润滑性能，可以适用的工况范围
大；2 油在低温轻载下有着很好的润滑性能，摩擦因
数不超过0．13，但随着温度或载荷的增大其摩擦因
数急剧增大，这说明该油品不适用于高温重载；3 油
润滑时平均摩擦因数在0．21左右，由于摩擦因数可
以反映磨损功率的大小 ，故3 油因磨损功率会比
较大，因而不适合作为高温下的润滑剂。
2．2 磨损量随温度及 值的变化
图4示出了磨损量随温度和载何的变化，可知，
1 油润滑时在载荷50 N、温度为150和200 oC以及载
荷200 N、温度分别为100，150和200℃ 时磨损质量
稳定在1．0 mg左右，这表明1 油在实验测试条件下
有着良好的润滑效果；2 油润滑时在150 oC以下时磨
损量不超过1．0 mg，随着温度的升高磨损量急剧增
大，这表明该油品仅适合在低温(不超过150 oC)
时使用；在不同的温度、载荷下，3 油润滑时的磨损
量基本都在2．0 mg以上，这说明该油不适合做润滑
剂。
2．5
2．0
1
1．0
恤0
．5
0．0
100 120 140 160 180 200
温度f，℃
+ l 油(5O N)
- o-I 油(200 N)
--~-2 油(s0 N)
十2 ~(2oo N1
+ 3 油(50 N)
-*．-3 油(200 N)
图4 磨损量随温度的变化
Fig 4 Wear loss change with temperature
将不同温度(100，150，200 oC)下的磨损量取
平均值作为纵坐标、不同载荷(50，100，200 N)与
最大速度的乘积即 值作为横坐标得到图5。此处的
横坐标 值可以作为评定润滑油高温耐磨性能的指
标。以1．0 mg作为磨损质量允许值，由图5可知，
1 油的pv值约为43 N·m／s，2 油约为34 N·m／s，3
油 值小于10 N·m／s。如果用 值去判定油品的润
滑性能，则1 油的润滑性能优于2 油，并大大优于
3 油。
综上分析，2 油在中低温(不大于150 cI=)和高
温轻载(150～200 oC，<200 N)时，有着良好的润
滑效果，温度高于150 oC时，润滑性能迅速变差，因
此，可判断该油极限工作温度约为150 c【=；1 油在实
验条件下，润滑效果稳定；3 油润滑性能最差。
2．0
1．5
t．o
恤
O．5
O．0
+ l 油
+ 2 油
— 3 油
lO 20 30 40 50
pv／(N·m·s’‘)
图5 平均磨损量随 的变化
Fig 5 The average wear loss change with the pv values
下面结合油品的种类来综合分析图3、4以及图
5磨损量随 值的变化结果。实验所用的1 油为OW．
40 CI-4柴油机油，2 油为0W-40 CI-4柴油机油，3
油为50 CC柴油机油。首先，从润滑油性能的角度来
说，CI-4级柴油机油的抗磨性能要好于CC级柴油机
油；其次，对于同一基础油体系的OW-40和CI4柴
油机油的1 和2 油来说，1 和2 油的100℃运动黏度
分别为l5．90和14．91 mm ／s，运动黏度大的油在高
温下的相对抗磨性能要好。因此，在低温抗磨性能方
面，2 油最好，1 油其次，3 油最差，在高温抗磨性
能方面，1 油最好，2 油其次，3 油最差。这些性能
分析验证了上述的实验测试结果，也说明本文作者建
立的方法较好地区分了油品的高温工作性能。
3 结论
(1)建立了一种定量评定润滑油品高温工作性
质的方法，并针对3种润滑油进行了测试分析。通过
测量磨损量和平均摩擦因数随温度的变化，可以得到
油品的极限工作温度。
(2)利用实验得到的 值曲线定量评定了油品
的高温工作性能，表明实验所用的的3种油品中，1
油在实验工况下润滑效果稳定，2 油适合中低温(不
大于150 oC)下使用，3 油不适合作为润滑剂。结合
油品设计配方的分析显示，该结果较好地区分了油品
的摩擦学性质，并与化学配方等对应良好，从而证明
了通过高温下 值曲线可以定量评定油品的高温工
作性能。
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