金 吟

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

工業(yè)齒輪油在工業(yè)齒輪箱中潤滑齒輪及軸承，同時起到冷卻、防銹、抗震、清凈的作用，是齒輪箱實現(xiàn)傳動的一個必要組成單元。隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)齒輪箱的傳動效率提升、更高的可靠性和耐久性逐漸引起關(guān)注，因此工業(yè)齒輪油、傳動部件及齒輪箱內(nèi)部其他材料被視為統(tǒng)一的整體。工業(yè)齒輪油在潤滑摩擦副表面的同時，也會與齒輪箱內(nèi)部的其他材料產(chǎn)生接觸，因此工業(yè)齒輪油與材料的兼容性也應(yīng)予以重視。

工業(yè)齒輪箱內(nèi)部材料主要包括橡膠、涂層、密封膠。齒輪箱與橡膠件的兼容性方面已形成了較為完善的工業(yè)齒輪油與橡膠兼容性的評價體系，國外部分標(biāo)準(zhǔn)也對該問題已加以關(guān)注。文本主要探討了工業(yè)齒輪箱與涂層、密封膠的兼容性測試方法相關(guān)情況。

涂層兼容性

工業(yè)齒輪箱中常見涂層材料類型及失效形式

涂層是涂料涂裝于齒輪箱表面，減少金屬表面由于外界物質(zhì)及外界環(huán)境等因素帶來的危害，如大氣、水分、鹽霧、化學(xué)品的影響，并兼具美觀效果。涂層通常分為3個部分：底漆、中間漆、面漆。底漆是直接與鋼鐵表面接觸的涂層，是整個涂層體系的重要基礎(chǔ)。底漆應(yīng)具有對鋼鐵表面良好的潤濕性和附著力，對中間漆附著牢固，成膜物質(zhì)應(yīng)具有對水、氧、離子透過的屏蔽功能，填料應(yīng)具有緩蝕功能和陰極保護(hù)功能[1]。中間漆的作用是較大地增加涂層的厚度，以提高整個涂層的屏蔽性能，使涂層表面平整，保持表面漆涂層的美觀。同時中間漆還應(yīng)具有一定的彈性，保持涂層在受到冷熱變化和受力變形時具有一定的柔韌性。面漆則防止化學(xué)介質(zhì)和化學(xué)煙霧及水、氣等對鋼鐵產(chǎn)生腐蝕，防止紫外線對漆膜中樹脂的降解破壞，延長涂層的防護(hù)使用期和使用壽命。在齒輪箱內(nèi)部，通常噴涂底漆，因此潤滑劑與底漆的接觸面較大。但實際使用時，也存在潤滑劑和齒輪箱外部接觸的可能，因此也有部分國際OEM（原始設(shè)備制造商）比如風(fēng)電齒輪箱制造商關(guān)注潤滑劑與面漆接觸時的兼容性。

本文介紹了工業(yè)齒輪油涂層、密封材料的常見類型與失效形式，工業(yè)齒輪油與涂層、密封材料兼容性的評價方法；展望了國內(nèi)在工業(yè)齒輪油與材料兼容性評價體系及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格建立方面的發(fā)展趨勢。

常用的底漆類型有環(huán)氧樹脂漆、改性環(huán)氧、環(huán)氧富鋅底漆等，其中環(huán)氧樹脂漆及環(huán)氧富鋅底漆是工業(yè)齒輪箱使用較為廣泛的材料類型。

在齒輪箱運行過程中，一旦產(chǎn)生潤滑劑與涂層的不兼容、不適應(yīng)，可導(dǎo)致傳動單元整體性能的下降，嚴(yán)重的會縮短齒輪傳動系統(tǒng)的壽命：一方面，涂料的剝落會造成齒輪箱體耐腐蝕等性能變差；另一方面，涂料剝落混合在潤滑油中，會加速齒輪、軸承的磨損等現(xiàn)象。常見的涂層與化學(xué)介質(zhì)接觸后產(chǎn)生的不良反應(yīng)主要表現(xiàn)為剝落、裂紋、粉化、起泡、麻點、變色等導(dǎo)致的附著力下降。為避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生，工業(yè)齒輪油和涂層的兼容性測試可被視為一種有效的評價手段。

工業(yè)齒輪油與涂層的兼容性評價方法

工業(yè)齒輪油與涂層的兼容性，與潤滑劑與其他材料的兼容性測試類似，是采用浸泡的方式使涂層與工業(yè)齒輪油產(chǎn)生接觸后，評價涂層的性能。測試目前暫無國際統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法及涂層標(biāo)準(zhǔn)件，但有一些相對成熟的經(jīng)驗可以參考。部分國際知名齒輪箱制造商對兼容性要求較為嚴(yán)格，結(jié)合自身需求建立了企業(yè)規(guī)格，如西門子弗蘭德（Flender）。具體操作時可根據(jù)實際的需要制定試驗方法及樣件，兼容性的測試手段通常采用浸泡法、劃格法，涂層性能的評價可參考相關(guān)國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

浸泡法是將涂層樣片在一定溫度、一定時間下浸泡于工業(yè)齒輪油中，觀察涂層外觀有無出現(xiàn)異常。優(yōu)點是操作方法簡單、容易觀察，是一種快速驗證兼容性的手段。進(jìn)行評價時，考慮到工業(yè)齒輪油及其使用環(huán)境特點，通常遵循高于齒輪箱實際運行溫度、長周期浸泡的測試條件，同時亦可借鑒GB/T 1734《漆膜耐汽油性測定法》。

圖1 測試過程示意

劃格法是在浸泡法的基礎(chǔ)上在涂層表面用標(biāo)準(zhǔn)尺劃出規(guī)定間距的方格，采用黏取劃格處涂層的方式測試黏附性能，測試過程見圖1。

劃格法是一種評價涂層表面在潤滑劑中浸泡后黏附性能保持能力的手段，可參考涂層的評價方法如ISO 2409《色漆和清漆 交叉切割試驗》（Paints and varnishes Crosscut test）。值得注意的是，在使用該方法時需要采用標(biāo)準(zhǔn)尺，且對劃格間距、深度都有規(guī)定，建議在具備評價能力且有一定操作經(jīng)驗的實驗室進(jìn)行測試。

密封材料兼容性

工業(yè)齒輪箱中常見密封材料類型及失效形式

齒輪箱中的密封材料主要有橡膠、平面密封膠、螺紋緊固膠等，起到連接部位的密封作用。平面密封膠主要用于齒輪箱殼體的密封，螺紋緊固膠則用于緊固件的密封，常見的化學(xué)結(jié)構(gòu)主要有聚硅氧烷類、丙烯酸酯類等。與橡膠類似，在齒輪箱的實際運行中，如潤滑劑與密封材料如產(chǎn)生不兼容的情況，會增大因密封性能下降導(dǎo)致的漏油、潤滑效果下降等風(fēng)險，應(yīng)予以關(guān)注。

工業(yè)齒輪油與密封膠的兼容性評價方法

與涂料的兼容性測試類似，工業(yè)齒輪油與密封膠的兼容性測試，目前暫無標(biāo)準(zhǔn)方法及材料標(biāo)準(zhǔn)件。一些對于兼容性要求較為嚴(yán)格的國際齒輪箱制造商結(jié)合自身材料特點建立了企業(yè)規(guī)格，如西門子弗蘭德（Flender）。在實際操作中，可以參考其測試方法，也可根據(jù)自身實際需要設(shè)定測試方式。

密封膠的種類多樣，分類方式也有很多種。根據(jù)潤滑油使用及測試經(jīng)驗，可將密封膠材料按使用環(huán)境及種類的不同分為有氧型和厭氧型。因其化學(xué)特性的不同，兼容性的測試方法也存在差異。

有氧型的膠黏劑如平面密封膠可獨立制成樣片并具有一定彈性，其兼容性測試方法與橡膠兼容性類似。兼容性測試方法可基于DIN ISO1817橡膠兼容性測試方法建立，將樣片裁剪成規(guī)定尺寸的啞鈴型，采用浸泡的方式，在規(guī)定時間規(guī)定溫度后，對密封材料的拉伸強度變化率、拉斷伸長率進(jìn)行評價。用此方法評估工業(yè)齒輪油與平面密封膠的兼容性。平面密封膠測試過程如圖2所示。

厭氧型的膠黏劑如螺紋緊固膠可以借助螺栓和螺母進(jìn)行測試。將膠黏劑涂抹于螺栓與螺母之間，依據(jù)材質(zhì)的需要在規(guī)定條件下完成固化。將固化完成的樣件在規(guī)定時間、規(guī)定溫度下浸泡于工業(yè)齒輪油中，浸泡完成后通過測試其破壞扭矩及平均拆卸扭矩、剪切力等，評估工業(yè)齒輪油與螺紋緊固膠的兼容性。螺紋緊固膠測試過程如圖3所示。

值得注意的是，工業(yè)齒輪油與密封材料的兼容性的測試需要用到專業(yè)儀器及設(shè)備，如拉力器、數(shù)字旋轉(zhuǎn)黏度計、扭力扳手等。如需進(jìn)行兼容性測試，建議在具有資質(zhì)及一定測試經(jīng)驗的實驗室進(jìn)行評價。密封材料的兼容測試方法也并不唯一，具有研發(fā)實力和評價手段的相關(guān)機構(gòu)可以自行設(shè)計試驗方法。

我國對工業(yè)齒輪油與材料兼容性的關(guān)注情況

在工業(yè)齒輪油與材料兼容性評價體系建設(shè)方面，少數(shù)國內(nèi)的大型專業(yè)油公司如中國石化長城潤滑油及少數(shù)第三方測試機構(gòu)已與國際接軌，基本具備測試條件并在逐步研究和發(fā)展中。

大型國際齒輪箱制造商在中國生產(chǎn)和使用的齒輪箱產(chǎn)品在用油要求上執(zhí)行其企業(yè)規(guī)格，對油品的要求相對較高。相對而言，國內(nèi)齒輪箱制造商尤其是國內(nèi)龍頭企業(yè)已開始對材料兼容性方面予以關(guān)注，相對于國際一流制造商雖然尚存在一定差距，但隨著國內(nèi)制造商逐漸予以重視，將來在該領(lǐng)域的差距將有明顯的縮小。尤其是國內(nèi)知名的風(fēng)電齒輪箱制造商、整機制造商均在逐漸完善兼容性評價系統(tǒng)和相關(guān)企業(yè)規(guī)格，部分中國制造商已結(jié)合自身齒輪箱及密封特點建立OEM測試方法，為選油用油提供更多判斷依據(jù)，也提升了齒輪箱整體的可靠性和耐久性。將來將風(fēng)電領(lǐng)域的相關(guān)經(jīng)驗推廣應(yīng)用于更大范圍的工業(yè)齒輪箱中具有廣闊的前景，可達(dá)到最大程度上規(guī)范油品及齒輪箱內(nèi)部材料的使用，減少由于兼容性問題帶來的產(chǎn)品性能下降及安全隱患的目的。

圖2 平面密封膠測試過程示意

圖3 螺紋緊固膠測試過程

結(jié)論

目前國外齒輪箱制造商已建立了較為完善的工業(yè)齒輪油與材料兼容性的測試方法。國內(nèi)少數(shù)大型油公司如中國石化長城潤滑油已在該方面達(dá)到國際技術(shù)水平及測試能力，部分制造商尤其是風(fēng)電領(lǐng)域的制造商已在該方面予以重視，但國內(nèi)整體認(rèn)知水平仍有待提升，在用油及材料方面的意識提升、評價體系建立方面存在較大的發(fā)展空間。