润滑脂测试的新转折

当传统的润滑脂测试方法满足不了提高润滑脂性能的新应用要求时，金属加工液测试有了新的方向。

在工业润滑和润滑脂领域，性能就是一切。不管是由润滑油还是其他部件引起的关键系统的故障，都意味着利润和停机的损失、工厂事故以及终端产品故障等重大安全风险。

最近，路博润（Lubrizol）被要求帮助客户解决在液压软管接头应用中遇到的润滑脂问题。解决问题涉及采用独特的方法筛选和测试可能最适合应用的润滑脂，选择最接近模仿应用本身的非常规测试方法。　

研究发现，扭转压缩试验与目标应用非常相似，满足其多种条件，比工业中广泛应用的润滑脂测试方法有更好的适用性。这是一种测试金属加工液模拟纵深拉的方法，也是使用拉力拉伸金属的加工工艺。生产过程中，研发团队从润滑脂特性和化学成分出发，利用这一测试方法深入研究了造成液压软管接头出现问题的原因。

在客户的应用中要使用金属压力机把液压软管跟它适当的配件连接起来。当设备的两个重载滑动钳口合在一起将配件压紧到软管上时，必须用合适的润滑脂对表面进行润滑，在压力机和滑动钳口之间形成必要的保护层。然而客户使用的润滑脂是一种含有固体添加剂的锂复合极压润滑脂，适合在低压压接下工作，随着压力的增加，滑动接触面会加大对表面润滑油的挤压，导致润滑油缺失造成不恰当的表面保护。边界润滑和薄膜润滑在两个滑动表面之间低速运行，由于缺乏适当的边界润滑，客户应用的表面通常会粘住，导致钳口磨损和运动不均匀。狭口的粘滑运动会导致软管跟配件之间的连接性变差而不被客户接受，液压软管组件在各种终端应用中可以发挥关键作用传送高压的流体跟液体。根据应用情况的不同，任何形式的破裂和压力损失都可能是灾难性的，这也是液压组件制造商绝对接受不了的情况。

确定合适的测试

首要的难题是要确定一个可比测试，能够成功模拟满足液压装配压力机的条件。为解决这一难题，研发团队评估了一些常用的润滑脂测试。

Timken OK负荷测试(ASTMD2509)是一种标准化测试，用来测试极压添加剂（EP additives）的性能。测试装置里有一个轴承座圈，安装在高速旋转的锥心轴上，座圈在恒定的载荷下与方形钢块接触，然后在接触区域中加入润滑脂，结果显示它们接触的形状呈直线形或着矩形，做纯滑动接触运动。

滑动四球极压测试(ASTM D2596)是另一种测试润滑脂极压值的标准试验方法。测试含有三个直径12.7毫米的硬化轴承钢球，放在装有目标润滑脂的杯子里，然后在不同负载下，放入第四个钢球让它跟三个较低的钢球接触，较高的钢球与低的钢球相比可以多转动十秒，结果显示它们的接触形状呈三点式，做纯滑动接触运动。

SRV测试（ASTM 5706）是一种利用高频线性振荡（SRV）机器确定极压值特性的最终标准测试方法。测试中，试验载荷以两分钟的间隔增加，直到润滑脂试样融合在一起，测试润滑脂失效的点，它们的接触形状是一个点，做循环纯滑动运动。

但是，这些传统的润滑脂测试方法中没有一种能够准确地模拟终端应用，即两个平面接触的界面，在重负和高压下以缓慢平滑的速度做无粘滑的边界润滑运动。虽然这些测试有助于评估各种润滑脂的性能，但我们认为，在非常规应用中，有必要使用另一种方法来测试其性能。

扭转压缩测试（Twist Compression Test/TCT），在绘图和冲压领域很常见，简单来说就是一个重载滑动磨损摩擦测试，可用于筛选金属加工液，能够在润滑或者非润滑的条件下评估两种材料之间的摩擦和磨损程度。

为了模拟金属成形环境下的效果，TCT以给定的压力和滑动速度将旋转工具压在金属表面上。许多金属加工液的供应商会定期使用TCT机器进行测试，不过据路博润团队所知，利用这项测试来筛选和开发润滑脂用于类似的应用还没有实现。

研究发现，TCT慢运行，高压力，重负荷的金属表面条件最接近目标应用的各项要求。他们认为在现场条件下，表现出良好性能的润滑脂也会运作得很好。事实上，TCT并不模拟实际操作的过程，但是实验证明它与依赖于边界润滑的运作过程有很大的相关性，这点和客户存在的应用问题一样。

路博润评估比较了应用条件，确定了如何使用TCT进行复制，然后筛选出最佳性能的润滑脂来解决客户的问题。

　测试结果

在确定TCT作为测试的适用方法之后，要确定测试润滑脂及其添加剂的特性，寻找能够充分形成所需薄膜层的产品。使用氯化石蜡是一种常见的添加剂解决方案，氯化石蜡是碳链长度从10到38不等的烷烃，它的长度取决于氯化程度。

尽管这些添加剂已被证明是非常有用的极压剂，在金属加工常见的拉伸困难、成型和去除操作中发挥了极大的作用，但是仍然存在一些争议。2015年，美国环境保护署(Environmental Protection Agency)根据《有毒物质控制法》(Toxic substances Control Act)禁止使用这些物质。然而，2017年，该机构在特朗普政府的领导下改变了方针。虽然这些物质在世界各地的市场中受到监管，但是客户希望有一个适用于全球的解决方案。

因此，研发团队在寻找其他的解决方案。锂极压润滑脂在现场实验中失败了，在温和条件下的TCT测试中也迅速失效。在此基础上，我们开发了一系列如图2所示的6种候选润滑脂，采用了不同的配方和化学添加剂。

他们在TCT设备中对每一种油脂做了两分钟的处理，每种润滑脂的相对性能如图3所示。在整个两分钟的测试中，我们的设计是为了有效地磨掉两个金属表面的保护层，消除摩擦系数上升时的边界润滑保护。保护层完全消除的点，以及两个金属表面接合的地方，在润滑脂30、润滑脂31和润滑脂33急剧下降。润滑脂34和润滑脂G表现出了最理想的整体摩擦性能，在测试过程中，它们都保持着可接受的摩擦系数，只有一个关键的区别就是润滑脂34是一种磺酸钙润滑脂，由硫极压添加剂配制而成，总体上保持了更好的磨损保护，但摩擦水平略有提高。润滑脂G作为一种不添加任何添加剂的磺酸钙润滑脂，在保持较好的摩擦性能的同时，磨损防护水平略低。这两种候选方案为客户应用程序提供了潜在解决方案。

总结

虽然TCT通常不用于润滑脂测试，但已经证明它对于需要形成保护性边界层的应用有很大的作用，并且与许多常见的润滑脂测试相比能更准确地模拟客户应用程序的实际操作条件。实验的经验表明，在开发高性能润滑剂和润滑脂时，最重要的考虑产品的使用性能。测试的确是这项工作的关键部分，不过前提是测试与实际性能相关并能反映实际的需求。