第35卷第7期2019年4月
Vol.35No.7
Apr.2019
甘肃科技
Gansu Science and Technology
魏泰，耿珊，张岩
浅卡
（甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃兰州730050） 摘要：润滑油元素分析作为监测机械设备磨损状况的有效手段，可通过分析检验润滑油的理化性能指标、污染物及磨损分析，提前发现设备潜在问题，避免事故发生。介于此，本文综述了润滑油中几种常见元素在油液检测过程中的产生原因。同时，介绍了元素分析检测方法，如，X射线荧光光谱法、红外光谱分析技术、ICP-OES及MPT-AES等，并对其工作原理及使用范围逐一概述。
关键词：润滑油；元素分析
中图分类号:[TE-9]
1概述
目前，制造行业蓬勃发展，机械化设备的高效运行已成为生产类企业创造效益的有力保证，几乎所有的机械设备都需要采取润滑措施来减少设备磨损，消除设备故障，以排出安全隐患，达到节约成本的目的。因此，润滑油的对设备的用途尤为重要。市场上的主流润滑油多以基础油、加氢油以及合成油为主。其成分具有沸点高，相对分子质量高等特点，例如，怪类和非怪类混合物。混合物的组成成分一般是烷桂、环烷桂、芳怪、环烷基芳怪及含氧、含氮、含硫的有机物和胶质沥青等非姪化合物叫一般的润滑油中都会加入添加剂以增强润滑油某一特性，例如抗磨特性，抑制气泡特性等叫通过观测润滑油中的元素，一方面可以判断润滑油的适用性，实时监测机械设备在运行过程中润滑油添加剂元素的损耗，预防机械故障。另一方面，机械设备在长时间运转下，会存在不同形式的磨损，通过对机械磨损元素的监测，避免磨损元素的突发变数，减少不必要的机械磨损，采取适当的措施，对设备潜在的故障进行预测叫 与此同时，若要实现对机械设备中润滑油的快速精准分析，确保机械的高效运转，则需要对设备进行实时监测，如通过检测运转设备润滑油中元素的种类、含量及变化趋势，可对机器设备的工作状态、
磨损状况和实时情况进行预测，从而保证了设备运转的持续性。目前测试润滑油中元素的主要方法有X射线荧光光谱法、红外光谱分析技术、电感耦合等离子体发射光谱法以及微波等离子炬原子发射光谱方法，通过结合不同测试方法在油品检测及应用范围方面的差异，对润滑油中的元素含量及成分进行检测，将对准确检测润滑油的品质及状态具有指导性意义豐
2元素分析
2.1油中元素存在的可能原因
润滑油中加入添加剂元素可以增强润滑油相应的特性，例如润滑油的清洁性能、抗磨性能和抑泡性能等叫按功能分添加剂可分为抗氧化剂、抗磨剂、清净剂、分散剂、及泡沫抑制剂等等阿。清净分散剂主要是控制油氧化后的产物，如胶质物质，积碳等不溶于油的物质悬浮在油中不粘结在机械设备部件±；抗氧化剂的作用顾名思义就是防止或者延缓油品的氧化变质，油中添加抗氧化添加剂可以钝化金属对油品氧化催化的作用，这样可以避免油品粘度的快速增加；抗磨添加剂为了提高润滑油的抗磨性能，就通常在基础油中加入例如磷类、硫类、有机金属类及硼类抗磨添加剂，这类添加剂可以在机械部件的表面形成薄膜，防止设备部件运转过程中过度接触导致金属颗粒的剥落，从而避免设备故障发生叫抗泡剂的存在也是为了抑制润滑油受到震荡及搅动情况，形成气泡，气泡的形成会泡坏油膜，降低润滑效果，抗泡剂主要作用使抑制泡沫产生，快速消泡，它能在泡沫上形成不的膜泡坏泡沫的存在，一般常用的抗泡剂是甲基硅油。
便携式存储检测中除了会检测出微量添加剂元素之外，仍
程序升温26甘肃科技第35卷
会检测出一些磨损元素，例如铁元素，铝元素，铜元素等，这是因为机械设备在运转过程中金属颗粒脱落引起。当然部分元素也有即是添加剂元素又是磨损元素的可能。
ccc3602.2油中存在元素的种类
检测分析中锌元素的出现可能是因为有机锌类作为内燃机润滑油的抗氧化及抗腐蚀添加剂的主要成分，主要是通过一起参加化学反应来起到抗氧化作用。另外锌元素的存在也有可能是黄铜部件、氯丁橡胶密封件、油脂磨损使得新元素混入油品中，或者是冷却系统泄露。一般锌元素作为添加剂的存在时以微量形式存在。若以磨损形式存在，则数据上显示将增加很多并且在检测过程中锌元素在增加并不是损耗，则说明此时的锌元素应是磨损元素。
镁元素存在极有可能是清净剂添加剂中引起的，因为镁元素的灰分较低，用在清净剂中也较为广泛。除此用于添加剂外，镁元素的存在也有可能是来自于发动机材料、部件架、或者是油中进入海水遭受污染也会检测到镁元素。
顿、钙类元素其实是因为在汽油机和柴油机会使用钙和顿的磺酸盐作为清净剂，清净剂按酸根的类型
又可以分为磺酸盐、硫代磷酸盐，酚盐和水杨酸盐等，主要作用是防止发动机表面上生成漆膜或者油氧化后胶质物质粘结。钙元素除了在添加剂中出现，其实有时候油品如若被海水污染了，也会检测出钙元素。
钳元素的大量存在也是因为活塞部件磨损产生及电动马达磨损。当然铝元素在添加剂中的存在也举足轻重，油溶性的有机钳通常以液态形式存在于润滑油中，在设备正常工作的时候有机钳在摩擦面表面形成一种具有减摩、抗磨作用的物理化学吸附膜。在极为苛刻的工作条件下，有机铝能在摩擦表面分解成为纳米级别的二氧化钮膜，这种膜的厚度每层基本在0.625纳米，层间距离为1.32纳米，纳米级的二氧化钮将摩擦面的摩擦形式由滑动摩擦变成了滚动摩擦，极大的降低了摩擦系数，并且具有高温抗氧化的功效。当然有机钳添加剂在润滑油领域经历了四个阶段，第一阶段直接应用二氧化铝，由于分散性不理想尝试第二阶段；第二阶段硫磷氧有机钳，因为工艺不稳定所以到达第三阶段使用含硫有机钮，但是第三阶段的弊端是油溶性减摩性能还不是十分理想，针对第三阶段的弊端将第四阶段中磷改为了低磷，含氮和含硫有机钳％所以在检测中添加了有机钳的润滑油中有可能还存在硫元素，氮元素和少量的磷元素。
齿轮油中磷元素的存在还是普遍的，因为磷元素广泛存在于抗氧化和抗腐蚀添加剂中，例如，丁锌基硫化磷酸盐等。这些磷酸盐物质，会阻碍油品氧化物质和油中的於渣及漆膜发生连锁反应，丁锌基硫化磷酸盐的存在会先一步与初氢态的过氧化物反应，阻碍油品氧化物质和於渣及漆膜的反应，以延缓
油品的劣化。除此之外，在油品分散剂添加剂和抗磨添加剂中也会经常看到磷元素的身影。齿轮油中的抗磨添加剂一般是磷酸酯类化合物，早前研究者提出磷酸酯的作用机理是：添加剂磷酸酯会在设备运转高温环境下和接触表面的铁发生化学反应生成磷化铁，并且形成共融合金流动性增强，表面更加趋于平整，达到“化学抛光”的效果。后期有研究者认为磷酸酯类添加剂会在设备运转中生成一层膜以保护设备，减少设备接触面磨损㈣。
先前的抗磨极压添加剂都是磷系极压抗磨剂、氯系极压抗磨剂等，硼酸盐作为极压抗磨剂是一种新的尝试。经过测试硼酸盐的磨损性能、热氧化性能和抗腐蚀性能，都较磷系和硫系极压抗磨添加剂高。很明显硼酸盐极压剂可耐150七，高于正常磷酸系硫系极压抗磨剂耐热温度20七。但是无机硼酸盐不易溶于油，易溶于水，所以影响了硼酸盐的应用，有机硼酸酯抗压抗磨剂具有良好的抗磨性能，有良好的发展前景。若添加剂中没有硼元素，在油品检测分析中发现硼元素存在这极有可能是因为密封件被损坏、空气带进尘土，也有可能是因为油品被水污染了，再者是冷却系统泄露污染油品。
润滑油产品中存在硅元素，主要是因为有机硅是消泡添加剂的主要组成部分，有机硅的主链十分的柔顺，分子间的作用力相较于碳氢化合物较弱，又因为它又比同分子量的碳氢化合物粘度低，表面张力弱，表面能小，成膜能力强，这种特性在润滑油的消泡邻域很有益处的。添加剂中硅元素存在形式主要是有机硅聚合物，如带有极性集团的硅和非极性基团的烷基聚合而成的二甲基硅油。这种有机硅物质能够有效的抑制泡沫的产生，以胶体的形式稳定的分布在油中增加液体同空气的表面张力，从而达
到抑制泡沫生成的效果，与此同时也意味着有机硅
第7期魏泰：润滑油元素分析27
聚合物抗泡沫剂的油品空气释放性较差。
在检测分析过程中前期少量的存在铁元素也是正常的表现，但是在元素检测过程中，润滑油的铁元素快速上升，这表明机械设备可能有机械故障产生。一般的铁元素大量存在的故障时因为轴承、阀门、摇臂、活塞环、齿轮、轴、锁圈、螺母等机械部件的磨损。润滑油中存在铝元素一般是因为金属部件磨损所致，铝元素主要来自于衬垫、垫片、垫圈、活塞等零件的损坏，或者是行星齿轮磨损。近年来也有将铝元素作为添加剂元素。铁铝元素普遍属于滑动磨损元素，对其的监测是非常有必要的。
3检测技术
3.1X射线荧光光谱法测定润滑油中元素
X射线荧光光谱分析在1929年被施赖伯首次使用，在1948年第一台商业性X射线荧光光谱仪完成。全反射X射线荧光光谱法检测时灵敏度高，可以多种元素同时检测，检出限可以达到p_g/L数量级，用单道X射线荧光光谱测点样品中的一个元素只需要5~20s左右的时间，用多通道光谱仪你能在20~100s内完成样品中全部的待测元素，并且X射线荧光光谱法能同时分析多达48种元素。其二X射线荧光光谱与
元素的化学结合状态无关，晶体或非晶体的块状固体，粉末及封闭在容器内的液体或气体均可直接测定。X射线荧光分析是利用高能X射线照射样品中元素的原子时发射出具有一定特征的X射线谱。谱线的强度和元素含量的多少有关，通过测试谱线的波长和谱线强度，就可以知道元素的种类和含量何。
仿真海枣树
X射线可以精确的对润滑油中的添加剂及磨损金属进行检测，并且在用于分析油品元素时。操作简便、快速、准确是十分有效的方法，有助于预测设备的潜在故障，维持设备的正常运行，确保生产不中断。但是,X射线荧光光谱法也有自身的局限性，如存在检出限不高，仪器成本较高，普及率低等缺陷。
3.2红外光谱分析技术
傅里叶变换红外光谱在润滑油质量评价和添加剂定量测定的应用较为广泛，在样品的红外光谱图上，依据岀峰位置和峰型判断物质的官能团及分子组成。并且通过对未使用和已使用红外谱图对峰强度和峰位置比较，可以看到油中的化学变化，并且根据油品的红外光谱图可以分析出油品中的官能团，可以明显的知道油品的老化过程。
红外方法制样简单，分析速度快，但是多用于对官能团的判断，以及定性分析等。丙酮回收
3.3电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)
电感耦合等离子体发射光谱检测油中微量元素技术成熟，分析速度快速及同时能多元素进行测定，大大提高分析效率咱31。ICP-OES可以多种元素同时测定，并且线性范围较宽，具有高灵敏度，基体效应小，精密度较高，测试准确快速，检测机械设备钝化有元素，具有对油品质量的监督及对机械设备状态的检测作用，目前油品的前驱处理有、微波消解、萃取法、高压容弹法等，也可以采用直接进样方法。有机进样是油样混合溶剂直接导入ICP光源，这样前处理较为简便，但是检测也快速准确,ICP-OES的检出限基本可以达到ng/g1'4^
3.4微波等离子炬原子发射光谱(M PT-AES)
微波等离子炬作为激发光源具有温度高的优点，并且具有中央通道，待测液体由载气引入该通道经历脱溶剂、熔融、蒸发、解离等过程，形成气态原子，各组成原子再吸收能量后发生激发，激发态的原子不稳定回到基态释放能量。根据各元素气态原子所发射的特征辐射的波长个强度进行定性和定量分析。
4结论
结合润滑油中各元素的产生原因，通过x射线荧光光谱法、红外光谱分析技术JCP-OES及MPT-AES等油品元素分析检测技术，可获得油品中各元素的含量及变化趋势，从而判断油品的老化程度。根据不同分析方法的适用性，及时检测出油品的信息状况，将设备的运转情况与润滑油的检测结果综合分析，
针对性的判断设备工作状况，从而制定相应的换油周期，并对机器进行定期维护，延长机器设备的使用寿命。
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32甘肃科技第35卷以上时，对这四种金属离子均有较高的去除效率，而
对AL2(SO4)3和明矶，不同的金属离子，所要求的PH
值也不相同。如附图PH值=7.5时，AL2(SO4)3、明矶
对Cd的去除效率均能达到峰值。而对Zn离子来
讲,PH=7.5时,A：(SO4)3对Zn的去除效率最低，因
此在何种混凝剂在PH值范围的选择上，要根据原
在水处理中，尽管混凝剂适用已达半世纪之久，
但混凝剂选择，使用剂量控制，PH值调整，药品投
入顺序以及如何配合适用助凝剂等问题，仍须进行
深入研究。而废水种类的繁多，使混凝剂应用优化
性则更显得尤为突出，因此有关混凝沉淀法处理废
水研究还须更进一步深入。
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