随着飞机飞行速度的不断增大，航空发动机的功率、转速和载荷不断增加，导致发动机涡轮部件的工作温度不断升高，这需要进一步改善航空润滑油的高温性能 ．除去温度这一主要因素外，航空润滑油在工作中，还会接触到 Ｆｅ ， Ｃｕ ， Ａｌ ， Ｃｒ ， Ｍｏ等金属材料部件，甚至会与空气混合，特别是在喷射润滑油时，在高温有氧环境下润滑油极易与金属接触而发生氧化作用 ．因此，研究高温、高压、高转速和金属催化等苛刻工况条件下航空润滑油的高温氧化性能就愈加重要．研究人员对润滑油基础油的氧化安定性研究较多 ，对成品油氧化安定性的研究较少．本文中，笔者借助高温模拟氧化装置，考察了高温和金属催化对国产某型航空润滑油（ Ｘ ）的颜色、运动粘度和酸值等性能的影响，利用高压差示扫描量热（ＰＤＳＣ ）技术对 Ｘ的高温热氧化安定性进行了评价，得到了各油样的起始氧化温度（ＩＯＴ ）和氧化诱导期（ ＯＩＴ ） ．希望此研究能够为归纳航空润滑油的性能衰变规律、总结不同因素对航空润滑油的性能影响提供理论依据．
１ 实验部分
１．１ 油品、仪器与试剂
实验所用油品为某航空兵场站提供的某航空润滑油新油（ Ｘ ），经化验为合格品．
高温高压反应釜；昌吉SYD-265E石油产品运动粘度测定仪（上海昌吉）； 昌吉低温运动粘度测定器（上海昌吉仪器有限公司）；自动电位滴定仪 ＤＳＣ ８０００差示扫描量热仪（ＰＤＳＣ ，上海Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ公司） ．邻苯二甲酸氢钾、氢氧化钾、６０～９０℃的石油醚等均为分析纯，经精制后使用．实验中所用氮气和氧气的纯度为９９．９９９％．
１．２ 实验油样准备
量取 １５０ｍＬ Ｘ 放入高温高压反应釜中，快速升温至实验温度（ １８０ ， ２００ ， ２３０ ， ２５０ ， ２７０ ， ３００℃ ），在此基础上，添加确定的金属片，在不同温度下反应 ２ｈ ，反应结束后置于冰水浴中冷却至室温，取出反应釜中的实验油样待用 ．金属片为铁片和铜片，尺寸为１７ｍｍ×１２ｍｍ×１ｍｍ．在金属片添加前，经过碳化硅砂纸的打磨，然后浸润于异辛烷溶剂中，贮存备用．使用时，用脱脂棉擦去表面上的溶剂，将其置于润滑油中，避免金属表层立即氧化而影响高温模拟氧化实验．反应油样的编号列于表１．
１．３ 颜色、粘度和酸值测定
按照 ＧＢ ／ Ｔ ６５４０ － １９８６ （２００４ ）石油产品颜色测定法，采用目测法测定实验油样的颜色；按照 ＧＢ ／ Ｔ ２６５ －１９９８ （ ２００４ ）石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法测定实验油样在４０ ， １００ ， －４０℃的粘度；按照 ＧＢ ／Ｔ ７３０４ － ２０００ （ ２０１４ ）石油产品和润滑剂酸值测定法测定实验油样的酸值．
１．４ ＰＤＳＣ分析
按照ＳＨ ／ Ｔ ０７１９ － ２００２润滑油氧化诱导期测定法，用ＰＤＳＣ法测定实验油样的ＩＯＴ值和 ＯＩＴ值．程序升温法：油样进样量 ０．６ μ Ｌ ，氮气和氧气流速 ２０ｍＬ ／ ｍｉｎ ，高压炉体内部压强 ３．５ＭＰａ ，初始温度５０℃ ，氮气吹扫１ｍｉｎ后，以２０℃ ／ ｍｉｎ的速率升温至３００℃．恒温法：油样进样量１．０ μ Ｌ ，氮气和氧气流速２０ｍＬ／ ｍｉｎ ，高压炉内部压强３．５ＭＰａ ，初始温度５０℃，氮气吹扫１ｍｉｎ后，以１７０℃ ／ ｍｉｎ的速率迅速升温至２２０℃ ，切换氧气吹扫１ｍｉｎ稳定后，氧气氛围内恒温工作 ４５ｍｉｎ．
２ 结果与讨论
２．１ 颜色衰变分析
油样Ｘ在高温和金属催化作用下实验２ｈ后的油样颜色变化情况，可以看出， Ｘ在高温和金属催化作用下其颜色由浅黄变为黄色、棕色甚至部分变为黑色，说明该油样在高温和金属催化作用下发生了剧烈的氧化反应，体系颜色变化规律大致呈现为浅黄－黄色－棕色－黑色．对比同一反应温度下的 Ｘ氧化油样，可以发现金属催化作用下颜色加深更为明显，铜和铁２种金属的协同催化作用比单一金属催化作用更强．
２．２ 粘度衰变分析
航空润滑油的运动粘度是表征油品润滑性能的首要指标，也是反映油品氧化变质的重要体现 ． 其中 Ｘ在１００℃时的运动粘度指标要求不小于３．０ｍｍ２ ／ｓ．Ｘ在不同温度和不同金属催化作用下粘度的变化趋势．可以看出，氧化后的 Ｘ油样在４０ ， １００ ， －４０℃的运动粘度（ ν ４０ ， ν １００ ， ν －４０ ）均随反应温度的升高而降低，加入金属催化后其粘度减幅增强，说明金属催化作用促进了高温氧化进程，致使氧化油样的粘度发生大幅衰减．表２为不同因素作用下氧化油样的粘度变化，可明显看出 ν４０ ， ν １００ ， ν －４０ 的值均受金属催化作用的增强而导致衰减量及减幅的增加，且金属 Ｆｅ 比 Ｃｕ 催化作用更强，氧化油样的粘度衰减更大．
２．３ 酸值衰变分析
航空润滑油的酸值变化常用来衡量油品的氧化安定性，是换油的指标之一，也是限制油品腐蚀性的一项重要质量指标，油样 Ｘ的指标要求是酸值不大于０．１０ｍｇ／ ｇ．Ｘ在不同温度和不同金属催化作用下酸值的变化趋势见图２Ｄ ，可以看出，高温作用下 Ｘ 油样的酸值增长幅度比较平缓，在 １８０～２７０℃ ，酸值由 ０．１７ｍｇ／ ｇ增大到 ０．８１ｍｇ ／ ｇ ，增加了 ０．６４ｍｇ ／ ｇ ；金属 Ｃｕ 催化作用下，低于 ２３０℃ 的 Ｘ 氧化油样的酸值变化不大，但氧化温度从 ２３０℃ 提高到 ２５０℃ 时，酸值由 ０．１８ｍｇ ／ ｇ 增大到 １．５３ｍｇ ／ ｇ ，增加的幅度比无金属催化时明显增大；金属 Ｆｅ催化作用下，油样的高温氧化反应完全温度提前至２５０℃ ，该温度下氧化油样的酸值高达７．２４ｍｇ／ ｇ ；金属Ｃｕ＋Ｆｅ催化作用下，油的高温氧化反应完全温度为２３０℃ ，该温度下的油样酸值为７．８１ｍｇ／ ｇ．结合油样的粘度衰变情况，发现其粘度衰变和酸值衰变曲线的趋势是一致的，金属催化作用能够有效促进润滑油在高温下的氧化反应，使得其高温性能衰变显著，其中金属Ｆｅ的催化效果明显强于金属Ｃｕ．
２．４ ＰＤＳＣ分析
ＰＤＳＣ 法对 Ｘ 高温氧化安定性的评价，主要通过程序升温法和恒温法，获取油样氧化的热流 － 温度（或热流 － 时间）曲线，在此基础上分别计算得到ＩＯＴ值和 ＯＩＴ值，用于对比分析系列实验油样的氧化安定性。 油样 Ｘ的 ＯＩＴ分析恒温法测试的温度在综合考察系列油样不同温度下的氧化诱导期后，最终确定为２２０℃．Ｘ氧化油样在高温和金属催化作用下的恒温法的热流 － 时间谱图如图 ５ 所示 ． 由图 ５ 可知， Ｘ 在恒温 ２２０℃ 时的氧化诱导期的Ｐｅａｋ值为８．０１ｍｉｎ．其中，Ｐｅａｋ值是指热流 － 时间曲线中放热峰的峰值，与程序升温法中的 Ｏｎｓｅｔ值指标的效果是等同的，可用于评价油品氧化安定性的品质，其值越大，说明油品的抗氧化能力越强，氧化安定性越好．对高温和金属催化作用下 Ｘ氧化油样的Ｐｅａｋ值进行测量，发现其 ＯＩＴ值大幅度减小，说明其氧化安定性能发生了剧烈的衰变．高温无催化剂作用下， Ｘ氧化油样的 ＯＩＴ值变化幅度相对较小， Ｘ１ 的 ＯＩＴ值为７．８２ｍｉｎ ， Ｘ ６ 的 ＯＩＴ值为５．９６ｍｉｎ ，与新油相比，降低的最大幅度为２．０５ｍｉｎ．而在高温金属催化作用下， Ｘ氧化油样的 ＯＩＴ值衰减程度相对严重且金属不同衰减程度不同．在金属 Ｃｕ催化的氧化油品中， Ｘ Ｃｕ１ ～Ｘ Ｃｕ６的 ＯＩＴ值最高为７．５８ｍｉｎ ，最低为５．７９ｍｉｎ ，与新油相比，降低的最大幅度为２．２２ｍｉｎ ，与无金属催化相比衰减程度相差不大．而在金属Ｆｅ和金属Ｃｕ＋Ｆｅ催化作用下， Ｘ Ｆｅ１和 ＸＣｕ ／ Ｆｅ１ 的 ＯＩＴ 值分别降至６．７１ｍｉｎ和４．３２ｍｉｎ ；之后，在更高的氧化温度下，衰减程度均不大．这说明金属催化作用加快了润滑油的高温氧化反应·４ ３ ２·进程，特别是金属Ｆｅ的催化作用能使航空润滑油的氧化安定性迅速且大幅度降低．实际上，反应温度对油样 Ｘ的 ＯＩＴ值影响甚微，但增加金属催化时， ＯＩＴ值明显变小，按作用效果划分，金属 Ｃｕ＋Ｆｅ催化作用 ＞金属Ｆｅ＞金属Ｃｕ．与起始氧化温度相比，航空润滑油在某一温度下的 ＯＩＴ值更能反映出其氧化安定性的品质。
３ 结 论
通过对比高温和金属催化作用下油样颜色、粘度和酸值等性能变化情况，分析了各因素作用下 Ｘ 的高温性能的衰变程度．结果表明：高温和金属催化等外界因素会促进油样的颜色衰变，随着氧化温度的不断升高，其颜色大致从浅黄变为黄色、棕色直至黑色，颜色的变化说明油品已发生不同程度的氧化；高温对 Ｘ 的粘度衰变和酸值增大方面作用较小，金属催化作用极易促进油品高温氧化反应导致粘度性能发生严重衰变和酸值增大．相比而言，金属Ｆｅ比金属Ｃｕ催化作用更强，２种金属的协同作用要强于单一金属的作用效果．
利用ＰＤＳＣ法对比分析了上述实验油样的ＩＯＴ值和 ＯＩＴ值发现，温度、金属催化作用均能使航空润滑油的氧化安定性发生不同程度的衰减变化，而金属催化作用效果更为强烈，且金属Ｆｅ比 Ｃｕ催化作用更强，两金属协同作用比单一金属催化作用更强．利用程序升温下的ＩＯＴ 值很难判断油品的氧化安定性，而某一温度下的 ＯＩＴ值更能反映系列油样间氧化安定性的差异，希望此研究能够为归纳航空润滑油的性能衰变规律，总结不同因素对油品的性能效果影响提供理论依据．
