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            島津企業(yè)管理(中國)有限公司

            發(fā)動機(jī)潤滑油變質(zhì)?一鍵解鎖島津解決方案

            時間:2020-5-14 閱讀:344
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            1、 什么是潤滑油?

            對于裝配有內(nèi)燃機(jī)的車輛、建筑機(jī)械、船舶、飛機(jī)等器械設(shè)備而言,發(fā)動機(jī)潤滑油在潤滑、冷卻、清潔和防銹過程中起到十分重要的作用。如潤滑油變質(zhì),則會導(dǎo)致潤滑性能下降、發(fā)動機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)磨損,進(jìn)而縮短發(fā)動機(jī)使用壽命并引發(fā)故障。

             

            出于物理因素、高溫加熱、金屬磨損顆粒及燃料污染物等影響,機(jī)油成分及其添加劑會分解或產(chǎn)生化學(xué)變化,從而導(dǎo)致潤滑油變質(zhì)。因此,建議使用不同類型的分析儀對潤滑油變質(zhì)實施分析,確定更換機(jī)油時機(jī)及應(yīng)實施何種發(fā)動機(jī)維護(hù)工作。 

             

              1 發(fā)動機(jī)潤滑油變質(zhì)常見原因

             

            美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)一種通過可變參數(shù)來評價潤滑劑變質(zhì)程度的方法。本文中,我們根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)中所的分析方法,對潤滑油變質(zhì)、污染物、磨損和添加劑實施了分析與評估,其間使用了傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)、氣相色譜儀(GC)和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)等設(shè)備。

             

            1 FT-IR、GC和ICP-AES的潤滑油分析項目示例

             

            2、 使用緊湊型FT-IR實施潤滑油變質(zhì)分析

            紅外光譜法所提供的數(shù)據(jù)(光譜)可反映出物質(zhì)結(jié)構(gòu)。在FT-IR潤滑油分析中,可采集由于磺化、硝化等組成物變化所引起的變質(zhì)信息,還可以獲取由于氧化引起的羰基增量信息。分析同樣可提供煙炱和其他物質(zhì)污染物的相關(guān)信息,并可獲取由于水分污染而引發(fā)的羥基增量信息。此外,如潤滑油包含抗氧化劑或抗磨組分,那么可通過*峰值來確定是否由于潤滑油變質(zhì)而導(dǎo)致添加劑減量。

             

            此項研究中,我們使用緊湊型、高性能FT-IR和易用液體分析單元對潤滑油變質(zhì)實施評價。

             2 結(jié)合使用IRSpirit和Pearl液體池

             

            2-1丨方法

             

            結(jié)合使用IRSpirit與Pearl 0.1 mm光程液體池,對樣品A和樣品B的廢舊機(jī)油與新機(jī)油實施分析。樣品A和樣品B的詳細(xì)信息如下:

             

            2 樣品詳細(xì)信息

             

             

             

            2-2丨結(jié)果

             

            3 樣品A和樣品B的光譜

             

            根據(jù)FT-IR分析結(jié)果,樣品A中確認(rèn)存在水污染及由于氧化和硝化而引起的變質(zhì)。樣品B中,抗氧化劑量減少,但并未觀察到由于氧化變質(zhì)引起的光譜變化。因此可假定使用抗氧化劑有效防止了機(jī)油氧化。

             

            使用FT-IR,無需實施樣品預(yù)處理即可實施潤滑油分析,Pearl液體池在每次分析后,能夠簡單、快捷地實現(xiàn)池體單元清潔工作。此外,由于能夠以高精度保持光程長度,因此所獲數(shù)據(jù)在符合ASTM E2412要求的同時,還可以確保高可重現(xiàn)度。

             

            然而,由于FT-IR方法靈敏度不高,因此很難區(qū)分低濃度污染物(如:燃料和冷卻劑)。GC和ICP-AES方法適用于此類詳細(xì)分析。

             

            3、 利用GC快速分析發(fā)動機(jī)潤滑油中的燃油稀釋率

            發(fā)動機(jī)潤滑油中如果混入汽油或柴油等燃料油,那么會導(dǎo)致潤滑油粘度降低、無法發(fā)揮其潤滑性能。因此,燃油稀釋率(含量)通常作為判斷機(jī)油是否需要更換的一個關(guān)鍵指標(biāo)。測定發(fā)動機(jī)潤滑油中的燃油稀釋率,一般采用配備氫火焰離子化檢測器(FID)的GC法,該方法是較為準(zhǔn)確檢測方法之一。

             

            但是,當(dāng)分析高沸點(diǎn)化合物樣品時,該方法存在的弊端是分析時間較長,分析效率低。ASTM D7593將反吹技術(shù)引入氣相色譜法,可實現(xiàn)燃油稀釋率的快速分析。該系統(tǒng)可應(yīng)用于發(fā)動機(jī)潤滑油中汽油、柴油和生物柴油分析。

             

            在此項研究中,使用了配備反吹系統(tǒng)的氣相色譜法和利用氮?dú)庾鳛檩d氣進(jìn)行分析,從而節(jié)約分析成本。

             4 島津反吹系統(tǒng)

             

            3-1丨方法

            使用配備有反吹系統(tǒng)的Nexis GC-2030氣相色譜儀對發(fā)動機(jī)潤滑油中的燃油稀釋率進(jìn)行分析。根據(jù)汽油n-C12和柴油n-C20的停留時間,設(shè)置反吹起始時間。

             

            3 分析條件

             

             

            3-2丨結(jié)果

             5 發(fā)動機(jī)潤滑油中稀釋汽油分析色譜圖

             

             6 混入柴油的基油樣品的長期連續(xù)分析

             

            4 稀釋汽油分析的重現(xiàn)性(%,n = 10)

             

             

            5 稀釋柴油的重復(fù)性(%,n = 10)

             

             

            使用配備反吹系統(tǒng)的氣相色譜儀實現(xiàn)了測定時間小于2分鐘的高效率汽油稀釋率測定和小于4分鐘的高效率柴油稀釋率測定。僅需將樣品放置于小瓶中即可進(jìn)行分析,無需任何預(yù)處理操作(如:溶劑稀釋)。此外,Nexis GC-2030可同時使用兩套反吹系統(tǒng)流路讓生產(chǎn)率提高一倍。

             

            該系統(tǒng)具有良好的重現(xiàn)性,并在使用廉價氮?dú)廨d氣的同時,滿足ASTM D7593中的要求。在 600次分析中,所得稀釋率的重現(xiàn)性 % RSD為2.3%,每實施200次分析對耗材(如:隔墊)

             

            進(jìn)行一次維護(hù),此處顯示出其出色的長期穩(wěn)定性。特別是對于質(zhì)量控制部門而言,由于需要進(jìn)行大量樣品的常規(guī)分析,因此對于低成本、快速分析的需求十分迫切。本應(yīng)用中,我們介紹了一種使用配備有反吹系統(tǒng)的Nexis GC-2030氣相色譜儀對發(fā)動機(jī)潤滑油的燃油稀釋率進(jìn)行經(jīng)濟(jì)高效、快速的分析方法。

             

             

            4、 使用ICP-AES分析廢舊潤滑油中的添加劑元素、磨損金屬和污染物

            分析潤滑油中的金屬磨損可為評估潤滑油變質(zhì)和發(fā)動機(jī)狀態(tài)提供有用信息。同時,在潤滑油中添加富含各類有機(jī)金屬物質(zhì)的多種添加劑可增強(qiáng)其潤滑性能。為保證潤滑油質(zhì)量(實現(xiàn)質(zhì)量控制),控制添加劑濃度十分重要。根據(jù)ASTM D5185和D4951,使用有機(jī)溶劑稀釋的ICP-AES測定廢舊潤滑油中所含有的添加劑元素、磨損金屬和污染物。

             

            本研究中,我們使用島津ICPE-9820發(fā)射光譜儀,根據(jù)ASTM D5185中針對廢舊潤滑油樣品所的22種元素(包括ASTM D4951中所述的9種元素)實施分析,并同樣對未經(jīng)使用的潤滑油樣品實施分析以作參考,樣品均使用有機(jī)溶劑進(jìn)行稀釋。ICPE-9820采用垂直方向的炬管設(shè)計,可有效防止積碳,并在無需加氧的條件下,為有機(jī)溶劑樣品進(jìn)行穩(wěn)定的分析。

             

            4-1丨方法

             

            使用島津ICPE-9820進(jìn)行測定。測定條件見表6。常規(guī)ICP儀器進(jìn)行有機(jī)溶劑樣品分析時,通常須將氧氣導(dǎo)入等離子體中,以防炬管管口上形成碳沉積。然而,島津ICPE-9820采用了可抑制碳沉積的炬管,幾乎可*消除由樣品和有機(jī)溶劑形成的積碳。因此,即使在分析煤油、二甲苯和MIBK等品類的有機(jī)溶劑樣品時,ICPE-9820依然無需導(dǎo)入氧氣來抑制碳沉積。此外,由于島津ICPE-9820采用真空光室,因此在分析類似硫等波長處于真空紫外區(qū)域元素時,無需使用消耗昂貴、高純度氣體的吹掃光室,可節(jié)約分析成本。

             

            6 分析條件

             

             

            廢舊汽車潤滑油(行駛里程約4000公里)與僅用于分析樣品的新潤滑油。樣品預(yù)處理包括:各樣品稱約10 g,然后用100 mL的煤油進(jìn)行稀釋。使用煤油準(zhǔn)確稀釋SPEX油基21元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(500μg/g)、SPEX油基單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(5000μg/g)與重油硫含量標(biāo)準(zhǔn)樣品(重量的1.05%)制備標(biāo)準(zhǔn)溶液。

             

            此外,用煤油稀釋油基Y(釔)單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(5000μg/g),并作為內(nèi)標(biāo)元素添加至所有樣品中,從而使所有樣品保持固定濃度。

             

            為了驗證測定值,將上述標(biāo)準(zhǔn)溶液添加至廢舊潤滑油中,制備5 mg/L溶液,用作低濃度元素加標(biāo)回收測試樣品。此外,對于高濃度元素,使用煤油將廢舊潤滑油稀釋50倍以制備稀釋測試樣品。

             

            4-2丨結(jié)果

            7給出分析結(jié)果。針對廢舊潤滑油,高濃度元素稀釋測試和低濃度元素的加標(biāo)回收測試均獲得了接近100%的優(yōu)異結(jié)果。此外,同樣列出針對新潤滑油實施分析所獲的分析結(jié)果,以供參考。使用ICPE-9820,可以穩(wěn)定地分析廢舊潤滑油中的溶解元素,而無需導(dǎo)入氧氣。

             

            7 潤滑油的分析結(jié)果

             

            峰值回收率(%)=(C1-C2)/B×100(C1:加標(biāo)樣品定量值;C2:非加標(biāo)樣品定量值;B:加標(biāo)濃度)

            稀釋測試(%)= I/S×100(I:稀釋前樣品的定量值;S:5倍稀釋樣品的定量值×5)

            檢測極限:DL = 3×σBL×κ(σBL:背景強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差;κ:濃度/強(qiáng)度)<:小于檢測極限

             

            5、 結(jié)論

             使用FT-IR、GC和ICP-AES可獲得關(guān)于潤滑油變質(zhì)分析的有用信息。

             緊湊型IRSpirit和Pearl可輕松獲取符合ASTM E2412要求的數(shù)據(jù)。

             使用GC-2030反吹系統(tǒng)可對潤滑油燃料稀釋品實施經(jīng)濟(jì)有效的分析。

             使用ICPE-9820,無需導(dǎo)入氧氣即可穩(wěn)定分析潤滑油中的溶解元素。

             

            文章參考:ASTM E2412-10、ASTM D7593-14、ASTM D5185-18、ASTM D4951-14

             

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