孫瑞華 邵志華

1 中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心

2 贏創(chuàng)德固賽(中國)投資有限公司上海分公司油品技術(shù)中心

標(biāo)準(zhǔn)的制定背景和意義

熱氧化安定性是汽車發(fā)動機油的重要特性之一[1]。不同質(zhì)量等級汽油機油的氧化性能是通過程序Ⅲ的發(fā)動機臺架試驗來確定，不同質(zhì)量等級程序Ⅲ試驗的試驗條件不同，具體條件見表1。

表1 程序Ⅲ試驗條件

從表1可以看出，隨著汽油機油的發(fā)展，程序Ⅲ試驗條件越來越苛刻，說明對汽油機油的氧化性能的要求加強。但由于臺架試驗的費用高，周期長，因此在油品的研制過程中開發(fā)了和臺架試驗有一定相關(guān)性的試驗室模擬試驗用于試驗室的模擬評定，待試驗室工作進行到一定程度時再進行發(fā)動機臺架試驗，以節(jié)省油品開發(fā)費用。ROBO試驗法[2]模擬程序ⅢG發(fā)動機臺架試驗油品氧化的過程，可以用于評價高檔汽油機油氧化特征的模擬試驗。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，發(fā)動機技術(shù)不斷進步，汽油機油的氧化負荷增加，因而使汽油機油在實際使用周期最后階段的低溫泵送性能降低，特別是對于低黏度汽油機油，這種情況更為嚴(yán)重[3]。因此在2005年公布的SM汽油機油規(guī)格中增加了MS Ⅲ GA臺架試驗項目，要求MS Ⅲ G試驗后油品的低溫泵送性與新油相比，變化不大于1級。在SN汽油機油規(guī)格中直接增加了ROBO試驗，取代MS Ⅲ GA成為評價高檔汽油機油氧化后低溫泵送性能的重要指標(biāo)。

NB/SH/T 0976—2019 是使用重新起草法修改采用ASTM D7528[4]制訂，具體和ASTM D7528不同是部分引用標(biāo)準(zhǔn)修改為我國相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；關(guān)于配件說明、和本標(biāo)準(zhǔn)無關(guān)的尚未明確的信息在附錄中。

方法概要

將試驗油和少量二茂鐵催化劑加入到1 L的反應(yīng)容器中攪拌，在170 ℃條件下加熱40 h，并在負壓狀態(tài)下，持續(xù)在試驗油液面進行空氣吹掃，同時將二氧化氮和空氣通入到試驗油液面下。試驗結(jié)束，老化油冷卻后進行40 ℃運動黏度、低溫動力黏度（CCS）和邊界泵送性能(MRV)測試，蒸發(fā)出的油品冷凝后稱重計算蒸發(fā)損失。

標(biāo)準(zhǔn)注意事項

設(shè)備安裝

嚴(yán)格按照方法要求準(zhǔn)備配件及嚴(yán)格按照方法要求安裝配件。一個組裝好的ROBO設(shè)備如圖1所示。由于試驗過程中涉及劇毒的液態(tài)二氧化氮，整個設(shè)備安裝在通風(fēng)櫥中。

圖1 ROBO試驗設(shè)備示意

關(guān)鍵操作過程

真空控制閥閥位的設(shè)置

對于一個新的ROBO試驗設(shè)備，按照NB/SH/T 0976—2019 標(biāo)準(zhǔn)方法說明設(shè)置真空控制閥閥位。真空控制閥閥位的設(shè)置非常關(guān)鍵，它會影響試驗的苛刻度。在隨后所有樣品試驗中，應(yīng)使用初始設(shè)置的閥位、上次成功校準(zhǔn)時的閥位或試驗最后成功校正確定的閥位，之后所有試驗油都用相同閥位。

催化劑準(zhǔn)備

稱取(0.1±0.001) g的二茂鐵催化劑，加入到250 mL的玻璃瓶或其他適當(dāng)?shù)娜萜髦小＜尤?99.9±0.1) g的稀釋油100N，得到濃度為(0.100±0.001)%的二茂鐵溶液。在往復(fù)振蕩器上震蕩至少10 min或用橢圓型瓶子至少震蕩5 min，充分混合直到催化劑完全溶解。

密封檢查

向試驗油液面下通入185 mL/min的干燥空氣。在上方，在真空控制閥和真空源連接處頂部安裝流量計，在空氣流量為185 mL/min的情況下，對反應(yīng)容器抽真空同時限制真空緩釋孔閥的開度保證系統(tǒng)壓力為85 kPa，丙烯酸浮子流量計（見標(biāo)準(zhǔn)6.10.1）的讀數(shù)應(yīng)小于6.99 L/min（0.6SCFM）。

預(yù)先設(shè)置好真空流量

對反應(yīng)容器抽真空，通過調(diào)節(jié)掃氣量為（56.64±2.83） L/min[(2.0±0.1)SCFM]設(shè)定空氣流量,如果有必要，對真空源和冷凝器之間的真空管線也抽真空。通過真空調(diào)節(jié)閥保持真空壓力在(61±1.7 )kPa之間。這些參數(shù)一旦設(shè)定好，切斷真空，從系統(tǒng)中移走丙烯酸浮子流量計。

樣品準(zhǔn)備和二氧化氮的加入

在反應(yīng)容器中加入(3.0±0.1) g預(yù)先準(zhǔn)備好的二茂鐵催化劑溶液和(197±1.0) g試驗油。打開攪拌器電源，調(diào)節(jié)攪拌速度為(200±5) r/min，打開加熱器電源。將(2.0±0.1) mL的二氧化氮導(dǎo)入到刻度管內(nèi)。

試驗油的老化

通常情況下設(shè)定好時間、溫度，打開真空閥，試驗油開始老化。設(shè)定計時器的時間為40 h，開始計時；設(shè)定控制溫度170 ℃，開始加熱；調(diào)節(jié)溫度控制器輸出電壓為25 V～40 V。

打開真空系統(tǒng)。調(diào)節(jié)二氧化氮的針型閥，使二氧化氮緩慢地進入進氣氣流中，控制二氧化氮流速，使其在(12±1) h內(nèi)緩慢地從刻度管完全導(dǎo)入反應(yīng)容器中。由于二氧化氮流速的變化影響精密度，二氧化氮應(yīng)以可控而平緩的速度進入到反應(yīng)容器中，在開始的2～4 h內(nèi)密切監(jiān)控二氧化氮以0.167 mL/h的流速消耗，保證在這個時間段二氧化氮消耗0.5 mL，剩下的1.5 mL以相同的速度加入，保證2.0 mL的二氧化氮在11～13 h之內(nèi)加完。

試驗結(jié)束

40 h后，在繼續(xù)通空氣、并攪拌的條件下使系統(tǒng)冷卻到室溫。關(guān)閉真空（40 h試驗完成后隨時關(guān)閉真空流量），打開反應(yīng)容器頂蓋上樣品加入口等任一孔緩慢泄壓；將老化油導(dǎo)入試劑瓶進行中，進行40 ℃運動黏度、低溫動力黏度（CCS）和邊界泵送性能(MRV)測試；收集冷凝后蒸發(fā)出油樣，稱量、計算油品的蒸發(fā)量。

清洗

試驗結(jié)束后用清洗溶劑清洗反應(yīng)容器、真空控制閥、反應(yīng)蓋底部、攪拌棒、熱電偶、管線，用丙酮漂洗，除去閥孔、閥座和塞子里的碳沉積物。干燥后重新裝配，重新組裝真空控制閥時，確保閥位在初始設(shè)置確定的位置，或最后成功校準(zhǔn)設(shè)定的位置。

標(biāo)準(zhǔn)的精密度

NB/SH /T 0976—2019標(biāo)準(zhǔn)通過中間精密度和再現(xiàn)性精密度判定試驗結(jié)果的可靠性，具體要求見表2。標(biāo)準(zhǔn)的中間精密度試驗采用的TMC參比油434-1、435-1 和438，在中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心實驗室3臺設(shè)備分別進行，試驗結(jié)果得到了TMC認(rèn)可，具體中間精密度偏差見表3～表5；再現(xiàn)性精密度邀請德固賽上海實驗室參與，德固賽上海實驗室為TMC會員實驗室，其同公司美國實驗室為NB/SH/T 0976—2019標(biāo)準(zhǔn)建立實驗室，數(shù)據(jù)具有良好的可靠性。再現(xiàn)性精密度試驗采用SN 5W-20和SM 5W-30試驗油，再現(xiàn)性試驗數(shù)據(jù)匯總見表6、表7。

表2 精密度1)

表3 T434-1參考油中間精密度試驗數(shù)據(jù)匯總表

表4 T435-1參考油中間精密度試驗數(shù)據(jù)匯總表

表5 T438參考油中間精密度試驗數(shù)據(jù)匯總表

表6 SN 5W-20再現(xiàn)性試驗

表7 SM 5W-30再現(xiàn)性試驗

由表3～表7可見，中間精密度差值和再現(xiàn)性精密度差值在ASTM D7528—17精密度限值范圍內(nèi)，符合ASTM D7528—17標(biāo)準(zhǔn)要求。

結(jié)束語

☆ROBO試驗要求安裝精密，操作復(fù)雜，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)方法進行。

☆NB/SH/T 0976—2019發(fā)動機油氧化安定性的測定 ROBO試驗法模擬程序ⅢG發(fā)動機臺架試驗油品老化的過程，按照ⅢGA發(fā)動機試驗中的規(guī)定測試?yán)匣瓦\動黏度和低溫泵送性能。該標(biāo)準(zhǔn)方法的建立滿足了SN及以上高檔汽油機油技術(shù)指標(biāo)要求，同時可以作為模擬試驗，為實驗室高檔汽油機油的氧化性能評價、在用油的邊界泵送性能考察以及ZDDP中P的揮發(fā)性考察提供參考數(shù)據(jù)。