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簡介潤滑油是機(jī)械裝置中一種至關(guān)重要的組成。與其它組成一樣，早期損耗檢測對于潤滑油的及時(shí)更換是非常必要的，可以在降低嚴(yán)重?fù)p毀的風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)又避免不必要的維護(hù)——。潤滑油在使用過程中會不可避免地產(chǎn)生降解，而且會暴露于各種導(dǎo)致其降解而減弱機(jī)械部件保護(hù)效力的內(nèi)部或外部污染。對即將發(fā)生的潤滑油失效的早期識別可以預(yù)防代價(jià)嚴(yán)重的損壞。紅外光譜(IR)是一種快速、低成本的分析技術(shù)，既可以提供潤滑油化學(xué)狀態(tài)的特定信息，還可以提供潤滑油樣本采集處的機(jī)械部件工作狀態(tài)信息。定期采樣產(chǎn)生的趨勢數(shù)據(jù)可以用來監(jiān)測引擎性能和運(yùn)行狀況。這使得潤滑油可以在最佳周期進(jìn)行更換，從而具有兩大益處：只在必需的時(shí)候更換潤滑油，降低成本；問題可以在早期被發(fā)現(xiàn)，從而可以采取恰當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。通過實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測試與便攜分析儀現(xiàn)場分析的互補(bǔ)，潤滑油狀態(tài)監(jiān)測的益處可以被進(jìn)一步增大。本文評論了潤滑油狀態(tài)的珀金埃爾默紅外光譜監(jiān)測，敘述了來自PerkinElmer的“在用潤滑油傅里葉變換紅外光譜分析系統(tǒng)（In-Service Lubricants FT-IR Analysis System）"這一潤滑油現(xiàn)場分析儀的設(shè)計(jì)考量。

潤滑油狀態(tài)的紅外光譜監(jiān)測通過測量潤滑油樣品的紅外光透射，可以得到紅外光譜。當(dāng)其中的振動模式被激發(fā)時(shí)，潤滑油中的分子會吸收特定頻率的紅外光。紅外光譜的眾多優(yōu)點(diǎn)使其成為潤滑油狀態(tài)監(jiān)測的有力工具。吸收峰的強(qiáng)度與吸收物種的濃度成正比，因而紅外光譜測試提供的信息既可以定性又可以定量。紅外光譜的主要優(yōu)點(diǎn)之一是測試的快速性：所需的樣品預(yù)處理極少（除了均勻化和過濾），數(shù)秒鐘內(nèi)即可獲得光譜。紅外光譜可被用于檢測潤滑油中可能存在的多種添加劑、降解產(chǎn)物和潛在污染物。例如：污染物煙灰是不wan全燃燒的副產(chǎn)物。盡管潤滑油中可以容許存在較高濃度的煙灰，如果超出預(yù)期的煙灰濃度隨時(shí)間推移而增加，可能說明燃料空氣比錯(cuò)誤、空氣過濾器堵塞或者潤滑油更換周期過長。潤滑油中水和乙二醇的出現(xiàn)說明制冷系統(tǒng)存在泄漏，需要馬上注意。如果只出現(xiàn)水，可能是因?yàn)檫\(yùn)行溫度較低導(dǎo)致的冷凝。液壓系統(tǒng)中的水可能來自儲油器中的冷凝。潤滑油中未燃燒的燃油可能說明了燃燒過程較差。盡管燃油與潤滑油的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常相似，燃油中的芳香化合物含量可以用于建立校正模型。

化學(xué)降解潤滑油在較高溫度下暴露于氧氣中時(shí)會發(fā)生氧化。潤滑油氧化反應(yīng)的機(jī)理非常復(fù)雜，然而最終的結(jié)果是潤滑油黏度增加、清漆形成、以及使?jié)櫥退岫仍黾硬⒖赡軐?dǎo)致腐蝕的羧酸類物質(zhì)的增加?？寡趸瘎┐嬖跁r(shí)潤滑油氧化速度較慢，而抗氧化劑耗盡時(shí)潤滑油氧化速度顯著加快。潤滑油的定期監(jiān)測是非常重要的，以便在潤滑油氧化速度突然增加之前采取正確的措施。燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物也會氧化潤滑油，生成含氮和氧的產(chǎn)物。與氧氣氧化一樣，這也會導(dǎo)致潤滑油黏度增加、清漆形成和油基儲備消耗。較高的硝化氧化水平可能說明了一系列的問題，例如燃料空氣比錯(cuò)誤、火花定時(shí)錯(cuò)誤、載荷過大、運(yùn)行溫度較低或者活塞環(huán)漏氣。如果燃油或潤滑油的雜質(zhì)或添加劑中含有含硫化合物，燃燒過程中會產(chǎn)生酸性含硫化合物。這會導(dǎo)致堿性添加劑的消耗并最終產(chǎn)生腐蝕。在溫度較高且有水存在時(shí)，以多羥基酯為基礎(chǔ)的合成潤滑油容易發(fā)生水解。酯分解產(chǎn)物也會增加潤滑油的酸度，有時(shí)會產(chǎn)生結(jié)晶堵塞過濾器。添加劑耗盡為了使?jié)櫥途哂兴枰奶囟ㄐ阅埽鞣N各樣的化合物被添加到其中。在潤滑油使用過程中這些添加劑可能會被耗盡，而對添加劑的消耗進(jìn)行監(jiān)測可以為即將發(fā)生的潤滑油失效提供早期預(yù)警。二烷基或二芳基二硫代磷酸鋅（ZDDPs）等抗磨劑可以通過摩擦熱的活化而在金屬表面形成包覆層，以阻止金屬與金屬的直接接觸。這些添加劑可能會因?yàn)樗饣蜓趸谋M，導(dǎo)致磨損速率的增加。酚類抗氧化劑經(jīng)常用于渦輪機(jī)潤滑油中?？寡趸瘎┑暮谋M會導(dǎo)致氧化速率的迅速增加。圖3所示為同一潤滑油在使用前和超期使用后的光譜。高品質(zhì)的FT-IR系統(tǒng)很容易地測出二者的顯著化學(xué)差異。圖中顯示了上述一些成分對應(yīng)的特征吸收。

標(biāo)準(zhǔn)化測試方法實(shí)施的聯(lián)合油品分析計(jì)劃（Joint Oil AnalysisP ro gr am,J OAP）建立了潤滑油的紅外光譜測試方法，這些方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。近來，ASTM國際組織（ASTM®International）提出了一系列標(biāo)準(zhǔn)操作和測試方法（參見ASTM®E2412, D7412, D7414, D7415,D7418）。PerkinElmer的OilExpress等新軟件支持這些測試方法。使用紅外光譜可以建立定量校正方法，對潤滑油中的重要成分進(jìn)行準(zhǔn)確的濃度測試。然而，實(shí)際中這不是必需的——大多數(shù)情況下，用特征紅外吸收峰的強(qiáng)度來表示測試結(jié)果（以及預(yù)警或警報(bào)限）就足夠了。有兩種原理不同的測試方法。在以往，最常見的方法是將已使用潤滑油的光譜減去未使用潤滑油的光譜。差譜上的譜圖特征來自潤滑油的變化，例如降解、添加劑耗盡或污染物。該方法簡化了譜圖解析，但是依賴于有效的潤滑油參比光譜以進(jìn)行差減——并非所有時(shí)候都存在可用的參比光譜，例如當(dāng)潤滑油中混入了其它產(chǎn)品的時(shí)候。

目前，上文所述的JOAP和ASTM®測試方法等“直接趨勢"方法的應(yīng)用更為廣泛。這些方法將測試過程簡化為直接測量使用后潤滑油的光譜，根據(jù)潤滑油使用壽命期間的趨勢對測試結(jié)果進(jìn)行解析。根據(jù)大量機(jī)械部件的趨勢結(jié)果，可以建立報(bào)廢限度。由于不需要對每一臺儀器都進(jìn)行校正，這些方法可以很容易地應(yīng)用于新的系統(tǒng)。然而，這要求所使用的光譜儀可以提供重復(fù)性和重現(xiàn)性都很好的測試結(jié)果。分析操作：現(xiàn)場測試的要求測試過程迅速，測試結(jié)果信息量大，使紅外光譜成為潤滑油分析實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)方法之一。通常情況下，這些實(shí)驗(yàn)室要應(yīng)對的樣品量極大，因而依賴于具有自動進(jìn)樣功能的FT-IR系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)較高的分析速度。獲得圖3所示數(shù)據(jù)使用的是PerkinElmer OilExpress系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持ASTM®、JOAP和用戶自定義的分析規(guī)程，使用基于注射泵的液體自動進(jìn)樣儀來滿足每天要分析成百上千個(gè)樣品的實(shí)驗(yàn)室對測試通量的要求。盡管高性能的實(shí)驗(yàn)室FT-IR系統(tǒng)非常成熟健全，但是將潤滑油樣本從機(jī)器轉(zhuǎn)移到檢測實(shí)驗(yàn)室是有相當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲的，特別是采樣地點(diǎn)遙遠(yuǎn)且位于崎嶇地帶時(shí)。這些恰恰是最需要避免儀器故障和停機(jī)時(shí)間的環(huán)境。因此，近來人們?nèi)找骊P(guān)注于將潤滑油狀態(tài)檢測移出實(shí)驗(yàn)室而在采樣地點(diǎn)對樣品進(jìn)行分析?，F(xiàn)場檢測可以立即反饋潤滑油的狀態(tài)——如果檢測結(jié)果指示出嚴(yán)重的缺陷，可以馬上停機(jī)尋找缺陷原因，以免產(chǎn)生更加嚴(yán)重的破壞。在以前，堅(jiān)固性不足、移動性較差或者用戶界面復(fù)雜而要求專業(yè)的操作，使得FT-IR潤滑油狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)并不很適用于現(xiàn)場分析。然而，現(xiàn)在的儀器使得通過移動系統(tǒng)獲得實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量的測試結(jié)果成為可能。耐用性和便攜性最新推出的Spectrum Two FT-IR光譜儀被設(shè)計(jì)于能夠面對現(xiàn)場分析的挑戰(zhàn)而不降低其分析性能。該儀器小巧緊湊（重量僅為13千克），使用專門的搬運(yùn)箱可以很容易地運(yùn)輸。在確保采集數(shù)據(jù)可靠性的前提下，該系統(tǒng)不到30秒即可掃描一個(gè)樣品，將實(shí)驗(yàn)室級別的測試結(jié)果帶到現(xiàn)場。