润滑,对于任何需要通过摩擦运动工作或产生动能的器械而言都是非常重要的,有了润滑才能够尽可能的减少部件在摩擦式所产生的热量以及磨损程度,提高部件的耐用程度。当然,对于我们人体而言在进行某项运动时,同样也需要用到润滑,哈哈!回到正题,“润滑”这一概念早在公元前年就已经被用在通过马匹拉动的两轮战车的车轴上。在建造金字塔时,石料则是在浸过润滑油的木头上进行平地移动。
图:要是在车轴上没有润滑,可以想象到木制车轴和车轮的更换频率到底有多高,早年人类用的润滑油大多来自动物油,例如牛脂、鲸油、亚麻油等,古代的马车一般用皂类润滑剂等。
随着时间来到年代工业革命的开始阶段,大量通过蒸汽驱动机车、火车以及一系列机械零部件出现,对润滑油的需求量以及要求更高了。工业革命时代有不少润滑油制造商都在拼命钻研石油蒸馏技术,以提炼出纯度更高、润滑性能更好的润滑油,这也为后期用于内燃机的润滑油(机油)打下了良好的基础。一般说来,业界比较公认的诞生时间是在年前后、Valvoline公司(胜牌)的创始人JohnEllis(约翰·埃利斯)偶然发现石油蒸馏后的其中一种副产品有很好润滑作用,并在蒸汽机(SteamEngine)使用,运转中起到不错的润滑机件作用,石化类润滑油就此诞生。
图:据说JohnEllis(约翰·埃利斯)博士在发现石油可以用作润滑油之前,本来是在研究其的医药价值。
图:在蒸汽动力时代已经对润滑有着较高的需求,更何况来到机械部件更多、更精密、工作强度更高的内燃机呢?所以,进入内燃机时代时,润滑油这种产品属于“本来就有”地被广泛应用。
因为内燃机的工况更加复杂且工作温度变化大,因此对机油的要求更高,具体点来说一款正常的机油需要具有高沸点和低凝固点、一定的粘度指数、热稳定性、抗乳化性、防腐、高抗氧化性等性能,才能对内燃机起到润滑和冷却的作用,并保证机油拥有一定的使用寿命。然而,因为单单是从石油中提炼出来的初级矿物基础油可不足以满足以上需求,所以各大机油制造商还需要在矿物基础油上额外加入添加剂,例如:抗磨添加剂、清净剂、分散剂、粘度改进剂等等,使得机油性能满足以上要求(基础油和添加剂的比例一般为8:2)。
图:现今在市面上我们能买到的机油基本上都是全合成油,然而不同机油品牌推出的全合成机油产品之所以会出现千差万别,其实就是那20%的添加剂,这里就是各大厂商们拼技术实力和经验积累的时候了。
经常说的“矿物油”、“半合成油”、“全合成油”,其实指的是80%那部分基础油的成分,只不过根据基础油的等级以及纯度不同,对成品机油的性能有着非常大的影响。从年开始美国石油协会(AmericanPetroleumInstitute,API)就已经将用于机油的基础油分为了五个等级,今天咱们就围绕着这五类基础油展开话题。
图:相信有读者可能会感到奇怪,为啥是由API这一美国机构的分类为标准呢?而不是欧洲各大汽车起源国?这么跟你说吧,最早发现并实现将石油提炼出润滑油的是美国Valvoline公司(胜牌),并且世界上第一桶真正的全合成机油是由美国AMSOIL(安索)研发的。另外,在机油罐子上,我们能看到的SN、SA、SC等服务分类同样是API制定的(不同的代码对应不同时代的内燃机)。并且,在机油粘度参数旁的SAE指的是总部位于美国的汽车工程师协会(粘度指数是由SAE制定的).....这就是为啥!
图:所谓的半合成机油(Semi-SyntheticOil)就是合成油与矿物油勾兑而成,简单点来说便是IV类油与I-III类油勾兑。而全合成机油(FullSyntheticOil)则是在PAO基础油上再额外添加所需的添加剂,无需与矿物油勾兑。
I类基础油(GroupI),该基础油最早起源于年代,是一种通过溶剂精炼技术所生产的基础油。虽然通过精炼技术能将基础油里的部分不良成分,但因为当时的提炼技术依旧有限导致基础油中的残留硫成分超过0.03%、氮、环状结构等杂质,使得I类基础油的颜色为琥珀色或金棕色。另外,因为存在较多杂质的缘故,使得I类基础油的粘度指数(VI)仅为90-。
II类基础油于年被研发出来,II类基础油通过使用加氢裂化工艺,使得基础油里拥有更少硫、氮、环状结构(饱和度大于等于90%,硫成本小于等于0.03%),因此相比起I类基础油II类基础油在颜色上更偏向透明,粘度指数高在-之间。除了标准的II类基础油之外,还有着II类Plus基础油通过优化提炼工艺使粘度指数提高为左右。
III类基础油于年被研发出来,根据API官方的说法:III类油是基于完全由石油原油中,最高等级的一种矿物基础油。III类基础油采用加氢裂化、加氢异构化以及更高温、高压的生产技术和过程,使得III类基础油基本上可以做到无色透明化(小于等于0.03%的硫成分),粘度指数大于或等于。
IV类基础油于年被研发出来,和前三类基础油不同的是,IV类油并非通过石油途径提炼而成的,而是通过Polyolefin(聚烯烃,PAO)这一碳氢化合物制成(SHC)的。因此IV类不属于传统矿物油,而是妥妥的化工产品也就是所谓的合成油,因此IV类油得名PAOBaseOil(聚烯烃基础油)。IV类油也是目前市面上绝大部分全合成、半合成机油所使用的基础油。其颜色为无色透明,且因为不会像矿物油那般出现硫、氮、环状结构等杂质,因此其粘度指数可以达到-。但因为制造工艺的不同,所以IV类基础油比起前三种矿物油要更昂贵。加上聚烯烃本身在极端温度下都具有较高的抗氧化性,并且还具有极低的极点(液体失去流动性的温度),对于像是北欧、中东等拥有极冷或极热天气国家而言,使用IV类基础油的机油再合适不过。并且针对极限运动领域,还有部分机油制造商提供PAO基础油销售,让车队们可以自行勾兑符合需求的润滑油。
图:所谓的粘度指数(VI)其实是对流体在不同温度下粘度变化的无单位测量指标,粘度指数越是低,就越是代表着该流体受到温度影响越大(在高温下变稀,低温下变稠)。相反要是VI越高就意味着该流体粘度受到温度的影响小,其在不同温度下的粘度稳定性更佳。
在PAO基础油上,除了上文提到的那几种必备的性能添加剂之外,还有部分机油制造商会额外加入酯(Ester)。酯的优点在于其有非常高的耐高温性能,酯的沸点在°-°C之间,并且其拥有非常强的润滑性能,很容易在部件的表面上形成油膜。另外,和聚烯烃一样酯同样有着非常低的极点,使其在极端温度下依旧能提供良好的润滑、保护性能。对添加剂敏感同样是酯的优点,对抗氧、抗磨等添加剂拥有较高的结合性。当然,酯的缺点同样很明显,那便是其拥有较强的吸水性和遇到酸性物质后更容易出现水解现象,因此便需要额外增加添加剂来解决这一特性。
除了以上提到的四种基础油以外,最后还有一种V类基础油。V类油最早于年代出现,和PAO一样都不属于矿物油阵列,而是化工材料,其采用的是AlkylatedNaphthalenes(烷基化萘)所制成。因为材质特性与PAO略有不同,因此其具有更高的氧化稳定性,且对添加剂的敏感程度略有提升。只不过因为成本以及生产工艺等问题,使得V类基础油在机油方面的应用并不算多,目前小编所知道的就只有美孚的Synesstic,和KingIndustries的NA-LUBEKR系列机油应有了V类基础油。
随着VI类基础油的成本降低,使得更多厂家开始使用VI类基础油来打造自家的产品,使得全合成机油得到大幅度普及。至于上文提到的前三类矿物基础油,现今更多的则是运用在工业方面。