CN105301224A

CN105301224A - 润滑剂检测方法

Info

Publication number: CN105301224A
Application number: CN201510295783.5A
Authority: CN
Inventors: R·F·沃茨
Original assignee: Infineum International Ltd
Current assignee: Infineum International Ltd
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-02-03
Also published as: GB2528376B; GB2528376A; JP2015230313A; US20150355122A1; GB201509559D0; DE102015006587B4; DE102015006587A1; US9488612B2; CA2893554A1; KR20150139795A

Abstract

本发明涉及一种检测润滑液体与通电的电气或电子元件之间的相容性的方法，包括：(a)使测试装置与所述液体接触；(b)对测试装置施加电流；和(c)监控随着时间经过测试装置的电流，其中测试装置包括被绝缘体分开的至少一对导体，其中绝缘体不会延伸穿过导体的整个对侧表面。横跨所述导体对施加电流。本发明还描述了用于进行所述方法的设备，选择润滑剂的方法以及所选择的润滑剂。

Description

润滑剂检测方法

技术领域

本发明涉及一种当将润滑液体与通电的电气或电子元件接触时检测这些润滑液体与通电的电气或电子元件之间的相容性的方法，以及用于实施此方法的设备。

背景技术

许多现代机械设备的部件是由电气或电子装置控制的或引入了这些电气或电子装置。这些设备部件通常包含可以用于润滑、能量传送或冷却的液体。在本申请中，润滑液体应当理解为在广义上包括能进行除纯润滑外的其它功能的液体，例如冷却等。出于节省空间和重量的原因，通常希望电气或电子装置处于设备中与液体直接接触的位置，并且不总是可能或希望这些装置完全与液体分离。所以，当电气或电子装置在与所述液体接触的同时通电时会产生问题。这会导致化学反应，可能损坏装置，使液体降解，或同时出现这两种情况。例如，液体可以开始腐蚀装置的金属导体，或者液体的降解可能允许在正常未连接的装置部件之间导电。最后，由于严重的腐蚀或短路可能出现装置的失效。

易于经受这种损害的电子装置的例子包括手动或自动的车辆变速器；发动机；泵等，其中含有液体例如传送油、自动变速器液体(ATF)、无级变速器液体(CVTF)、双离合器变速器液体(DCTF)、发动机油、轴和差动油以及液压流体。

在现代机械设备中的电气和电子装置通常是复杂的，所以在现场使用实际设备评价这些装置将是昂贵且费时的。所以，需要能评价这些液体与这些装置的相容性，最终能预见设备的寿命。有几种检测润滑油与金属之间的相容性的方法，例如石油产品铜片腐蚀性ASTMD-130-12标准试验方法，以及在水存在下抑制矿物油的防锈特性的ASTMD-665-12标准检测方法。这两种方法通过简单的暴露方式评估润滑剂与金属之间的相容性。目前还没有评价润滑剂和其它非导电性液体对与这些液体接触的通电电路的影响的简单试验方法。本发明提供适用于此目的的试验和设备。

发明简述

因此，在第一方面，本发明提供一种检测润滑液体与通电的电气或电子元件之间的相容性的方法，此方法包括：

(a)使测试装置与所述液体接触；

(b)对测试装置施加电流；和

(c)监控随着时间经过测试装置的电流；

其中测试装置包括被绝缘体分开的至少一对导体；其中绝缘体不会延伸穿过导体的整个对侧表面；并且其中横跨所述导体对施加电流。

在第二方面，本发明提供一种检测润滑液体与通电的电气或电子元件之间的相容性的设备，此设备包括液体贮存器和具有被绝缘体分开的至少一对导体的测试装置，其中绝缘体不会延伸穿过导体的整个对侧表面；用于横跨一个或每个导体对施加电流的电源；用于监控随着时间经过测试装置的电流的监控装置；其中测试装置设计成使得在使用中的导体与所述液体接触。

在第三方面，本发明提供一种选择润滑剂的方法，此方法包括使用根据本发明第二方面的设备检测备选润滑剂，并从备选润滑剂中选择能与通电的电气或电子元件相容的那些润滑剂。

在第四方面，本发明提供一种润滑剂，其能与通电的电气或电子元件相容，并且使用本发明第三方面的方法选择。

在第五方面，本发明提供如本发明第二方面所述的设备用于检测润滑液体与通电的电气或电子元件之间的相容性的用途。

附图简述

图1显示本发明测试装置的一个例子。

图2显示适合用于测试装置中的环形隔离器。

图3显示在使用中的测试装置。

图4显示适合用作导体的ASTMD-130铜片。

图5显示对于三种不同的测试液体而言随着时间检测的电流的图表。

发明内容

测试装置包括至少一对导体。这些导体可以从任何导电材料制成，但是优选它们从作为用于机械设备的控制系统中所用的电气和电子装置中的代表性导电材料制成。优选，导体对中的每个导体是金属，例如铜、银、铝、金，或被金属例如铜、银、铝、金镀覆的金属基材或合金。在导体对中的每个导体可以从相同的材料或不同的材料制成。优选，在导体对中的每个导体从相同的材料制成。

所述导体被绝缘体分开。绝缘体可以从任何绝缘材料制成，但是优选从作为用于机械设备的控制系统中所用的电气和电子装置中的代表性绝缘材料制成。合适的材料是在生产电路板基材中使用的那些材料。代表性材料可以是：尼龙(聚芳酰胺)，特氟龙(聚全氟烯烃)，酚醛塑料(聚酚)和相似的材料。重要的是，绝缘体不会延伸穿过导体的整个对侧表面。这是因为当测试装置处于使用中时，液体应当能在导体之间穿透，从而捕捉在电子传导路径中的少量体积的液体。这是重要的，因为这模拟了实际电气和电子设备所经历的环境，并且允许评价代表实际操作的液体。

测试装置可以是任何合适的设计。在一个简单和优选的形式中，测试装置包括两个相同的长方形导电片，它们基本上相同地排列并且被绝缘体分开。绝缘体包含两个绝缘材料区域，各自方便地朝向导体末端的方向并且插入导体之间。在一个优选实施方案中，绝缘体包含两个环形隔离器或垫圈，它们被插入导电片之间，并且经由导体中的孔使用绝缘紧固件固定在此位置，绝缘紧固件例如是塑料(例如尼龙)机械螺栓和螺母。在一个实施方案中，使用隔离器或垫圈以在至少一个面上具有通道或沟槽。在使用中，这允许液体穿透进入紧固件区域。也可以考虑其它设计以实现相同的目的。例如，除了螺栓连接之外，可以将导体一起夹紧，或者绝缘体可以是不导电的树脂或胶水，其用于将导体粘合在一起。导体也可以具有任何形状，并且不需要同时具有相同的尺寸和形状。

电流可以通过任何合适的方式供应给导体。方便的是，电线进行焊接，或者与每个导体连接。电线的选择将通过因素例如施加到测试装置上的电流幅度以及进行测试时的温度来确定。电流可以通过将导体与电源例如能量供应源或电池连接来施加。所施加的电压应当是模拟应用的代表性电压。对于交通工具应用，电压通常是6-42伏特直流电。但是，对于混合传送应用，电压可以是6-400伏特或更大，并且可以是直流电或交流电。在一个优选实施方案中，向测试装置施加的电流是直流电。

在本发明的范围内，测试装置也可以包含多个导体对。当存在多于一个的导体对时，这些导体对应当通过充足的物理分隔或通过使用合适的绝缘方式而彼此电绝缘。当存在多于一个导体对时，每对导体可以在其结构和制造材料方面是相同的，或是不同的。

液体包含在合适的容器中。对于容器的尺寸或形状没有特别的限制，但是出于经济原因，可以希望不使用非必要的更多液体。容器必须具有足够的尺寸，从而使得测试装置可以与液体接触。优选的是，测试装置完全浸入液体中，但是如果至少一部分的测试装置与液体接触也可以获得结果。

进行测试时的温度取决于要测试的液体的类型。通常，测试将在液体在使用中所经历的代表性实际温度下进行。通常，对于手动变速箱液体或轴齿轮油，此温度将是约60-100℃，对于自动变速箱液体、CVT液体或DCT液体，此温度是约80-130℃，和对于发动机油，此温度是约80-160℃。优选，提供方式以加热或冷却润滑液体和/或将所述液体保持在所选择的温度下。合适的方式可以是将包含测试装置和润滑液体的容器放入恒温控制的油浴或加热块中。当然，也可以使用不太代表实际操作液体温度的温度(更高或更低)，但是如果所选择的温度达到或超过测试液体的闪点，则应当采取充分的安全措施。

如果需要的话，可以将其它液体、添加剂或化学物质加入润滑液体中以确认它们对于相容性的可能影响。例如，可以加入水以评价润滑剂的水污染或湿度的影响。所用的任何水也可以含有离子物质，例如观察到随着来自外源的污染而产生的那些离子物质。例子包括钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、氯离子、溴离子和硫酸根。

在所有方面的一个优选实施方案中，润滑剂是润滑油。合适的油是衍生自天然润滑油、合成润滑油以及它们的混合物。

天然润滑油包括动物油、植物油(例如蓖麻油和猪油)、石油、矿物油，以及从煤或页岩衍生的油。优选的天然润滑油是矿物油。

合适的矿物油包括所有常规的矿物油基料。这包括具有环烷或链烷化学性质的油。可以是通过常规技术使用酸、碱和粘土或其它试剂例如氯化铝精制的油，或可以是萃取的油，其例如通过用溶剂例如苯酚、二氧化硫、糠醛、二氯二乙醚等溶剂萃取而制备。它们可以经过加氢处理或加氢精制，通过冷冻或催化脱蜡方法脱蜡，或加氢裂化。矿物油可以从天然原始来源获得，或者由异构化蜡材料或其它精制工艺的残余物组成。

通常，矿物油将具有在100℃下的运动粘度为2.0-10.0mm²/s(cSt)。优选的矿物油具有在100℃下的运动粘度为2-8mm²/s(cSt)，最优选的是在100℃下运动粘度为3-6mm²/s(cSt)的矿物油。

合成润滑油包括烃油和卤代的烃油，例如低聚的、聚合的和共聚的烯烃[例如聚丁烯，聚丙烯，丙烯-异丁烯共聚物，氯化聚内酯，聚1-己烯，聚1-辛烯，聚1-癸烯等，以及它们的混合物]；烷基苯[例如十二烷基苯，十四烷基苯，二壬基苯，二(2-乙基己基)苯等]；多苯基化物[例如联苯，三联苯，烷基化多苯基化物等]；以及烷基化二苯基醚，烷基化二苯基硫醚，以及它们的衍生物、类似物和同系物等。

优选的选自合成油的油是IV族的基料，即聚α-烯烃(PAO)，包括α-烯烃的氢化低聚物，特别是1-癸烯的低聚物，尤其是通过自由基方法、齐格勒催化或阳离子弗瑞德-克来福特(Friedel-Crafts)催化制备的那些。

聚α-烯烃通常具有在100℃下的粘度为2-20cSt，优选在100℃下的粘度为4-8cSt。它们可以例如是具有2-16个碳原子的支化或直链α-烯烃的低聚物，特别是聚丙烯，聚异丁烯，聚1-丁烯，聚1-己烯，聚1-辛烯和聚1-癸烯。包括均聚物、共聚物及其混合物。

合成润滑油也包括环氧烷的聚合物、三元共聚物、共聚物和它们的其中端羟基已经通过酯化、醚化等改性的衍生物。这种合成油的例子是：通过环氧乙烷或环氧丙烷聚合制备的聚氧亚烷基聚合物；这些聚氧亚烷基聚合物的烷基醚和芳基醚(例如平均分子量为1000的甲基-聚异丙二醇醚，分子量为1000-1500的聚丙二醇的二苯基醚)；以及它们的单羧酸酯和多羧酸酯(例如乙酸酯，混合C₃-C₈脂肪酸酯，以及四甘醇的C₁₂羰基酸二酯)。

另一种合适的合成润滑油包括二羧酸(例如邻苯二甲酸、琥珀酸、烷基琥珀酸和链烯基琥珀酸，马来酸，壬二酸，辛二酸，癸二酸，富马酸，己二酸，亚油酸二聚体，丙二酸，烷基丙二酸，链烯基丙二酸等)与各种醇(例如丁基醇、己基醇、十二烷基醇、2-乙基己基醇、乙二醇、二甘醇单甲醚、丙二醇等)形成的酯。这些酯的具体例子包括己二酸二丁基酯，癸二酸二(2-乙基己基)酯，富马酸二正己基酯，癸二酸二辛基酯，壬二酸二异辛基酯，壬二酸二异癸基酯，邻苯二甲酸二辛基酯，邻苯二甲酸二癸基酯，癸二酸双二十烷基酯，油酸二聚体的2-乙基己基二酯，以及通过1摩尔癸二酸与2摩尔四甘醇和2摩尔2-乙基己酸反应形成的复合酯等。这种合成油中的优选油是C₄-C₁₂醇的己二酸酯。

用作合成润滑油的酯也包括从C₅-C₁₂单羧酸和多元醇以及多元醇醚制成的那些，多元醇例如是新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇等。

润滑油可以从精制油、再精制油或其混合物衍生。未精制的油是直接从天然来源或合成来源得到的(例如煤、页岩或砂岩沥青)，且没有进一步提纯或处理。未精制的油的例子包括直接从干馏操作得到的页岩油，直接从蒸馏得到的石油，或直接从酯化工艺得到的酯油，它们各自在没有进一步提纯的情况下使用。精制油是与未精制的油相似的，不同的是精制油已经在一个或多个提纯步骤中经过处理，从而改进一种或多种性能。合适的提纯技术包括蒸馏、加氢处理、脱蜡、溶剂萃取、酸或碱萃取、过滤和渗滤，这些技术都是本领域技术人员公知的。再精制油是通过按照与用于获得精制油相似的方法对用过的油进行处理得到的。这些再精制油也称为再生油或再加工油，并且通常另外通过用于除去废催化剂和油裂解产物的技术进行处理。

另一种合适的润滑油是从天然气基料的低聚反应或蜡的异构化反应制备的那些基本原料。这些基料可以以许多方式表示，但是通常称为气到液(GTL)或费-托(Fischer-Tropsch)基本原料。

在本发明所有方面的一个优选实施方案中，润滑油是传送油，优选手动变速器润滑剂，自动变速器液体(ATF)，无级变速器液体(CVTF)或双离合器变速器液体(DCTF)。如本领域中已知的那样，这些液体除了含有主要比例的润滑油之外还通常含有化学添加剂物质。为了避免疑问，应当理解的是在本发明中的润滑液体包括含有化学添加剂物质的润滑油。

合适的化学添加剂物质是本领域技术人员公知的，包括分散剂、洗涤剂、摩擦改进剂、抗磨损添加剂、抗氧化剂、腐蚀抑制剂、消泡添加剂、粘度改进剂和密封溶胀剂。

下面将通过非限制性实施例参考附图描述本发明。

如图1所示，测试装置(1)可以包含被两个尼龙垫圈(4)分开的两个铜导体(2)。这些导体用尼龙螺栓和螺母(3)经由在导体中的钻孔连接在一起。电引线(5)被焊接到每个导体上。在一个实施方案中，垫圈(4)可以例如改进成具有沟槽(6)。在使用中，将测试装置浸入装在储液器(7)中的测试液体(8)中。如果使用的话，沟槽(6)允许测试液体穿透进入在测试装置中的导体与绝缘体紧密接触的区域中。在图2中，显示在垫圈(4)的一面上具有窄的径向沟槽。当然，可以考虑具有其它尺寸和形状的沟槽，它们也可以在垫圈的另一面上提供。电引线(5)与电池(9)连接，并且使用电流表(10)监控流过测试装置的电流。

实施例

在操作实施例中，使用常规用于进行ASTMD-130铜腐蚀试验的类型的两个铜片作为导体(76.2mmx12.7mmx3.2mm)。这些铜片如图4所示进行加工以接收绝缘紧固件和导电电线。在组装测试装置之前，按照ASTMD130-12小心地清洁导体的表面，从而除去任何氧化、涂层、化学沉积物、腐蚀或指印。这是使用400号碳化硅砂纸完成的。也合适的是温和磨料，例如钢丝棉，例如#0000钢丝棉，或者磨料化合物例如浮石、硅藻岩、碳化硅或金刚石抛光化合物。在磨料清洁之后，这些导体用溶剂(庚烷)充分洗涤并干燥。随后使用手套进行操作从而避免清洁表面被再污染。

这些导体使用0.83mm厚、直径为12.7mm且具有6.2mm中心孔的尼龙垫圈彼此分开，并用10x24尼龙螺栓和螺母固定在一起。每个垫圈在两面上都按照“X”图案刻槽，其中这些沟槽是垫圈厚度的约1/10。一旦组装完毕，就将测试装置放入直径为25.4mm且长度为200mm的试管中，并且加入测试液体(约25ml)。然后将包含测试装置和待测试润滑油的试管放入恒温控制的油浴中并加热到90℃。

为了进行试验，这些导体与能供应公称12伏特DC的干电池组连接。实际检测的电压是12.9伏特。图5是电流随着时间变化的图。检测三种不同的液体。两种液体(润滑剂A和润滑剂B)是可商购的手动变速器润滑剂，第三种液体(润滑剂C)是设计用于相同目的的实验润滑剂。下表列出了三种液体的元素分析结果。给出的数值的单位是质量％。

在实验中，失败被认为是在电路中出现0.5安培熔丝的失效。在失败样品中的实际电流的检测通常获得超过5安培的值。

润滑剂A是已知具有与金属的不良相容性的润滑剂。润滑剂B是已知具有与金属的较好相容性但是仍然观察到产生一些本领域问题的润滑剂。润滑剂C配制成使得电流的传导和形成导电沉积物的情况尽可能小。来自润滑剂A和B的实验部件的检测显示硫化铜的严重沉积，其已经在两个导电铜片之间形成桥。这引起短路，进而检测到非常高的电流。即使润滑剂A和C具有很相似的元素硫含量，但是在100天的实验时间中没有观察到润滑剂C具有过量的电流。对于实验部件的观察显示没有形成硫化铜。

此实验显示本发明的方法和设备能快速且简单地区分在保护通电导体以避免由于导电化学沉积物的聚集导致短路或避免由于实验电极的腐蚀导致失败方面的优良润滑剂和不良润滑剂。

Claims

1.一种检测润滑液体与通电的电气或电子元件之间的相容性的方法，此方法包括：

(a)使测试装置与所述液体接触；

(b)对测试装置施加电流；和

(c)监控随着时间经过测试装置的电流；

2.根据权利要求1的方法，其中将测试装置浸入液体中。

3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中所述液体是润滑油。

4.根据前述任一项权利要求的方法，其中所施加的电流是直流电。

5.根据前述任一项权利要求的方法，其中提供加热和/或冷却装置以加热或冷却所述液体和/或使得所述液体保持在所选择的温度下。

6.根据前述任一项权利要求的方法，其中导体对的每个导体是相同的。

7.根据前述任一项权利要求的方法，其中导体对的每个导体是金属或被金属镀覆的金属基材或合金。

8.根据权利要求7的方法，其中所述金属是选自铜、银、铝和金的至少一种金属。

9.根据前述任一项权利要求的方法，其中绝缘体是用于生产电路板基材中的材料。

10.根据权利要求9的方法，其中绝缘体是选自尼龙、特氟龙和酚醛塑料中的至少一种材料。

11.根据前述任一项权利要求的方法，其中所述导体对被分开0.1-10.0mm。

12.一种用于检测润滑液体与通电的电气元件之间的相容性的设备，此设备包括液体贮存器和具有被绝缘体分开的至少一对导体的测试装置，其中绝缘体不会延伸穿过导体的整个对侧表面；用于横跨一个或每个所述导体对施加电流的电源；用于监控随着时间经过测试装置的电流的监控装置；其中测试装置设计成使得在使用中的导体与所述液体接触。

13.一种选择润滑剂的方法，此方法包括使用根据权利要求12的设备检测备选润滑剂，并从备选润滑剂中选择能与通电的电气或电子元件相容的那些润滑剂。

14.一种润滑剂，其能与通电的电气或电子元件相容，并且使用根据权利要求13的方法选择。

15.一种设备用于检测润滑液体与通电的电气元件之间的相容性的用途，所述设备包括液体贮存器和具有被绝缘体分开的至少一对导体的测试装置，其中绝缘体不会延伸穿过导体的整个对侧表面；用于横跨一个或每个所述导体对施加电流的电源；用于监控随着时间经过测试装置的电流的监控装置；其中测试装置设计成使得在使用中的导体与所述液体接触。