ICS 75.100 CCS E 34
SH
中华人民共和国石油化工行业标准
NB/SH/T 60312021
润滑剂摩擦性能和润滑寿命的测定
SOT 法
Standard test method for determining the tribological behavior and
the lifetime of a lubricant using the spiral orbit tribometer
2021-11-16发布
2022-05-16实施
国家能源局 发布 NB/SH/T6031—2021
前 言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国石油化工集团有限公司提出。 本文件由全国石油产品和润滑剂标准化技术委员会石油燃料和润滑剂分技术委员会（SAC/TC280
SC1）归口。
本文件起草单位：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院。 本文件主要起草人：杨鹤、郝丽春、宋海清、徐华玲、郭涛、陈大忠、胡晓明、赵杰、陶志平。
I NB/SH/T6031—2021
润滑剂摩擦性能和润滑寿命的测定 SOT法
警示：本文件的使用可能涉及某些有危险的材料、操作及设备，但并未对所有的安全问题提出建议。因此，用户在使用本文件前应建立适当的安全防护措施，并确定相关规章限制的适用性。
1范围
本文件描述了采用螺旋轨道摩擦试验机（SOT）测定润滑油及润滑脂摩擦系数和润滑寿命的方法本文件适用于润滑剂。可用于评价润滑油和润滑脂在真空条件下的润滑寿命。 注：也可用于评价润滑油和润滑脂在常压条件下的润滑寿命。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T308.1—2013 3滚动轴承球第1部分：钢球 GB/T6682—2008分析实验室用水规格和试验方法 GB/T15894—2008 3化学试剂石油醚
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
固定盘fixedplate 静止的、水平的平面圆盘，通过该盘将载荷加载到试验钢球上。
3. 2
摩擦系数限值frictioncoefficientlimit 摩擦系数允许达到的最大值。
3. 3
导向盘guideplate 使试验钢球转向回到其初始轨道上的实体单元。
3. 4
润滑剂总用量lubricanttotalamount 在试验开始之前，涂抹于整个试验钢球表面上的润滑剂总质量。
3. 5
标准化寿命 normalizedlifetime 在达到试验摩擦系数限值时，试验钢球总的运转圈数与润滑剂总用量的比值。
3. 6
旋转盘 rotaryplate 以选定的恒定速率旋转的平面圆盘。
- NB/SH/T60312021
3.7
滑擦区 scrubzone 试验钢球与导向盘接触时的运转轨道区域，
3.8
螺旋轨道spiralorbit 在螺旋轨道摩擦试验机上固定盘和旋转盘之间试验钢球的运转轨迹，该轨迹呈螺旋形状
4方法概要
将涂抹了润滑剂的试验钢球夹装在旋转盘和固定盘之间，设定旋转盘自 的转速，以驱使试验钢球在近似圆形的螺旋轨道上进行滚动，试验载荷根据所选定的平均赫慈应力来石 确定。由于高载、中速、室温以及小剂量润滑剂（约50ug）的试验条件，该试验体系处于边界润滑区 域。在螺旋轨道上，试验钢球做滚动和绕枢轴转动，并且通过
代验钢球接触到导向盘时，会在旋转盘
简 特在运转轨道
上发生滑动，以试验钢球作用在导向盘上的力来计算摩擦 系数。摩擦试验机会一直运行，直到摩擦系数比初始稳定值大很多（一般比稳定状态下的摩擦系数增加0.1），此时，涂抹在试验钢球上的润滑剂由于摩擦运动而被分解消耗，整个体系实际处于干摩擦状 态，最后计算出润滑剂的标准化寿命。每种润滑剂至少进行4次同等条件下的试验，在给定的试验条件下润滑剂的润滑性能，由通过计算得到的平均标准化寿命来表示。
5方法应用
SOT旨在评价润滑剂处于特定摩擦接触环境下的相对消耗速率，这种摩擦接触环境与处于边界润滑状态的角接触轴承相似， 可用于快速筛选 润滑剂，评价润滑剂中各种不同成分（基础油、增稠剂或添加剂）在滚动、绕枢轴转动以及滑动运动 共同存在条件下的润滑性能， 司时也可对润滑剂化学分解进行研究。SOT提供了一种研究润滑油和润 骨脂在试验运行环境下摩擦性自 能的途径，在试验中润滑剂所发生的变化与润滑学领域 成典型参数（ 温度、 环境、材料 载荷和速度） 呈函数关系。SOT最初用来评价真空条件下空间润滑剂的摩擦性能 也可用于常规环 境下 普通润滑剂 摩擦性能的评价。图1展示了一些真空条件下的试验结果（详细试验结果见参考文献 [1] ）.图2是 真空轴承试验与SOT试验结果对比（详细试验结果见参考文献【2 ) 目前还没有 常规环境条件下的石 研究成果公开发表。本文件的使用者应该确定试验结果是否与实际使用情况或者其他台架试验结果相关联。
6仪器
6.1螺旋轨道摩擦试验机 SOT）：图3为典型SOT 的示意图，该系统由 一个固定盘、一个旋转盘和
定盘进行加载。试验钢球的运
在两者之间作滚动和绕枢轴转动动轨迹呈螺旋状，在每一个循环周期内，试验钢球与导向盘发生一次接触，从而迫使试验钢球返回到原来的运行轨道上，试验摩擦系数通过测量试验钢球作用在导向盘上的力进行计算得到。导向盘连接有压电式力传感器，以采集试验钢球作用在导向盘上的力，本文件中摩擦系数就是导向盘所受到的力与2倍试验载荷的比值（参见附录A） 6.2电机：应该能够调节转速并且能保持恒定的速度，旋转盘的转速范围一般为1r/min~210r/min （0.10rad/s~22rad/s）。在载荷方向上转动轴的轴向有效刚度不应低于1.8x10§N/m，径向有效刚度不应低于3.6×10°N/m，扭矩刚度不低于1.13×10°N·m/rad，电机轴总体指标偏差量不大于0.0254mm。 6.3固定盘：在载荷方向上固定盘的轴向有效刚度应该不低于1.8×10°N/m，固定盘的有效径向刚度 2
验日 NB/SH/T6031—2021
应不低于1.8×10°N/m，扭矩刚度应不低于1.13×105N·m/rad。 6.4轨道圈数计数器：SOT应配有一个旋转计数器或者与此等同的可以记录试验钢球运行圈数的仪器，摩擦试验机应具有在达到预设运行圈数或摩擦系数时可以自动停止试验的能力。 6.5加载系统：载荷最大应达到222.5N，以提供所要求的赫兹应力。赫兹应力一般为1.5CPa。 6.6摩擦力传感器：用于摩擦力测量。通过测量试验钢球接触导向盘时作用在导向盘上的力来计算试验摩擦系数，该作用力通过压电式力传感器和放大器测量得到，第9章介绍了获得摩擦力和摩擦系数的原理和方法。在整个试验的温度变化范围内，力传感器的线性变化范围应在2%以内
10000
(8//
DOM
100
禁
10
PFPE2 空间润滑剂种类
标引序号说明：
试验1； Q 试验2： △ 试验3； O 试验4；
平均值
图1 在23℃ 、真空和使用52100钢条件下三种典型空间润滑剂的润滑寿命
500
450 400 350 300 250 200 150 100
V 安
N
1
L PFPE 2
MAC
SiCH
PFPE 1
空间润滑剂种类
标引序号说明：口 轴承试验：口- SOT试验
图2在23℃和使用440C钢条件下轴承试验与SOT试验结果的比较
3 NB/SH/T6031—2021
旋转方向
旋转盘
螺旋轨道
钢球轨道导向盘
1888
力传感器
QD
滑擦区
试验钢球
螺旋轨道
固定盘
图3螺旋轨道摩擦试验机示意图
6.7压力计：用于舱体真空度测量。SOT试验可在大气环境中、特定气氛中或者真空中进行。当试验处于真空或者超高真空时，可利用冷阴极压力计监测舱体内真空度，避免使用热阴极压力计，因为从丝极发射的电子可能会改变润滑剂化学组成。应保证试验环境和试验气氛的化学纯度，以有利于摩擦化学反应。 6.8热电偶：用于温度测量。当需要控制试验温度时，采用固定在固定盘上的热电偶（比如K型热电偶）来监测试验过程中温度的变化。 6.9天平：最大量程不应低于20g，感量不应低于1μg。 6.10微量注射器：容量不应低于50μL，最小刻度不应大于2μL。 6.11 旋转器：由旋转电机和磁力杆组成，电机转速可调，转速范围0r/min~100r/min。 6.12 超声波清洗系统（可选）：使用者应在试验前参考超声波清洗器的操作手册。 6.13 紫外线/臭氧清洗系统（可选）：使用者应在试验前参考紫外线/臭氧清洗系统的操作手册，应特别注意检查试验材料对紫外线和臭氧的适用性。 6.14超高真空舱（可选）：真空舱应采用适宜的铜或弹性材料密封圈进行密封，以达到高真空度。当舱内压力回升到大气压之后才可打开舱门。
7试剂与材料
7.1试剂 7.1.1水：应符合GB/T6682—2008中的三级水要求。 7.1.2石油醚：符合GB/T15894—2008中沸程为60℃~90℃、90℃~120℃的石油醚。
警示：易燃，有害健康。 7.1.3润滑油稀释溶剂：使用者应该选定所用溶剂的种类，有些溶剂可能与润滑油不能生成均匀的溶液，并且可能对试验结果有不利的影响，使用者应小心操作以便在试验钢球表面最终形成无掺杂的润滑油膜。
注：对于聚α-烯烃（PAO）、多烷基环戊烷（MAC）润滑油，可选用石油醚（沸程60℃~90℃）作为溶剂。
4 NB/SH/T6031—2021
警示：试剂使用者应在试验前仔细阅读所有试剂的安全使用说明，采取合适的防范措施。
7.2材料
7.2.1试验钢球：试验钢球直径应为12.7mm，25级及以上级别，由G102Cr18Mo不锈钢材制成，推荐硬度为HRC58~62，试验钢球规格参考CB/T308.1一2013。也可以采用其他材料以模拟特殊的应用化学组成。 7.2.2旋转盘、固定盘、导向盘：固定盘和旋转盘的直径为50.8mm，材料可为G102Cr18Mo不锈钢或者其他要求的材料，表面平均粗糙度推荐不大于R,0.05mm。导向盘为直径12.7mm的小圆柱，表面平均粗糙度推荐不大于R,0.05mm，由G102Cr18Mo不锈钢材制成，推荐硬度为HRC58~62。固定盘和旋转盘应使用同种材料，可以选用任何轴承材料，但要根据所模拟的应用工况来确定。除需要模拟特殊应用工况外，应该采用上述规定值来制作摩擦试验件。
注：如果进行了4次试验，形成4个摩擦轨迹后，需要更换新的旋转盘与固定盘组， 7.2.3聚乙烯薄膜：洁净无污染，具有较好的拉伸强度，拉伸强度不低于10MPa。
8试验步骤
8.1试验件及工具的清洗
清洗方法可以根据模拟应用情况来确定，应仔细地准备和处理试验件表面。由于存在多种清洗方法，并且清洗结果会严重影响最终试验结果，试验操作者应该确定有效的和安全的清洗方法，清洗方法的细节应该在试验报告中加以描述。清洗完后，用水膜破裂试验来测试清洗结果，试验件或工具从水中取出，使清洗表面处于垂直方向时，在重力作用下水在试验件或工具表面能够形成连续水膜时，表明表面洁净，无污物。也可采用试验润滑油做润湿试验来测试清洗结果。在清洗完试验件之后，应避免样品表面损坏或污染而引起的材料改性。 8.2试验钢球的润滑 8.2.1试验体系中使用的润滑剂剂量小并且数量可控，仅对试验钢球实施润滑。试验钢球上涂抹的润滑剂的总量约为50μg±2μg。 8.2.2采用润滑油润滑试验钢球步骤 8.2.2.1润滑油稀释液的配制步骤如下，
a）选择一种合适的溶剂，该溶剂不应该对试验材料的表面造成损伤，且不会改变润滑油的性质； b）称量一个洁净、干燥的空瓶； c）将一滴润滑油滴入空瓶内； d）记录该润滑油的质量，单位为毫克（mg）； e）往瓶子里加人一定体积的溶剂，得到浓度为1mg/mL的润滑油稀释溶液； f）盖紧瓶盖，摇晃使之成为均匀液体。
8.2.2.2试验钢球润滑按下述步骤操作：
a）使用天平称量一个干燥、洁净的试验钢球，误差不超过±2μg； b）用微量注射器吸取配制好的润滑油稀释溶液； c）将试验钢球固定在旋转器上，使试验钢球开始旋转； d）将50μL的稀释溶液逐滴滴到旋转试验钢球的表面； e）至少等待5min或直到试验钢球的质量稳定，以使溶剂挥发殆尽； f）将试验钢球从旋转器上移出；
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