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铁路车辆用齿轮箱清洗剂性能研究

时间:2024-05-27来源:高速铁路新材料

导语:对4种不同齿轮箱清洗剂的去污能力、腐蚀性、水分及挥发物、泡沫性能和高、低温稳定性进行了系统研究。

  对4种不同齿轮箱清洗剂的去污能力、腐蚀性、水分及挥发物、泡沫性能和高、低温稳定性进行了系统研究。结果表明:市售齿轮箱清洗剂仅有部分指标满足 GB/T 35759—2017标准要求;自研产品首次添加了银杏叶提取物,其主要组分为含氮杂环有机物,此类有机物可通过物理吸附和化学吸附对金属起到保护作用;此外,针对4种齿轮箱清洗剂进行红外光谱分析,对应特征产物为多元脂肪醇,具有优良的去污性、乳化性能;不同清洗剂在去污力方面存在差异,很大程度跟多元脂肪醇的浓度及与其复配的其他助剂有关。

  齿轮箱是动力系统的主要元件,是车辆行驶过程中主要能量传递部件,其稳定性和可靠性直接影响行车安全。我国地域辽阔,列车运行环境复杂多变,长期行驶齿轮箱外部、内部会集聚较多难清洗的污垢,污垢沉积太多会对齿轮箱基材产生不良影响,小范围腐蚀时有发生。齿轮箱运行状态直接影响动车组的安全,其维护保养的重要性不言而喻。目前在用的齿轮箱清洗剂多为进口产品,价格高昂。自主研发替代品,可降低清洗成本,实现国产化替代,研发一款性能优良的齿轮箱清洗剂具有重要的实际意义。

  一、试验部分

  主要材料、试剂与仪器

  摆洗机,型号 S800,北京仪器有限公司;恒温烘箱,型号101-39W,上海恒科有限公司;分析天平,型号 ME204,上海梅特勒有限公司;恒温水浴锅,型号HH-M,浙江新兰仪器有限公司;恒温干燥箱,型号DHG-9123,上海丙林科技有限公司;泡沫仪,型号 2152,上海气象仪器有限公司;高低温箱,型号 TH-100A,普泰科技有限公司;红外能谱仪,型号 Nicolet is10,赛默飞世尔科技公司。乙醇,分析纯,天津益仁达化工有限公司;丙酮,分析纯,天津益仁达化工有限公司;金属试片,北京尼特金属材料有限公司。

  齿轮箱清洗剂的选择

  选择 1种自研产品及3种市售品牌齿轮箱清洗剂样品分别编号 1# 、2# 、3# 、4# ,进行系统试验分析。1# 自研齿轮箱清洗剂主要由三乙醇胺、渗透剂、反式聚醚 1170、脂肪醇聚氧乙烯醚、自配高效缓蚀剂(含银杏叶提取物)、增溶剂等组成。

  齿轮箱清洗剂性能测试方法

  去污力:参照 GB/T 35759—2017《金属清洗剂》中 5. 7方法进行。

  水分及挥发物含量:根据 GB/T 35759—2017《金属清洗剂》规定,在一定温度条件下,称取样品 2 g,放置在 105 ℃±2 ℃烘箱中保持4 h,取出称量并记录。

  泡沫性:根据 GB/T 13173—2021《表面活性剂洗涤剂试验方法》规定,在 40 ℃±0. 5 ℃条件下,将 200 mL 清洗剂样品从 90 cm 高度流到刻度量筒底部,测量即时高度和5 min时高度。

  高、低温稳定性:根据 GB/T 13173—2021 规定,将清洗剂样品分别置于 60 ℃±2 ℃烘箱中保持 6 h、-5 ℃±2 ℃烘箱中保持 24 h,取出观察并记录。

  对密封胶的影响:用去离子水配制质量分数 5% 的齿轮箱清洗剂溶液,按照GB/T 1690—2010《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》中的试验方法测试试验前后试样质量变化并记录。

  腐蚀性:根据标准GB/T 35759—2017规定,将铝片(LY12)、黄铜片(H62)、钢片(45 号)浸没在质量分数 5% 的齿轮箱清洗剂溶液中,恒温80 ℃±2 ℃保持2 h,记录试样质量变化。

  二、结果与讨论

  缓蚀剂的作用机理

  1# 自研产品中加入自配高效缓蚀剂,其中首次添加了银杏叶提取物,主要组分为含氮杂环有机物。此类有机物是通过质子化形式的静电相互作用吸附在带负电的金属表面上。除了这种物理吸附模式外,中性和阳离子形式的有机分子还可以通过杂原子向金属的空轨道提供电子对形成共价键,这种现象为化学吸附。故自配高效缓蚀剂能很好地减缓清洗剂中腐蚀成分对金属的腐蚀作用,作用机理如图 1所示。

  去污力

  对比不同齿轮箱清洗剂的去污力,试验结果见表1。

  结果表明,1# 、2# 、4# 齿轮箱清洗剂去污力较 3# 高,其中 1# 产品去污力最高。

  如图 2 所示,试验过程中可以看出 1# 产品对油污的溶解、分散能力较强。

  采用红外能谱表征初步鉴定清洗剂所含的基本成分及发挥作用的主要官能团。对1# 、2# 、3# 、4# 齿轮箱清洗剂样品进行分析,结果如图3所示,其吸收峰特点如表2所示。

  图 3 中有一个较强的—OH 伸缩振动吸收宽峰,此为多元醇脂肪酸酯型的振动峰,特征吸收峰在 3 400 cm-1 附近出现;4 种齿轮箱清洗剂在 1 700 cm-1 、1 550 cm-1 附近均有—C==O 吸收峰,1 200 cm-1 位置 为 C—O—C伸缩振动吸收峰。

  多元脂肪醇是使用较广泛的表面活性剂,具有优良的水溶性、乳化性、去污性。4种清洗剂的去污能力差异较大,可能是由于不同清洗剂多元脂肪醇的含量不同,与之复配的其他助剂也存在较大差异。

  水分及挥发物含量

  水分及挥发物含量测试结果见表3。

  可以看出,只有 1# 、3# 齿轮箱清洗剂水分及挥发物含量满足标准要求(低于80%)。2# 、4# 齿轮箱清洗剂较高的水分及挥发物含量表明齿轮箱清洗剂中有效成分含量较低。

  泡沫性

  泡沫性测试结果如图 4 所示。可以看出,仅 1# 齿轮箱清洗剂即时高度高于 80 mm,因为泡沫可以更好地覆盖和浸润表面,有效地去除污渍和杂质,故 1# 清洗剂较其他清洗效率更高。5 min 后 4 种清洗剂高度接近,均低于 20 mm,说明 4 种清洗剂消泡性均较好,便于漂洗。

  高、低温稳定性

  高、低温稳定性测试结果如图5所示。

  结果显示,4 种齿轮箱清洗剂在高、低温条件下(60 ℃/-5 ℃)均无结晶及沉淀物生成,高、低温稳定性良好。

  对密封胶的影响

  对密封胶的影响结果如表4所示。

  常用密封胶大部分为聚氨酯橡胶。结果表明,4种齿轮箱清洗剂对聚氨酯橡胶试样影响由小到大依次为 1# 、3# 、2# 、4# ,且4# 表面明显出现龟裂。

  腐蚀性

  腐蚀性测试结果如图6所示。

  由图 6 可知,2# 、4# 齿轮箱清洗剂对铝有较强的腐蚀性,不满足 GB/T 35759—2017的要求。1# 、3# 清洗剂满足金属腐蚀性相关标准要求,但 1# 产品较 3# 缓蚀性更佳。

  三、结论

  通过对 4 种齿轮箱清洗剂去污力、泡沫性、腐蚀性、水分及挥发物和高、低温稳定性等方面的研究,得出以下结论:

  (1)自研 1# 齿轮箱清洗剂在去污力、腐蚀性、水分及挥发物、泡沫性及高、低温稳定性等方面较其他3种清洗剂更优越。

  (2)红外表征显示齿轮箱清洗剂均含多元脂肪醇,具有优良的水溶性、乳化性、去污性。4种齿轮箱清洗剂在去污性方面存在较大差异,可能是由于不同清洗剂中多元脂肪醇含量不同,与之复配的其他助剂也存在较大差异。

  (3)自配高效缓蚀剂中首次添加了银杏叶提取物,其主要组分为含氮杂环有机物,可通过物理吸附和化学吸附对金属起到保护作用。

  参考文献略.

标签: 齿轮箱

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