红外光谱仪监测使用中的润滑油劣化程度

发布于 2024-04-24 19:13

润滑油主要用于机器内部的润滑,并同时具有冷却和防锈的功能。比方说,引擎中的机油,便是引擎正常运转所不可或缺的润滑油,当润滑油老化、劣化,会让引擎内部的高速运转部件,产生金属磨损,甚至因为汽缸或活塞受损,而导致汽机车或飞行器熄火,甚至更严重的后果。红外光谱法 (FTIR) 是一种是一种用于识别有机物、聚合物,以及某些特定的无机材料的分析技术。 FTIR分析方法,利用红外光照射穿透测试样品,并侦测某个波长范围的光谱图,借此观察测试样品的化学性质。

检验润滑油品质的常用仪器

使用中的润滑油,可以利用「感应耦合电浆原子放射光谱仪 (ICP-AES)」分析油品中的金属元素的多寡 (通常是 Al, Fe, Cu, Cr, Ni, Zn),来了解机器或引擎的磨损状况。而润滑油本身的品质状况,除了可以用 「气相层析仪 (GC)」来分析润滑油中的污染状况之外(如汽油、柴油、水分、烟灰),「红外光谱仪 (FT-IR)」,是一种更简便快速的分析仪器,红外光谱仪除了能够用来检查润滑油的污染状况之外,还能进一步分析润滑油的劣化降解程度。势动科技所代理的 「Lyza 7000 傅立叶转换红外光谱仪」,是奥地利知名仪器公司 Anton Paar ,最新推出的新一代红外光谱仪,它的优越性能以及精简的操作界面,最适合作为品管检测使用。


Lyza 7000 高性能红外光谱仪执行润滑油品管

美国材料和试验协会 (ASTM) ,公布了一种使用红外光谱仪来检测使用中润滑油品质的标准检测方法 (E2412 Standard Practice for Condition Monitoring of In-Service Lubricants by Trend Analysis Using Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spectrometry),并于2023年修订了最新版本。

E2412-23 润滑油国际标准检验方法

这个 E2412-23 标准检验方法,提供两种检验方式可供选择:

直接趋势法 (Direct Trending)

不需要新鲜的润滑油当作参考物质,而是透过观察光谱峰值面积增加的程度,监控数个使用中的润滑油样品,其服役寿命的判定;
如果手上有新鲜的润滑油可供比对,则可以采用第二种方法:

光谱相减法 (Spectral Subtraction)

评断使用中的润滑油,与新鲜润滑油的差异程度,来评估润滑油的劣化程度。E2412-23 标准检验方法,可透过分析不同红外光谱区段,来监测润滑油的污染物,如水份、烟灰、汽柴油燃料、乙二醇等等,以及润滑油的劣化降解程度 (氧化、硝化、磺化)。

其中,氧化是润滑油使用寿命期间常见的劣化效应,氧化它会导致黏度增加、酸值增加和添加剂消耗等几个问题。 确定使用中润滑油品质的关键,是定期监测氧化状况(其次是黏度、添加剂和烟灰 等其他关键参数)。

以红外光谱仪检测润滑油劣化

利用FTIR红外光谱仪,光谱收集中红外线范围内的样品光谱。 所有有机物质都显示在此范围内的吸光度。 新鲜油样的 FTIR 光谱与用过的油样的光谱有很大不同。 因此,FTIR 是追踪润滑油样品变化的理想工具。 氧化产物在光谱的特定区域 (1800 cm-1 到 1670 cm-1),具有特征吸光度, 吸收强度随著氧化产物的增加而变大。硝化产物则会出现在 1650 cm-1 到 1600 cm-1 这个区间,而磺化产物则是在1180 cm-1 到1120 cm-1 这区间,下图是 ASTM E2412-23 实际测试润滑油劣化的光谱图可供参考。


使用红外光谱仪测量润滑油的氧化、硝化、磺化程度

使用红外光谱仪的优势

测量时间短

红外光谱仪的测量时间,是以秒来计算。

更换样品简便快速

红外光谱仪使用独立的穿透式液体样品槽,来填装润滑油。若是搭配专用的润滑油液体样品槽,如势动科技代理的 「SPECAC Pearl 穿透式液体样品槽」,还能进一步提升样品填装替换的速度。

Liquid Transmission Cell
Pearl Liquid Transmission Cell

维护清理容易

红外光谱仪没有像气相层析仪内部的毛细管路,样品室空间里面没有东西,让操作者放入液体样品槽。

维护成本低

几乎没有耗材成本,样品槽可以重复使用。样品槽的盐片,若是选用ZnSe或 BaF2 这类耐腐蚀的材质,可以用很久也不会坏。

势动科技提供完整的红外光谱仪润滑油检测所需的各类产品,若您需要进一步咨询,欢迎您联络势动科技,我们将有专人为您服务!