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第一章 _潤滑油‧脂概論 |
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第二章 _石油及合成基潤滑油脂 |
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第三章 _潤滑油‧脂的性狀與試驗 |
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第四章 _切削加工用油概論 |
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第五章 _石油溶劑概論及產品介紹 |
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第六章 _潤滑管理 |
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第七章 _潤滑油‧脂選用要領 |
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第八章 _潤滑油‧脂產品資料 |
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第九章 _附錄 |
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| - 石油情報首頁 - |
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| 第三章 潤滑油‧脂的性狀與試驗 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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— 認識潤滑劑的各種規格 — 理化性質及試驗方法 │ 效能試驗及品質等級→ 油膜強度試驗 引擎試驗及引擎油品質等級 API車輛齒輪油試驗及品質等級 DEXRON自動傳動液品質等級 二行程機油品質規範 四行程機車引擎油品質規範
潤滑油脂之效能試驗包括：油膜強度試驗（Film Strength test）或極壓試驗（Extreme Pressure Test）、引擎效能試驗（Engine Performance Test）、防銹效能試驗及抗氧化效能試驗。後二者試驗較為簡單，已於前文第十七及十九節述及。 油膜強度試驗之意義，在高負荷下，潤滑油應能有效潤滑相互摩擦之金屬表面，不致發生熔損（Welding），咬損（Seizing），崩損（Scoring）以及其他損傷。測定此種效能之方法，稱為「油膜強度試驗」或「負荷強度試驗」（Load-carrying capacity test），或「極壓試驗」。 常用者有下列各種： 1.Falex試驗機試驗 如圖表第35所示，以1/4英吋直徑之試驗鋼軸（長11/4英吋，以SAE 3135鋼製）轉動於兩個V形鋼塊（SAE 3120）中，其轉速應相當於76英尺／分鐘之滑動速度，V形鋼鐵則以槓桿夾住，全部浸於試驗之油料樣品中（油料不循環），槓桿之另一側徐徐增加壓力，直到V塊四處燒損為止。本法無法達到精確之結果，故使用不廣。改良者，轉軸所受負荷可以自動記錄，而且其磨損亦可由齒輪（Ratchet Wheel）之齒數測知，18齒約相當於0.001英吋之磨損。 圖表３５．Falex 試驗機原理 2.Almen試驗機試驗 Almen 試驗機試驗原理如圖表第36所示。於兩個半圓形鋼製水平軸承中，夾以周速為68英尺／分鐘之1/4英吋鋼製圓軸。全部浸於不循環之油料樣品中，以槓桿原理增加軸承負荷至每平方英吋15,000磅為止，測定摩擦部位損壞時之最低負荷。各油以本法試驗之裝置如第３６圖。 圖表３６．Almen 試驗機試驗原理
本法在美國已漸不用，但稱為Almen-Wieland 之改良法，在歐洲風行。 3.Timken 極壓試驗機試驗 Timken極壓試驗機（Timken E.P. Test Machine）之試驗方法為美國聯邦政府所訂之6505T標準試驗（原為CRC-18-545法）。其原理如圖表第37所示。 本試驗之原理乃利用圓形之迴轉環，在一定轉速下，與一塊平面間材料相摩擦，同時以欲試之油樣循環注射至摩擦面間。於負荷之槓桿上漸漸增加重量，直至圓形迴轉面與平面材料間油膜破壞，發生摩擦面損傷為止。每增加一定重量時，應繼續試驗十分鐘，然後停止。檢查損傷情形。此外，在試驗時如有損傷發生，必伴有特別雜音，不難正確判知。試驗十分鐘後，試驗材料如無損傷，則所試之油料樣品已經通過此時所加之負荷，以「合格磅數」（OK 1bs.）表之。圖表37為Timken極壓試驗機之全面剖視圖。 圖表３７．Timken極壓試驗機之剖視圖 Timken試驗機所用之圓形迴轉圈實即為一鋼環，直徑為1 15/16英吋，SAE 4620鋼料製，Rc硬度為60。平面鋼塊則為1/2 x 1/2 x 3/4英吋大小，同為SAE 4620材料，Rc硬度亦為60。負荷為0～90磅之槓桿負荷，或7,100～8,500psi。其滑動速度為每分鐘200～400英尺。平面鋼塊上之損傷面積，可用測微計測出。 Timken試驗法雖已於1966年列入ASTM D2509 標準，但仍有下列各缺點： A.以本法測定高負荷下之磨耗，不太準確（四球試驗較為準確），且無法正確反映添加劑之含量。 B.本法測定之結果，誤差較大，例如30磅之允許誤差為5磅。 C.舊潤滑油中含有磨耗之金屬磨屑，水份、雜質污物等時，影響誤差更大；故舊油中極壓添加劑是否衰失，可先檢出鉛、硫、磷、氯等含量，再與新油比較而判知。 D.不能以測定Timken磅數或公斤數來判斷何時換油。油料黏度、污物含量等應先予檢查。 Timken試驗至少需油料樣品4公升（或1加侖）。 4.SAE試驗機試驗 SAE 試驗機又稱為Bu-Std 或Makee 試驗機。其原理如圖表第３８所示，乃由兩個SAE 4620鋼製圓球（直徑1-15/16英吋）於1,000 RPM 或475英尺／分鐘滑動線速下互相摩擦迴轉，其最高負荷為284,000 psi 或900～2,250磅。兩隻鋼球亦可調節為不等速度之迴轉，故滑動面有兼具滑動（Sliding）與滾動（Rolling）之運動。上球亦連一槓桿，可加減負荷。下球之四分之三直徑浸於油中，供潤滑兩鋼環摩擦面之用，本法亦稱為美國聯邦之6501T法，或CRC-L-17-545試驗法。 圖表３８．SAE 試驗機原理 5. 四球試驗機試驗 本機係四球組成，球之直徑為半英吋之SKF鉻鋼球珠，其球心互相構成立體之等邊三角錐形。下面三球不動，上面一球則於此三球上迴轉，轉速為1800 RPM時之115英尺／分鐘，以槓桿負荷加於上下各球。令上球在一定負荷下運轉一定時間，然後測出球珠之磨秏情形，表示油料之負荷能力。 本機又稱為四球極壓試驗機（Four Ball E.P. Machine），或Shell四球試驗機。本機之槓桿負荷為10～800Kg，14,000～797,000 psi之壓力。 本法之改良試驗法甚多，其中最常用者為Hertz 改良法，其槓桿上負荷均按40，50，55，.....等5之倍數自動改變，每一負荷迴轉30秒鐘。為期試驗準確，常作二十次試驗，再以累積之負荷除以20，即是「平均Hertz 負荷」（Mean Hertz Load）。 本法已列入美國聯邦政府650號標準試驗法內。 圖表３９．四球試驗機 6.四方齒輪試驗機（Four- Square Gear Machine） 又稱為Neimann（FZG）或Gleason試驗機，其結構與車輛上所裝之Hypoid齒輪相同，專供試驗Hypoid齒輪用齒輪油耐壓能力之用。 各種車用機油（Motor Oil）除具備一定之黏度及其他物理及化學性質外，是否適用於各特定機動機械所裝之引擎（即內燃機，Engine），必須進行特定之引擎試驗（Engine Test）。由於目前使用之引擎種類甚多，如汽油引擎、柴油引擎、四行程引擎、二行程引擎、增壓式引擎......等等，故引擎試驗的種類亦多。目前常用之引擎試驗有柴油引擎試驗（如Cummins M11、Mack T-9, T-8E、Caterpillar 1K、1P等引擎試驗）、汽油引擎試驗（如ASTM各Sequence試驗等）及其他引擎試驗。 引擎試驗之特點為在試驗室內，以特定之引擎，進行各項能夠代表實際行車情況之嚴重作業。如此可在短時間內完成一系列之試驗，然後分解引擎內部機件，檢查並測定其結膠、積碳、積垢、腐蝕，......等情形，且與標準樣本比較，予以評分，並報告其結果。引擎試驗之詳細規定，本書不易敘述。唯最重要的是美國、歐洲或日本的汽車研發單位（如美國的SAE－美國汽車工程師學會）、石油組織（如美國的API－美國石油學會）和標準單位（如美國的ASTM－美國物料及試驗學會）等機構協力，根據引擎試驗結果所訂出的引擎油品質標準，廣為世界各國採用。幾乎所有市面上車用引擎油之包裝及說明，都必須標示其等級，以便使用者選用。 引擎油品質等級標準中，最普遍為市場採用的，有美國的API引擎油品質等級、歐洲的ACEA及美日汽車機構合作的ILSAC數種，以下為其目前為止之等級分類：
API（American Petroleum Institute）所定之等級，稱為API Service Grade（API服務等級或品質等級），此系列將引擎油分為汽油引擎用以及柴油引擎用兩類，分別以S開頭（Service Station加油站之意），以及C（Commercial 商業用之意）開頭，而以A、B、C......等字母表示不同等級，愈往後的字母等級愈高，目前汽油引擎用油認証的為SJ及SL兩級，以SL為最高級，柴油引擎目前認証的則有CF、CF-2、CF-4、CG-4及CH-4，其中以CH-4為最高級，再早期的分級或由於試驗引擎已無法找到或因為性能已不符要求而不再認証。 API最近宣佈下一個柴油引擎機油級數CI-4，將於2002年8月15日正式認証註冊使用，此API最新級數油品適合高速、四行程柴油引擎，其使用燃油含硫量達0.5%wt之車輛。符合自2002年開始執行的2004年美國廢棄排放標準要求的高速四行程柴油引擎油品，特別配製以配合廢氣再循環裝置(EGR)引擎的耐用性，具有優異的抗磨防腐蝕及活塞積垢保護作用，高低溫黏度保持效果良好，可防止油煙沉積及氧化稠化。本級油品可取代API CH-4、CG-4及CH-4。 茲將目前作用中之API引擎油規範，列表說明如下： (參見圖表40．API Service Grade 引擎油之API品質分類)
在歐洲的引擎油規範，原來由歐洲聯盟協調委員會(CEC)負責開發燃料和潤滑油性能試驗方法，而由歐洲共同市場汽車製造商協會(CCMC)進行分級，訂出了CCMC引擎油的品質分類，以G代表汽油機油，D代表柴油機油，PD代表柴油乘用車機油；1995年，歐洲汽車製造商協會(ACEA－Association des Constructeurs Europ』een d』Automobiles)取代了CCMC，並於1996年１月１日修改了原有CCMC的品質等級，發佈新的品質分級。 圖表41．ACEA引擎油品質分類
ILSAC是由美國發動機製造商協會（MVMA）和日本汽車製造商聯合會（JAMA）透過一個稱為「國際潤滑劑標準及認証委員會」（International Lubricant Standardization and Approval Committee）所發佈的汽車引擎油規範，1990年10月首先公佈了ILSAC GF-1，在1992年10月作過修訂，接著在1996年10月公佈進一步的規範，稱為ILSAC GF-2正式實施。最新的規格ILSAC GF-3也已在2001年7月推出。 ILSAC GF-1 包含了API SH規格的各項要求，但要求具更低揮發性、過濾性、抗起泡性、高閃點、高溫高剪力黏度及低磷含量，同時，GF-1在台架測試程序VI(Sequence VI)上，規定必須達到2.7%的節能性，因此，合格油品的低溫黏度也限於0W,5W及10W三種。 ILSAC GF-2 包含了API SJ規格的各項要求之外，在高溫高剪力黏度、揮發度、過濾性、閃點、高溫沉積物、磷含量上還有更嚴格的規範。同時，GF-2增加了程序VI-A節能試驗，並強調對排放系統的保護，因而油中含磷量從GF-1的0.12%降到0.10%。 ILSAC GF-3 基本上ILSAC GF-3 及API SL 是從ILSAC GF-2 及API SJ升級而來。ILSAC GF-3包含了API SL規格的各項要求之外，在燃油經濟性，高溫積垢控制，排放廢氣系統保護及抗氧化保護等方面有更嚴苛的要求。其中ILSAC GF-3的燃油經濟性是以xW30或是更低黏度油品為主，對絕大多數亞太地區市場而言並不太普遍或適用引擎試驗及引擎油品質等級。
圖表40．API Service Grade 引擎油之API品質分類
*表示其引擎試驗已廢除,除非在特定情況下,否則已不再被ASTM檢查。 （三）ＡＰＩ車輛齒輪油試驗及品質等級API Service Grade（API品質等級）以室內模擬試驗，評定車輛用齒輪油之服務狀況，如前節所述，定出品質等級，其內容如下表： 圖表42．API Service Grade 車用齒輪油之API品質分類
目前實施中的是API GL-5及API MT-1，GL-6由於是為大偏移之齒輪(High pinion offset Gear)而設，而大偏移齒輪的市場已沒落，使得此類齒輪用油的需求量變得極小，因此事實上此分類已不再認證；此外，GL-4在商業上仍然廣泛流通，但其中部份性能測試的設備已無法取得；而研議中為重負荷的卡車、大巴士及重型建設機械後傳動軸使用螺旋或戢齒輪，可長期使用的規範是API PG-2，但目前仍因未能克服齒輪表面金屬疲勞的問題，而持續延後無法推出。API PG-2的試驗包括熱穩定/組件清淨，油封相容性，銅金屬相容性，齒輪表面金屬疲勞，API GL-5效能及和現行齒輪油相容等試驗。 近年來，車輛手排變速箱齒輪油市場有低黏度與高跨距化的趨勢，尤其以SAE 75W/90規格尤為普遍。由於其在低溫時黏度低的特點，使車輛冷天起動及換檔操作更為容易與順暢；並且因磨擦阻力小，進而節省燃料的消耗。而新訂的SAE J306車輛用齒輪油黏度分類，規定經CEC L-45-T-93, 20小時KRL剪切試驗後，仍需符合該級油品100℃最低黏度規範的要求，即為針對此複級齒輪油剪切穩定性能之管制。 由於齒輪箱設計日趨小型化，動力密度提高使操作油溫上升。油質劣化速度增加，而易於析出油泥，以致齒輪油的熱氧化安定性漸被重視。API 近年訂的MT-1規範即在GL系列基礎上，強調油質熱穩定性與清淨性等要求，以符合現代大卡車與大客車用非同步手排變速箱發展之需求。 汽車自動變速箱用油的規格，主要的都由汽車原廠依據設備操作要求而制定。自1949年出現了自動變速箱，美國通用汽車公司就提出了第一個汽車自動傳動液規格TYPE A，之後隨著汽車性能的提高及自動變速器規格的改進，對汽車自動傳動液的品質要求不斷提高，自動傳動液的規格也不斷更新。 目前在小汽車自動變速箱方面，最為市場上普遍採的規範以通用汽車的Dexron及福特汽車的Mercon二個系列為主。福特汽公司於1993年9月停止使用Mercon規格的ATF，改用New Mercon規格要求的油品。1996年再公佈Mercon-V規範，將剪切與氧化穩定性及低溫性能再予提昇，適用於1996 年份以後的福特車型。通用汽車公司則已於1997年全面實施更新版的Dexron III，荷重變速裝置傳動液的規格則主要有Allison C-4和Caterpillar的TO-4規格。 圖表43列出了GM和FORD二家汽車公司的汽車自動液規格的發展歷史。 圖表43GM和FORD汽車公司自動傳動液規格發展
（五）二行程機油品質規範 二行程引擎一般可見於船用舷外機引擎、摩托車或機器腳踏車、鏈鋸或其他移動設備及雪車等。用於舷外機的多為水冷式，其他則多為氣冷式，其所需求的引擎油性能因為設備的不同，會有相當大的差異。一般而言，二行程引擎油應具備的性能主要為：
二行程機油規格的發展，最早為1985年由ASTM，SAE，API及CEC共同推出的TSC-1，TSC-2，TSC-3，TSC-4系列，其中TSC-4為水冷式舷外機油規格。 這一系列規格的油品在實際使用上效果不佳，因此1987年ASTM及API又公佈了TA，TB，TC，TD這一系列（其中TD為水冷式舷外機用油規格）。1988年NMMA (National Marine Manufacturers Association)根據舷外機的使用特性，也公佈了更高規格的TC-WII，增加了燃料混溶性、流動性、防銹性和濾清器堵塞限制等要求，但在使用上仍受測試零件及發動機損壞的限制，再加上環保要求的萌發，促使二行程機油出現需要一種品質更高，更具統一性的規格和測試標準的呼聲。 其中，美國和歐洲之外，日本摩托車的產量及出口量均居世界第一，因此其二行程機油的品質和規格也對全世界產生影響。1990年4月，日本汽車標準組織JASO制定了其氣冷式二行程機油FA，FB，FC的分類；而1992年，NMMA也推出了舷外機油TC-W3最新規格，同時日本方面希望未來的油品規格不再按水冷和氣冷分類，因此，各國的相關機構開始合作促成二行程機油的全球規格出現。 新的全球規格將由國際標準組織ISO推出，在JASO的原來架構上，又加強了清淨性及抗環粘結的保護，1994年推出的最高規格GD則較FC更為嚴苛。 此外，1994年NMMA決定以通過兩段15匹馬力Mercury舷外機的測試，對已獲TC-W3認可的油進行再確認。建立包含基礎油延伸認證等完整的認證規定，並對新的認證編號標以R字頭，以別於先前的3字頭。 圖表44世界二行程機油規格發展的過程可簡述
（六）四行程機車引擎油品質規範 在傳統上，四行程機車引擎用油均延用一般四行程小汽車機油的規範。但由於近年來API/ILSAC等級油品配方中，常加有摩擦修飾劑的趨勢。因摩擦係數過低，會對某些機車的溼式離合器導致離合器片滑動與動能耗損的問題，所以JASO針對四行程機車引擎用油另立新規範（JASO T903-98），這是世界上首次公佈的四行程機車引擎用油標準。 JASO四行程機車引擎油係以通過API SE-SJ（SE以上均可）或ACEA A1-A3（A1以上均可）性能規範為基礎，再加上硫酸鹽灰份、揮發度、消泡性、剪切穩定性與高溫高剪切黏度的限制。至於油品中摩擦修飾劑的管制，JASO則於1998年公佈以SAE#2摩擦試驗機的測試法（JASO T904-98），將四行程機車引擎油分為，高動、靜摩擦指數的MA類油與低摩擦指數的MB類油兩種。 圖表４５．幾種重要的潤滑油測試方法的國際標準 A.潤滑油
B.潤滑脂
*ASTM 美國材料試驗學會 (American Society for Testing Materials) DIN 德國工業品標準規格 (Deutsche Industrie Normen) IP 英國石油協會 (Institute Petroleum) ISO 國際標準組織 (International Standard Organization) JIS 日本工業規格 (Japanese Industrial Standard) NF 法國國家標準 (Normes Francaises)
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