工业齿轮油广泛应用于冶金、矿山、金属加工等行业的闭式齿轮装置，随着科学技术及工业生产的发展，齿轮传动向着体积小、重量轻、高速重载和大功率的方向发展。为此，齿轮所使用的油品要求具有更宽的使用温度、更优异的极压抗磨性、更好的减摩节能特性和更长的使用寿命。采用聚 α－烯烃( PAO) 、合成酯、聚醚( PAG) 等基础油调合的合成工业齿轮油恰恰可以满足这些要求，已在钢铁、水泥、风电等行业得到了广泛使用。本文对合成工业齿轮油的发展现状、性能特点和应用进行了简要介绍。

1、工业齿轮油的发展趋势

齿轮箱制造技术的改进和工业齿轮油的规格衍变是影响工业齿轮油发展趋势的两大因素。

1.1 工业齿轮设备的发展

随着齿轮工业的高速发展，工业齿轮箱朝着更大的动力、更高的载荷和较小的体积方向发展，并且工作环境潮湿。其中载荷的增大，增 加了齿面接触压力和金属与金属之间的磨损和点蚀; 齿轮箱体积的变小，意味着润滑齿轮和轴承的油品更少，这将导致油品温度的升高，加速油品的氧化，而氧化过程产生的油泥会导致油品和齿轮箱组件使用寿命缩短; 潮湿的工作条件会导 致轴承腐蚀加剧，带来设备维修与更换成本的增加。

工业齿轮油作为齿轮设计的重要零部件，也随着齿轮设备的发展在抗磨性能、承载能力、抗点蚀性能和氧化安定性方面提出了更高的要求，传统的 CKC、CKD 系列已不能满足，而合成工业齿轮油因其良好的黏温特性、优良的氧化安定性、优异的摩擦特性和较长的换油周期而受到广泛关注。同时，随着工业齿轮设备的发展，油品的规格也发生了变化。

1.2 工业齿轮油规格的衍变

美国钢铁公司 AIST 224 标准一直以来代表工业齿轮油最高规格，我国制定的《GB 5903－ 2011 工业闭式齿轮油》国家标准中 L－CKD 齿轮油质量达到了这一标准。此外，常用的工业齿轮油规格还有国标 ISO 12925、北美 AGMA 9005－E02 EP、欧洲DIN51517－3 等。表 1 分别列出了不同工业齿轮油的规格的比较。

从表 1 可以看出: 工业齿轮油的极压性能、防锈防腐性、抗乳化性能和氧化安定性是这些规格的共性要求。

除了上述规格，工业齿轮油发展的一个重要趋势是 OEM 对齿轮油品规格变化的影响越来越大。一般来讲，这些 OEM 规格往往都需要认证，获得认证的油品才能在被 OEM 厂商推荐使用。国外重要的 OEM( 包括轴承制造商、齿轮箱制造商和设备制造商) 提出的油品规格有 SIEMENS 的 Flender 规格; David Brown 的 David BrownS1.53.101 规格；Cincin-nati Machine 的 Cincinnati Milacron 规格等。其中最有影响的是 Flender 规格，该规格要求油品在满足 DIN51517－3 的基础上，还需通过 FZG 微点蚀实验、Flender 抗泡沫性实验、涂层材料兼容性实验、液体密封材料的相容性实验、轴封橡胶兼容性实验和Flender 过滤试验。Flender 规格被风电行业内普遍认为最苛刻，大多数风机 OEM 都希望使用的油品通过 Flender 认证。

1.3 合成工业齿轮油的现状

从上述工业齿轮制造和工业齿轮油规格的发展看，未来工业齿轮油除了具有良好的摩擦学性能外，还应该尽可能满足节能、环保和安全等要求。表 2 列出了各大润滑油公司推出的合成工业齿轮油产品的比较。

 

从表 2 可以看出: 从基础油类型看，各大公司推出的合成型工业齿轮油以聚 α－烯烃( PAO) 、合成酯、聚醚( PAG) 等三大合成基础油的使用最为广泛; 从典型应用看，合成型工业齿轮油多用于高负荷、极高温或极低温等严苛工况，具有杰出的润滑性能，能为齿轮提供最优保护。

2、三类合成基础油在工业齿轮油中的应用

2.1 PAO 在工业齿轮油中的应用

早期的 PAO 主要用于军事行业，直到 20 世纪 80 年代后期，随着市场需求的显著增长及民用技术的进步，PAO 润滑油才开始获得规模化应用。在制备方法上，国外公司主要通过乙烯共聚法制得 α－葵烃，再通过催化齐聚和加氢饱和制得不同黏度的PAO 基础油。由于 α－葵烯的纯度高，催化活性及选择性高，工艺条件易于严格控制，因此其产品性能优于使用蜡解、分馏再聚合法所制得的 PAO 产品，主要表现为黏度指数高、低温性能好及热氧化安定性好等方面。表 3 为具有相同黏度的 PAO 与 Ⅲ类矿物基础油的性质对比。

从表 3 可以看出: PAO 除黏度指数大于Ⅲ类基础油外，其突出特点是倾点低，低温流动性大大优于Ⅲ类基础油。此外，PAO 还具有优异的氧化安定性和水解稳定性，低的挥发性以及与矿物油兼容性好等优点。PAO 型的合成工业齿轮油产品，如昆仑KG/S 全合成重负荷工业齿轮油系列在造纸、钢铁、水泥等行业的高负荷、极端高低温和严苛的腐蚀环境下的齿轮箱中得到了越来越多的应用。

2.2 合成酯在工业齿轮油中的应用

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2.3 PAG 在工业齿轮油中的应用

PAG 是以环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷等原料在催化剂作用下开环均聚和共聚制得的线性聚合物。PAG 基础油具有极低的摩擦系数，优异的润滑性能，极高的黏度指数，卓越的低温流动性以及极佳的热氧化安定性。但 PAG 型润滑油与矿物型润滑油、某些涂料和油漆不兼容，在使用时需要对润滑系统进行清洗、采用氟橡胶或丁腈橡胶密封件、润滑系统内部采用环氧树脂漆或不涂漆。

由于 PAG 型工业齿轮油具有低摩擦系数的特点，因此适用于滑动形式较多的齿轮副润滑，特别是涡轮和双曲线齿轮。在润滑过程中几乎不产生残渣、胶质和其他沉积物，可以确保润滑系统清洁，减少润滑系统管路、精密阀门的堵塞，从而可以有效地防止由于上述原因造成的设备低油位或无油润滑而导致的设备损坏。PAG 型工业齿轮油，比如昆仑合成电梯油专为蜗轮蜗杆齿轮，特别是重型、严苛操作环境下的应用而设计。

综上所述，三大类合成基础油性能各有不同，应用的范围也有所区别。聚 α－烯烃( PAO) 因具有良好的氧化安定性和低温流动性，常用于极端工况条件下的齿轮润滑; 合成酯因具有良好的可生物降解性多用于可生物降解的齿轮油中; 聚醚( PAG) 因具有较低的摩擦系数多用于蜗轮蜗杆齿轮的润滑。

3、合成工业齿轮油的使用范围

当前，合成工业齿轮油的使用大致可以分为三类情况。

(1) 必须使用合成工业齿轮油才能满足苛刻的使用工况，如风电齿轮油。

(2) 要求使用后排放的齿轮油能够进行生物降解，如船用齿轮油等。

(3) 在工况条件恶劣的情况下，尽管使用传统的矿物型齿轮油也能在一定程度上满足要求，但如果使用合成工业齿轮油能马上体现矿物齿轮油无法比拟的优势，如电梯、钢铁、水泥、造纸等行业的齿轮油。

3.1 风电行业用油

风电设备运行具有与其他设备运行不同的特点。首先，风电机组通常都是位于风能较为丰富的偏远内陆或沿海地区，这些地区的自然环境较为恶劣，昼夜温差大，位于沿海或海上的风电机组还受潮湿、海水腐蚀等环境因素的影响; 其次，风电齿轮箱运行特点是低转速、高扭矩，且负载不稳定; 再次，风机主要润滑部件都位于离地超过 30 米以上的吊舱内，如果由于润滑故障而导致部件损坏，则部件的维修和维护非常高; 最后，必须考虑齿轮油对于润滑系统的元件如油漆、密封件等的相容性问题。基于风电机组的设备运行特点，风电齿轮油多选择合成型油品，并以 PAO 型的合成齿轮油为主。表 4 列出了风电机组齿轮箱的运行特点和润滑需求。

3.2 船用可降解齿轮油

2013 年 3 月美国环保署( EPA) 在最新修订的 船舶通用许可 VGP( vessel general permit) 中提到，从 2013 年 12 月 19 日以后，在美国水域行驶的商用船 舶上可能与海水接触的设备使用油品必须为环境友 好型产品，主要涉及工业齿轮油、液压油等。当前， 市场上可生物降解工业齿轮油的基础油大多是合成 酯。从目前的发展趋势看，合成酯被认为是最理想 的可生物降解润滑油的基础油。这是由于它具有以 下优点: 极佳的润滑性; 出色的高温稳定性和低温挥 发性; 良好的黏温性能; 较好的可生物降解性; 良好 的氧化安定性等。此外，合成酯还具有与矿物油及 多数合成油、添加剂可以互溶等优点。表 5 列出了 船用可生物降解齿轮油的运行特点及润滑需求。

3.3 电梯行业用油

对于有齿传动电梯，曳引机润滑油的作用在于 减少齿轮在传动过程中产生的热量，起到散热作用， 保证齿轮充分润滑，减少摩擦，达到提高传动效果和 承载力的目的。近年来，随着电梯曳引机趋于小型 化，极压负荷的不断增高以及高速电梯的不断增长， 电梯曳引机长期运行在大于 100 ℃甚至 130 ℃以上 的高温环境，一般的矿物型油品很难长期承受，而合 成型电梯曳引机润滑油由于选用了通过化学方法合 成的高分子化合物 PAO、PAG 作为基础油，分子结 构单一、整齐、馏程窄、杂质少、清净性好，再配以专 用添加剂，对于改善电梯油的性能具有极大的帮助。国际品牌电梯的初装和指定用油多采用的是 PAO 型或 PAG 型合成齿轮油。表 6 列出了电梯曳引机 齿轮油的运行特点及润滑需求。

4、结束语

未来，工业齿轮油的发展将面临多方面的挑战， 满足节能、环保、长寿命等综合要求将成为齿轮油发 展的主流。随着合成润滑油技术的进步，合成工 业齿轮油的优势将越来越明显，在各领域的应用将 更加广泛。