液压油失效分析

液压系统是以有压流体为能源介质，来实现各种机械传动。液压流体与部件设计、部件冶金和液压系统本身的设计相互依赖、相互作用。因此我们需要关注以下方面：

1. 由于氧化、磨损碎屑、粘度损失、腐蚀副产物的产生和黄色金属磨损，流体化学对部件故障的影响。

2.材料的冶金学。

3. 表面光洁度的影响。

4. 将磨损机制建模为材料对接触载荷、速度和其他因素的函数。

5. 动态与静态磨损。

6. 磨损机理包括滚动接触疲劳、气蚀、润滑失效、磨粒磨损等，以及这些机理的组合。

7. 故障分析方法侧重于识别故障根本原因的策略。

而液压油的失效模式主要表现为图1所示；

图1，液压油失效模式

按ISO6743-4标准对液压流体类型进行分类如下：

一、由于粘度因素的失效

运动粘度是流体在重力作用下流动的阻力。粘度是最重要的润滑剂物理特性。润滑剂必须具有合适的流动特性，以确保在不同的工作温度下有足够的供应到达润滑部件。润滑剂的粘度取决于其分类或等级，以及使用中的氧化和污染程度。预计油的粘度会随着时间和使用而升高，而粘度损失被认为比增加更严重。

由于液压系统驱动依赖不同的泵系统，如叶片泵、齿轮泵、柱塞泵、螺杆泵等，因此不同液压泵适用的典型最小粘度值如下表：

一方面粘度过低会造成系统内泄和压力达不到要求，另外如果粘度过大也会造成系统无法启动或启动电流过大。下表是不同泵的最大粘度限制。

二、污染导致的失效（颗粒物和水分）

流体清洁度的衡量标准，是液压系统的一项关键测试。伺服阀具有非常严格的配合公差，并且容易被过滤不良的流体堵塞。所有 OEM 都将清洁度级别指定为 ISO 4406，因此连续的监测至关重要。当污染颗粒数量升高时，了解原因很重要。

污染的来源：外界带入（比如密封损坏）和氧化产生污染导致的磨损如下图：

除了外界混入的污染物，系统由于磨损和异常高温带来的油品劣化，也会产生油泥和积碳，特别是积碳为高分子断链和裂解析出的硬质颗粒，也会给系统带来擦伤磨损。因此我们希望液压油配方中能抑制油泥的出现，特别是金属类抗磨添加剂是造成低温油泥的一个主要因素。

不同配方的液压油寿命及油泥倾向的比较见下表：

各种抗磨液压油的典型氧化和热稳定性能

氧化稳定性测试-油泥状况比较：

我们说油品另外一个主要的敌人是水分，在使用的环境里面不可避免会带入水分，那么每种基础油能接受的水分限制，我们需要有一个清晰的认识：

一般液压流体中水分的限制

但是仅凭肉眼是很难区分微量的含水量

从上图我们可以看出，油品乳化了，含水量一定会超标，但是油品清澈未必含水量就低。比如有些类型合成油，如聚醚类油品即便达到10000ppm，也能正常使用。

三、液压油含气量过多导致的气蚀

气蚀就是油液中气泡在金属表面附近破裂。如果液压油太冷/太热或流体粘度过高，可能会发生气蚀。实验表明，快速破裂的气泡会产生压力高达 414MPa的冲击波，如此高的力会在许多金属中产生塑性变形。大多数气蚀发生的步骤：

1.在保护膜上形成空化气泡。

2.气泡破裂，破坏薄膜。

3.新暴露的金属表面腐蚀，薄膜重新形成。

4.在同一位置形成新的空化气泡。

5.气泡破裂，破坏薄膜。

6.外露区域腐蚀，膜层重整。重复此过程会产生深孔。

气蚀损伤是机械和化学作用的结果

柱塞泵气蚀示意图

隐藏的气蚀损伤

每个孔都存在气蚀

小结：

液压油作为液压系统中一个重要的组成部分，需要关注其性能的变化，特别是污染和空气释放性、消泡性等，如何进行在线监测也是一个比较困难的事情。

目前市面常见的监测：

1、离线油液分析

2、在线颗粒物计数（污染等级）

因此，国外有在线监测油液电信号来进行监测的技术，根据油品低电导率和低介电常数，而混入的外界杂质高电导率和高介电常数来预警，另外金属盐类添加剂也会带来电导率的变化，所以添加剂的消耗也可以分析出来。

油液电信号分析：

现有检测方式对比：

总结：

液压油失效分析过去一般通过离线分析和液压元件的失效图像及金相分析等手段来判断，现在可以通过在线监测的手段来实现对关键系统的监测，保障了生产安全的实现。