CNS 15074-2007 Method of test for evaluating lubricity of diesel fuels by the high-frequency reciprocating rig (HFRR)《柴油润滑性试验法(HFRR高频往复式测试装置法)》.pdf

1、1 印月963月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 75.160.20 K6114015074經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 963月2日 月日 (共7頁)柴油潤滑性試驗法 （HFRR 高頻往復式測試裝置法） Method of test for evaluating lubricity of diesel fuels by the high-frequency reciprocating rig (HFRR) 1. 適用範圍：本標準規定以高頻率往復式測試裝置 (HFRR， high-frequency reciprocating rig)評估柴

2、油潤滑性。 備考 1. 本標準適用於中質蒸餾燃油，如 CNS 1471車用柴油及其它可用於柴油引擎中性質相似的石油基質燃油之測定。 2. SI 單位表示的值可視為標準值，括弧內的數值僅供參考。 3. 本標準可能涉及有危險性的材料，操作和設備，本標準要旨不在強調有關使用它時的所有安全問題。使用者應建立適用之安全衛生之操作準則，並且在使用之前能決定規則範圍之應用性。對於特殊有害的聲明參閱各節備考。 2. 用語釋意 2.1 界限磨擦：兩個表面之間在相對運動 的摩擦與磨損狀態，除了黏度之外，取決於表面的特性，及所接觸的油樣性質。 備考： 發生於金屬與金屬接觸，且會與系統中的化學作用有關，物理吸附或化學

3、反應產生的薄膜 (通常很薄 )支撐接觸面的負載，必然會產生磨損。 2.2 潤滑度：性質用語，描述兩表面之間 於負載時的相對運動，油樣影響其摩擦與磨損的能力。 備考： 本標準中油樣潤滑度是以振盪的鋼球在油樣中浸沒接觸靜止之測試圓盤，在限定與可控制條件下量測所產生的磨痕，以毫米表示。 3. 方法概要 3.1 將 2 mL 的測試油樣置於 HFRR 的測試槽中，設定試驗標準溫度 (25 或 60)。一般傾向試驗溫度先設定 60 ，若此溫度會使測試油樣揮發而損失或分解變質則改設定為 25 。 3.2 當油樣溫度到達穩定後，將振動桿支承固定於一個不會旋轉的鋼球並負載 200 g重量，並下降直至完全接觸到

4、浸沒在測試油樣中的圓盤。鋼球和圓盤接觸磨擦，以衝程 1 mm，頻率 50 Hz 下，持續 75 min。 3.3 將鋼球由振動器取出並清潔後，以 100 倍的放大鏡測量並記錄主軸及次 軸的磨痕。 4. 意義及應用 4.1 柴油燃料的噴射裝置部分依賴柴油燃 料潤滑性質，例如柴油噴射泵浦與噴嘴等引擎組件壽命縮短，有時係因柴油缺乏潤滑度造成的。 2 CNS 15074, K 61140 4.2 柴油噴射泵浦系統因磨耗所引起困難之 HFRR 試驗結果之趨勢，已於某些燃油機件組合的泵浦設備試驗獲得證明，其界面潤滑被認為是在元件操作的一項因素。 4.3 燃油與試驗用具的污染以及試驗溫度，對 HFRR 試驗

5、所產生的磨痕相當敏感。潤滑度評估也對測試燃油取樣及貯存中的微量污染同樣敏感。 4.4 HFRR 可用來評估柴油燃油在規定的試驗條 件下，防止產生磨損的相對效能指標。 HFRR 試驗結果與柴油噴射系統操作性能間的關係並未建立。 4.5 本試驗法是設計用於評估界面潤滑的 性質。然而黏度影響本試驗法潤滑度並未完全消除，僅被減到最小。 5. 儀器設備 5.1 高頻率往復式測試裝置 (HFRR)：參閱圖 1，負載 200 g 質量之鋼製圓球完全浸沒於測試油樣中的靜置圓盤磨擦，以 1 mm 的衝程，及 50 Hz 的頻率進行試驗75 分鐘，完整的試驗條件列於表 1。 表 1 試驗條件 油樣體積 2 0.2

6、0 mL 衝程距離 1 0.02 mm 頻 率 50 1 Hz 油樣溫度 25 2 或 60 2 相對濕度 30 % 外加負載 200 1 g 試驗時間 75 0.1分 測槽面積 6 1cm25.2 測試槽：可將測試圓盤堅固地固定在 測試油樣下。測試槽及隨後填裝的測試油樣的溫度，由緊貼於測試槽的電子控制加熱板來維持。 5.3 控制單元：可控制衝程距離、頻率、 測試槽溫度、摩擦力、電子接觸電位以及試驗時間的電子資料處理與控制系統。 5.4 顯微鏡：具 0.1 mm 刻度的 100 倍放大能力，及能以 0.01 mm 細刻度。 5.4.1 載玻片測微計：具有 0.01 mm 刻度。 5.5 清潔水

7、槽：適當容量大小的無縫不銹鋼超音波洗淨槽，功率在 40 瓦以上。 5.6 乾燥器：含有乾燥劑，可儲存測試圓盤、鋼球及硬體設備。 3 CNS 15074, K 61140 圖 1 HFRR 概圖 測試圓盤掛重栓加熱器測試鋼球 測試槽 力量測試儀振動器 6. 試劑與材料 6.1 丙酮：試藥級。 備考：警告極度可燃，蒸氣可能引起閃火。 6.2 壓縮空氣：碳氫化合物含量小於 0.1 ppmv，水含量小於 50 ppmv。 備考：警告高壓的壓縮氣體。當可燃物質存在時，使用時應特別注意。 6.3 手套：乾淨、不含棉絨的棉製手套，為可拋棄式。 6.4 參比油 6.4.1 參比油 A：高潤滑度參考物質。儲存於

8、附有鋁箔內襯蓋子的乾淨硼矽玻璃瓶，或內襯為環氧樹酯的金屬容器。須存放於陰暗處。 備考：警告油樣具可燃性。 6.4.2 參比油 B：低潤滑度參考物質。儲存於附有鋁箔內襯蓋子的乾淨硼矽玻璃瓶，或內襯為環氧樹酯的金屬容器。須存放於陰暗處。 備考：警告油樣具可燃性，蒸氣有害。 6.5 測試鋼球 參考：市售適用之測試鋼球例如符合 AISI E-52100 Chromium alloy steel ANSI B3.12 Metal ball 等級 24的 鋼 質，直 徑 6.00 mm，具 ASTM E18 Standard test methods for rockwell hardness and r

9、ockwell superficial hardness of metallic materials的 rockwell 硬度 C 級， HRC 為 58-66，精度小於 0.05 m Ra 者。 6.6 測試圓盤 參考： 市售適用之測試圓盤例如符合 AISI E-52100 的鋼質，直徑 10.00 mm，具ASTM E92 Standard test method for vickers hardness of metallic materials的 vickers 硬度 HV 30，等級 190-210，精度小於 0.02 m Ra 者。 6.7 甲苯：試劑級。 備考：警告易燃性，吸入有

10、害。 6.8 擦拭紙：無棉絨、不含碳氫化合物及可拋棄式的擦拭紙。 4 CNS 15074, K 61140 7. 取樣 7.1 取樣：除非另有其他取樣規定，否則取樣步驟應依循 CNS 1217石油及其產品之取樣法或符合同等之國際標準取樣。 7.2 由於潤滑度的試驗對微量物質非常靈 敏，所以樣品容器只能為環氧樹酯內襯之金屬容器、琥珀色硼矽玻璃或鐵氟龍 (PTFE)材質，並且在容器使用前，以欲取得的樣品沖洗清潔容器至少 3 次。 7.3 最好使用新的樣品容器，否則可依以下規定分別清洗每種容器。 7.3.1 若使用環氧樹酯內襯之容器則使 用丙酮、甲苯、異丙醇等比例體積混合之溶劑 (試劑皆為 CP 等

11、級 )或正庚烷 (CP 等級 )沖洗三次，沖洗時須將蓋子鎖上並搖晃一分鐘後將溶劑排掉，補 充新溶劑，最後一次清洗需將溶劑排掉再使用空氣吹乾。 7.3.2 若使用硼矽酸玻璃則須依下列步驟清洗： (1) 填充水溶性、實驗室用的清潔劑於瓶中並加水成為 1 wt.%，鎖上瓶蓋並浸泡至少十分鐘。 (2) 使用清潔劑激烈清洗玻璃瓶及瓶蓋表面。 (3) 重複使用熱自來水 (60 75)沖洗玻璃瓶及瓶蓋直到無起泡傾向。 (4) 緩和地將瓶蓋潤濕並浸泡至少十分鐘。 (5) 加入熱自來水 (60 75)並重複沖洗、浸泡步驟直到無起氣泡傾向。 (6) 使用熱蒸餾水 (60 75)浸泡至少二次。 (7) 將玻璃瓶及瓶

12、蓋分開並在 (115 125)烘箱下烘乾。 8. 儀器之準備 8.1 測試圓盤 (新收到時 )： 8.1.1 當拿到新測試圓盤時，清洗前應先儲放於甲苯中至少 12 小時，如第 8.1.2節至第 8.1.5 節步驟進行。 8.1.2 將測試圓盤由甲苯中取出，置於 乾淨的燒杯內，再加入適當量的甲苯於燒杯中，使其能完全覆蓋住圓盤。 8.1.3 將燒杯置放於超音波洗淨器中清洗 7 分鐘。 8.1.4 以乾淨的夾子撥翻所有清洗的測試圓盤。再將測試圓盤取出，並且從第 8.1.2節的清洗步驟及改以丙酮清洗約 2 分鐘。 8.1.5 再乾燥並儲放於乾燥器盎內。 備考：乾燥步驟可採用 (140 至 210)Kp

13、a 的壓縮空氣噴射吹驅完成。 8.2 測試鋼球 (新收到時 )：依第 8.1.2 節至第 8.1.5 節步驟清潔新測試鋼球。 8.3 硬體：所有會與測試圓盤、測試鋼球 或測試油樣接觸的硬體及器具皆須以甲苯完全清洗、乾燥並以丙酮清洗，乾燥儲放於乾燥器中。 9. 試驗設備之檢查與確認 9.1 溫度：以校正過的溫度量測裝置，檢查樣品槽的溫度控制。 9.2 頻率：以校正過的頻率計，檢查振動器單元的頻率。 9.3 衝程距離：在以參比油 B 執行試驗後，以校正過的顯微鏡，量測測試圓盤上的5 CNS 15074, K 61140 磨痕，並由磨痕的長度減去磨痕的寬度來得到實際的衝程距離。 9.4 運轉時間：以

14、校正過的碼表來確認試驗時間。 9.5 試驗設備：在至少每 20 次試驗後，根據本節所述試驗每一個參比油，以確認設備的性能及準確性。以每一種參比油 在試驗溫度下，執行二次試驗來確認設備性能，如任何一種油樣的兩次試驗磨痕半徑 (WSDs)差值大於 0.08 m 時，則須進一步測試或校正動作以確認裝置之性能及準確性。假如兩次試驗的 WSD 平均值與參比油 A 及參比油 B 在 25 及 60 所提供之平均值差大於 0.08 m 時，則須進一步測試或校正動作以確認裝置之性能及準確性。 10. 步驟 10.1 表 1 為試驗條件之彙總。 10.2 嚴格執行清潔度的要求，且依規定的清潔步驟是必要的。在處理

15、及安裝步驟期間，以乾淨的夾子及手套， 避免污染乾淨的測試元件 (測試圓盤、測試鋼球、測試槽及裝置 )。 10.3 使用夾子將測試圓盤放置於測試槽中，且較亮的一側朝上，將測試圓盤鎖到槽中後，再將測試槽鎖到儀器上，並確認熱電偶是否已適當地置於測試槽中。並確認試驗環境的相對濕度是否大於 30 %。 10.4 使用夾子將測試鋼球放到固定器中，並將固定器連接至振盪器懸臂末端，在完全鎖上前確認固定器為水平狀態。 10.5 以吸量管吸取 (2 0.2)mL 的測試油樣置於測試槽中。 10.6 將溫度控制器設定到需要的試驗溫度 (25 或 60 ，一般為 60 ，參閱第 3.1節 )，並且打開加熱器。設定衝程

16、距離為 1 mm，及設定振動頻率為 50 HZ。 10.7 當溫度達穩定後，降下振動器懸臂並且懸掛 200 g 的重量於振動臂上，啟動振動器。 10.8 執行震盪試驗 75 分鐘，並在試驗完成後關閉振動器及加熱器。舉起振動器懸臂並取出測試鋼球固定器。 10.9 將測試鋼球 (仍在固定器中 )浸於乾淨的溶劑中並且以擦拭紙擦乾，再以記號筆在球上將磨痕圈出。 10.10 將測試槽取下並妥善處理丟棄的油樣，將測試圓盤取出並且擦 拭乾淨，將測試圓盤置於儲存容器內 (塑膠袋 )並標註。 10.11 將固定器放置於顯微鏡下觀察，並根據第 11 節量測其磨痕直徑。 10.12 在量測刻痕後，將測試鋼球由固定器

17、中取出並將測試鋼球與 測試圓盤一起儲放。 11. 刻痕測量 11.1 開啟顯微鏡光源，並且將測試鋼球置於放大 100 倍的顯微鏡下。 11.2 調整顯微鏡焦距並且調整讓磨痕置於視景中央。 11.3 以機械的方式調整磨痕與刻度的參考點排成一直線，量測主軸至 0.01 mm 並記錄之。 11.4 以機械的方式調整磨痕與刻度的參考點排成一直線，量測次軸至 0.01 mm 並記錄之。 6 CNS 15074, K 61140 11.5 若磨損面與參比油試驗不同時，記錄磨損面的狀態、碎片顏色、異常顆粒或磨損形狀，可目視的雜質等以及在測試槽中存在的顆粒。 12. 計算：如下計算磨痕直徑： WSD=(M+N

18、)/2 式中， WSD ：磨痕直徑， m M ：主軸， m N ：次軸， m 13. 測定報告：須包括下列事項： 主軸、次軸及磨痕直徑至 0.01 m 磨痕面積的描述 油樣溫度 油樣的描述及取樣日期 測試鋼球及測試圓盤的識別碼 試驗日期。 任何與表 1 中試驗條件的偏差。 14. 精密度及偏差 14.1 精密度： 25 試驗下的燃油磨痕精確度介於 (0.143 至 0.772) m 60 為介於(0.175 至 1.00)m，此精密度數據從 1995 年的合作試驗計劃而來，此計劃包含美國及歐洲的試驗實驗室，共有 9 種不同的油樣，每一個實驗室給與 18 份油樣進行試驗，油樣以盲樣分發，因此操作

19、者並不知道為重覆的樣品。試驗順序為隨機進行，並要求每一實驗室以相同操作人員及相同的設備對所有 18 個油樣進行試驗，其中九間實驗室為 25 的試驗，十間實驗室為 60 的試驗。 14.1.1 重複性：以相同操作者，使用相同分析設備，在相同試驗條件下，分析同一樣品，經過長時間在正常且正確的試驗法操作下，兩次結果的差異在 20次的分析中，只能允許一次超出下面的試驗值。 25 之重複性 =0.062 m 60 之重複性 =0.080 m 14.1.2 再現性：以不同操作者，使用不同分析設備，在相同試驗條件下，分析同一樣品，經過長時間在正常且正確的試驗法操作下，兩次結果的差異在 20次的分析中，只能允

20、許一次超出下面的試驗值。 25 之再現性 =0.127 m 60 之再現性 =0.136 m 14.2 偏差：本試驗標準的步驟沒有偏差，因為潤滑度並非基本與可測量的液體性質。 15. 關鍵字：界面潤滑 (boundary lubrication)；柴油 (diesel fuel)；摩擦力 (friction)；潤滑度 (lubricity)；磨損 (wear)。 7 CNS 15074, K 61140 引用標準： CNS 1217 石油及其產品之取樣法 CNS 1471 車用柴油 參考標準： ANSI B3.12 Metal ball AISI E-52100 Chromium alloy steel ASTM E18-05e1 Standard test methods for rockwell hardness and rockwell superficial hardness of metallic materials ASTM E92-82(2003)e2 Standard test method for vickers hardness of metallic materials