发展中的齿轮油
在过去的二十年中，齿轮润滑油发展的发展动力是在降低系统成本的同时提高油品性能。从八十年代美国石油学会（API）GL-5标准到九十年代中期兼顾传动性能和齿轮洁净度两方面性能的API MT-1标准，直到如今的引入注目的高性能齿轮油，它的发展变化是一个非常有趣的课题。在此期间直接导致齿轮油配方的变化的原因是载重和轻型运输车的发展，同时也受到环境保护要求和政策法规的压力。现在这些具有更高性能的齿轮油比早期的API GL-5有许多进步。如：更好的密封适应性（潜在地减少密封件的更换），燃料经济性（通过效率的提高来实现），更佳的抗擦伤能力和抗磨损性能（在苛刻条件下减少机
械失效的可能）都给整个系统成本带来显著的影响。其它优点如更低的气味，更好的限滑性能等常被认为是（齿轮油）更完美的特性且一直影响着齿轮油销售量的增长。
齿轮油现今已从八十年代商业化的GL-5发展到满足商用和汽车司机要求的具有良好性能的优质润滑剂。本文将主要介绍此发展过程并阐述这些受润滑剂销售商欢迎的不同性能。
介绍
本文对各种影响汽车齿轮油市场的因素如环保要求、政策法规和性能等的调查发现，这些因素促使齿轮油市场从GL-5向具有多种高性能系列的润滑油发展，以适应使用的要求。这些新型油品的性能提高和价值增长弥补了由于在市场上齿轮油类型的增加所带来的（销售）不便。
环保要求和政策压力下的变化
载重运输车辆和轻型小轿车市场在近几年里发生了显著的变化，这些变化中一是小轿车保有量中包括了很大一部分运动型车辆（SUVs），另外载重运输车辆传动装置设计变化主要是自动化以及限滑型后桥的采用。而这些变化只是今天影响汽车齿轮油研制中的少数几个因素。
美国公司燃料经济性协会（CAFé），汽油价格和柴油价格共同形成的美国汽车市场清楚地为润滑油供应商提出了挑战。这种挑战在齿轮油的研制和销售中十分明显。十年前，齿轮油除了具有抗氧化、腐蚀、抗磨和极压性能外，很少有其它性能。今天，原厂设备制造商们（OEMs）希望齿轮油能提供如后桥效率、温度控制、密封适应性、传动性能及其它方面性能。重负荷车队经营者开始希望通过延长传动系统润滑油的服务期减少换油次数而得到收益。环保组织迫使齿轮油供应商最小化齿轮油中有毒有害化学品的使用，如：氯。
装配厂及制造厂对齿轮油供应者提出了最高的管理要求（QS9000(1)和QS14000(2)）。在北美由于以上因素的影响，引起齿轮油的研制和销售的变革。
历史摘要
在八十年代，API（GL-5）(3)规格足以满足北美的大部分汽车齿轮油的需求。此规格自1966年颁布已来在世界各地被广泛接受并被一直沿用了多年(4)。它源自1962年由美军颁布的润滑油规格MIL-L-2105B(3)。1966年API颁布了STP512，补充了对API规格中性能名称的定性要求。1980年API、ASTM和SAE三家联合提出SAE J1146－"性能和使用分类维护程序"来保证最新的售后油规格。在这三家机构中，ASTM负责制订试验方法和性能标准；API负责定义用户术语及分类规格；SAE负责根据制造商需求的变化发布新的SAE手册。（GL-5）分类需要通过ASTM制定和选用的6个基本试验（锈蚀、铜片腐蚀、磨损、极压性和泡沫性）。包括美军、Mack Tuck（马克汽车）、Eaton（伊顿）和Meritor（玛瑞特）在内的许多设备制造商和用户都采用了这些试验。可是对在重负荷变速箱中使用GL-5润滑油的问题却关注不足。当设备服务机构对多功能齿轮油带来的易于储运、管理的优点而兴奋时，却没有被广泛认可的批准程序评价GL-5齿轮油在变速箱实际使用中的可靠程度。这导致API MT-1标准(4,5)的发展，它包括了所有的变速箱试验和密封试验。有趣的是MT-1标准在北美相当普及，但在其它地区却难以普及。例如，欧洲变速箱制造商要求的同步性能就限制了GL-5和MT-1的使用。同样有趣的是美国重负荷变速箱的设计中也将很快限制GL-5和MT-1型的齿轮油的使用。如Eaton（伊顿）这样的重负荷变速箱制造商已规定在他们生产的某些类型变速箱限制使用MT-1齿轮油而其它如Merior（玛瑞特）等变速箱制造商也要求在他们生产的变速箱中禁止使用含有硫磷的齿轮油。
在轿车和重负荷车辆齿轮油中，SAE75W-90这个粘度级别齿轮油的用量和
比例也明显增加。这主要是由于轻型车的燃料经济性要求和重型车辆的低温流动性及氧化性能要求引起的。SAE J-306粘度规格新增加了剪切安定性的指标，以保证齿轮油在使用过程中保持有效的粘度(6)。粘度指数改进剂加入量与齿轮油的粘度关系如下图1所示。
图1 齿轮油中VII/PPD典型添加量
图2 齿轮油中添加剂典型加剂量
行业内的联合正在顺利地进行，这包括原厂制造商 （OEMs）之间市场的统一，如Eaton（伊顿）和Dana（达纳）在重型车辆方面；Mercedes Benz（奔驰）和Chrysler（克莱斯勒） 在重型和轻型车方面；Exxon （埃克森）和Mobil（美孚），Pennzoil（宾州石油） 和Quaker State（奎克石油）在润滑油市场方面的联合。当产品和服务企业同样联合时，促使行业内成本和效率成为关注的焦点。这种关注成本和效率的趋势也影响了齿轮油的市场。目前齿轮油的研制均根据一定的性能要求进行的，这必将直接影响全体系的成本。表1和表2列出了这些性能变化。为满足表2的性能要求，现今使用的更高加剂量和粘度指数改进剂用量势必将会最终增加齿轮油的生产成本。这部分成本的增加可由全体系 成本的降低而容易证明。图1 和图2列举了现今在非合成齿轮油中使用的更高的加剂量和粘度指数改进剂加入比例，以及自GL-5齿轮油以来加剂量经历的变化过程。
表1以往齿轮油和变速箱用油典型性能
表2 未来齿轮油和变速箱用油典型性能
* 注：单筒状后桥润滑油常被推荐用于某一型号变速箱，这常常导致油品要兼顾传
动性能(5)。
基础油变化
最近几年适合于调合厂使用的基础油已有很大变化。APIⅡ类和Ⅲ类基础油为齿轮油销售商带来了机遇和挑战。用于调合SAE 75W-90 齿轮油的APIⅡ类和Ⅲ类基础油使用量一直在增长。由于大量缺乏高粘度的APIⅡ类和Ⅲ类基础油而最终导致齿轮油中粘度指数改进剂的用量增加。这反过来导致对齿轮油剪切安定性的要求，如：SAE J-306标准(6)。
APIⅡ类和Ⅲ类基础油中的硫和芳烃组份明显低于APIⅠ类基础油。降低极性组份会影响添加剂的溶解性和橡胶相容性。大部分以合成油或APIⅡ类和Ⅲ类基础油调合的SAE 75W-90齿轮油也包含一定量的密封膨胀剂。这些密封膨胀剂也具有其它优点－提高溶解特性，以溶解更多的极性添加剂。
汽车的发展
在重型卡车的设计上，目前关注的许多性能是十年前处于次要地位的性能。货物运输行业中可靠的服务现在变得至关重要。设计的变化和质量控制着重于减少故障时间，延长润滑油换油期和增加可靠性上。采用了流线型和更低的底盘设计均可以减少风的阻力，并提高燃料经济性，但同时也使通过后桥和变速箱的空气流量减少。而起冷却作用的空气流量减少可能会使后桥和变速箱的工作温度高于十年前的车辆。如图3所示对于汽车高性能的需求趋势也将进一步造成后桥和变速箱的温度升高。一些措施是采用冷却剂，如：水或空气，使后桥和变速箱保持合适的工作温度。据报道，轻型车的后桥温度在非常苛刻的工 作条件下可高达150℃。这样的温度可能导致油品氧化和密封件的老化。另外，差速器中的小齿轮和圆齿轮会受到应力的作用甚至失效。这个略有极端的例子可能在正常驾驶时不会发生，但可以说明齿轮油在工作中需要有很好的抗氧化性能。此外，通过观察使用SAE 75W-90齿轮油的冷却剂的工作温度可以发现，此类油在轻型车的后桥中使用可发挥更大的作用(8,9)。根据此一变化，润滑油行业也已经发布了更加严格的氧化限制（把沉积物测定并入L-60-1氧化试验）和密封适应性实验(4,5)。
轻型车制造商同样也将重点放在了燃料经济性上。显然，按车型划分运动型车辆和轻型卡车占有了最大的市场，但此类型在燃料经济性方面往往相对要差些。下面的图4显示了过去二十年中此类车型的增长情况。现在在美国轻型卡车的销量已高于小轿车的销量(7)。在美国对更高性能的轿车需求已由汽车制造者作出了反应。图3表明这段时期内车辆性能的增长与每100磅车重的车辆马力的关系。车辆性能的提高也使后桥的承受力大大增加，特别当汽车加速时在后桥会产生更大的应力作用。这类应力可增加热量甚至可能造成连接配件的磨损。根据这一情况，润滑油制造商推荐使用后桥高效能齿轮油SAE 75W-90，该粘度等级油品中常含有摩擦改进剂用于减低摩擦，同时又可有助于降低整体油品的温度。
械失效的可能）都给整个系统成本带来显著的影响。其它优点如更低的气味，更好的限滑性能等常被认为是（齿轮油）更完美的特性且一直影响着齿轮油销售量的增长。
齿轮油现今已从八十年代商业化的GL-5发展到满足商用和汽车司机要求的具有良好性能的优质润滑剂。本文将主要介绍此发展过程并阐述这些受润滑剂销售商欢迎的不同性能。
介绍
本文对各种影响汽车齿轮油市场的因素如环保要求、政策法规和性能等的调查发现，这些因素促使齿轮油市场从GL-5向具有多种高性能系列的润滑油发展，以适应使用的要求。这些新型油品的性能提高和价值增长弥补了由于在市场上齿轮油类型的增加所带来的（销售）不便。
环保要求和政策压力下的变化
载重运输车辆和轻型小轿车市场在近几年里发生了显著的变化，这些变化中一是小轿车保有量中包括了很大一部分运动型车辆（SUVs），另外载重运输车辆传动装置设计变化主要是自动化以及限滑型后桥的采用。而这些变化只是今天影响汽车齿轮油研制中的少数几个因素。
美国公司燃料经济性协会（CAFé），汽油价格和柴油价格共同形成的美国汽车市场清楚地为润滑油供应商提出了挑战。这种挑战在齿轮油的研制和销售中十分明显。十年前，齿轮油除了具有抗氧化、腐蚀、抗磨和极压性能外，很少有其它性能。今天，原厂设备制造商们（OEMs）希望齿轮油能提供如后桥效率、温度控制、密封适应性、传动性能及其它方面性能。重负荷车队经营者开始希望通过延长传动系统润滑油的服务期减少换油次数而得到收益。环保组织迫使齿轮油供应商最小化齿轮油中有毒有害化学品的使用，如：氯。
装配厂及制造厂对齿轮油供应者提出了最高的管理要求（QS9000(1)和QS14000(2)）。在北美由于以上因素的影响，引起齿轮油的研制和销售的变革。
历史摘要
在八十年代，API（GL-5）(3)规格足以满足北美的大部分汽车齿轮油的需求。此规格自1966年颁布已来在世界各地被广泛接受并被一直沿用了多年(4)。它源自1962年由美军颁布的润滑油规格MIL-L-2105B(3)。1966年API颁布了STP512，补充了对API规格中性能名称的定性要求。1980年API、ASTM和SAE三家联合提出SAE J1146－"性能和使用分类维护程序"来保证最新的售后油规格。在这三家机构中，ASTM负责制订试验方法和性能标准；API负责定义用户术语及分类规格；SAE负责根据制造商需求的变化发布新的SAE手册。（GL-5）分类需要通过ASTM制定和选用的6个基本试验（锈蚀、铜片腐蚀、磨损、极压性和泡沫性）。包括美军、Mack Tuck（马克汽车）、Eaton（伊顿）和Meritor（玛瑞特）在内的许多设备制造商和用户都采用了这些试验。可是对在重负荷变速箱中使用GL-5润滑油的问题却关注不足。当设备服务机构对多功能齿轮油带来的易于储运、管理的优点而兴奋时，却没有被广泛认可的批准程序评价GL-5齿轮油在变速箱实际使用中的可靠程度。这导致API MT-1标准(4,5)的发展，它包括了所有的变速箱试验和密封试验。有趣的是MT-1标准在北美相当普及，但在其它地区却难以普及。例如，欧洲变速箱制造商要求的同步性能就限制了GL-5和MT-1的使用。同样有趣的是美国重负荷变速箱的设计中也将很快限制GL-5和MT-1型的齿轮油的使用。如Eaton（伊顿）这样的重负荷变速箱制造商已规定在他们生产的某些类型变速箱限制使用MT-1齿轮油而其它如Merior（玛瑞特）等变速箱制造商也要求在他们生产的变速箱中禁止使用含有硫磷的齿轮油。
在轿车和重负荷车辆齿轮油中，SAE75W-90这个粘度级别齿轮油的用量和
比例也明显增加。这主要是由于轻型车的燃料经济性要求和重型车辆的低温流动性及氧化性能要求引起的。SAE J-306粘度规格新增加了剪切安定性的指标，以保证齿轮油在使用过程中保持有效的粘度(6)。粘度指数改进剂加入量与齿轮油的粘度关系如下图1所示。
图1 齿轮油中VII/PPD典型添加量
图2 齿轮油中添加剂典型加剂量
行业内的联合正在顺利地进行，这包括原厂制造商 （OEMs）之间市场的统一，如Eaton（伊顿）和Dana（达纳）在重型车辆方面；Mercedes Benz（奔驰）和Chrysler（克莱斯勒） 在重型和轻型车方面；Exxon （埃克森）和Mobil（美孚），Pennzoil（宾州石油） 和Quaker State（奎克石油）在润滑油市场方面的联合。当产品和服务企业同样联合时，促使行业内成本和效率成为关注的焦点。这种关注成本和效率的趋势也影响了齿轮油的市场。目前齿轮油的研制均根据一定的性能要求进行的，这必将直接影响全体系的成本。表1和表2列出了这些性能变化。为满足表2的性能要求，现今使用的更高加剂量和粘度指数改进剂用量势必将会最终增加齿轮油的生产成本。这部分成本的增加可由全体系 成本的降低而容易证明。图1 和图2列举了现今在非合成齿轮油中使用的更高的加剂量和粘度指数改进剂加入比例，以及自GL-5齿轮油以来加剂量经历的变化过程。
表1以往齿轮油和变速箱用油典型性能
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表2 未来齿轮油和变速箱用油典型性能
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* 注：单筒状后桥润滑油常被推荐用于某一型号变速箱，这常常导致油品要兼顾传
动性能(5)。
基础油变化
最近几年适合于调合厂使用的基础油已有很大变化。APIⅡ类和Ⅲ类基础油为齿轮油销售商带来了机遇和挑战。用于调合SAE 75W-90 齿轮油的APIⅡ类和Ⅲ类基础油使用量一直在增长。由于大量缺乏高粘度的APIⅡ类和Ⅲ类基础油而最终导致齿轮油中粘度指数改进剂的用量增加。这反过来导致对齿轮油剪切安定性的要求，如：SAE J-306标准(6)。
APIⅡ类和Ⅲ类基础油中的硫和芳烃组份明显低于APIⅠ类基础油。降低极性组份会影响添加剂的溶解性和橡胶相容性。大部分以合成油或APIⅡ类和Ⅲ类基础油调合的SAE 75W-90齿轮油也包含一定量的密封膨胀剂。这些密封膨胀剂也具有其它优点－提高溶解特性，以溶解更多的极性添加剂。
汽车的发展
在重型卡车的设计上，目前关注的许多性能是十年前处于次要地位的性能。货物运输行业中可靠的服务现在变得至关重要。设计的变化和质量控制着重于减少故障时间，延长润滑油换油期和增加可靠性上。采用了流线型和更低的底盘设计均可以减少风的阻力，并提高燃料经济性，但同时也使通过后桥和变速箱的空气流量减少。而起冷却作用的空气流量减少可能会使后桥和变速箱的工作温度高于十年前的车辆。如图3所示对于汽车高性能的需求趋势也将进一步造成后桥和变速箱的温度升高。一些措施是采用冷却剂，如：水或空气，使后桥和变速箱保持合适的工作温度。据报道，轻型车的后桥温度在非常苛刻的工 作条件下可高达150℃。这样的温度可能导致油品氧化和密封件的老化。另外，差速器中的小齿轮和圆齿轮会受到应力的作用甚至失效。这个略有极端的例子可能在正常驾驶时不会发生，但可以说明齿轮油在工作中需要有很好的抗氧化性能。此外，通过观察使用SAE 75W-90齿轮油的冷却剂的工作温度可以发现，此类油在轻型车的后桥中使用可发挥更大的作用(8,9)。根据此一变化，润滑油行业也已经发布了更加严格的氧化限制（把沉积物测定并入L-60-1氧化试验）和密封适应性实验(4,5)。
轻型车制造商同样也将重点放在了燃料经济性上。显然，按车型划分运动型车辆和轻型卡车占有了最大的市场，但此类型在燃料经济性方面往往相对要差些。下面的图4显示了过去二十年中此类车型的增长情况。现在在美国轻型卡车的销量已高于小轿车的销量(7)。在美国对更高性能的轿车需求已由汽车制造者作出了反应。图3表明这段时期内车辆性能的增长与每100磅车重的车辆马力的关系。车辆性能的提高也使后桥的承受力大大增加，特别当汽车加速时在后桥会产生更大的应力作用。这类应力可增加热量甚至可能造成连接配件的磨损。根据这一情况，润滑油制造商推荐使用后桥高效能齿轮油SAE 75W-90，该粘度等级油品中常含有摩擦改进剂用于减低摩擦，同时又可有助于降低整体油品的温度。