一種高效極壓抗磨復合添加劑

1、合成潤滑材料文章編號:1672-4364(2006)04-0018-05一種高效極壓抗磨復合添加劑胡建強胡役芹江國光(1徐州空軍學院航空油料系,徐州221000;22×××××部隊,上海200000)摘要:介紹了MT-10添加劑的極壓抗磨性能,球柱型磨損試驗、齒輪油擦傷試驗和四球極壓性能試驗結(jié)果均表明,該添加劑在多元醇酯中的抗磨極壓性能優(yōu)于聚四氟乙烯()(ZDDP)、磷酸三甲酚酯(TCP)和多種復合添加劑。MT10。關(guān)鍵詞:添加劑;抗磨性能;極壓性能;中圖分類號:TE624182:抗燒結(jié)性能,通常需要加入一些極壓添加劑,它們主要是一些含活性元素

2、氯、硫和磷的化合物。含氯添加劑具有較好的極壓抗磨作用,分子中的C-Cl鍵在載荷和摩擦力的作用下發(fā)生斷裂,分劑協(xié)同來降低添加劑中的氯含量,對于充分發(fā)揮含氯添加劑的低成本和高極壓性,具有較好的實際意義。MT-10是一種含長鏈鹵代烴的復合添加劑,該添加劑在潤滑油中具有良好的極壓、抗磨和抗氧化性能,并且優(yōu)于多種復合添加劑和單劑。1摩擦磨損試驗方法111球柱型摩擦磨損試驗解放出的氯與金屬反應形成具有減摩抗磨作用的氯化鐵和碳保護層,從而表現(xiàn)出較好的抗磨、減摩和承載能力13。含氯添加劑中最典型的是氯化石蠟(chlorinatedparaffin),由于氯化石蠟反應活性高、極壓性能好、價格低廉,已廣泛應用于齒

3、輪油和金屬切削液,但氯化石蠟易水解生成氯化氫,并對金屬有較強的腐蝕作用,同時摩擦產(chǎn)生的氯化鐵保護膜熔點較低,在350下就已失效;另外,氯對人類健康和自然環(huán)境也有著很大危害,所以氯化石蠟在潤滑油中的使用受到了限制4采用ASTMD5001方法評價試驗油樣的減摩和抗磨性能,其中鋼球直徑為6135mm,柱體直徑為4191mm。通過測定球柱間的摩擦因數(shù)評價油樣的減摩性能,通過測定試驗后鋼球表面的橢圓形磨斑的平均直徑D和實際磨損體積V評價油樣的抗磨性能,其中磨損體積由公式V=D/64r計算得到(r為試驗鋼球半徑,r=31175mm)。采用齒輪油擦傷試驗方法(GearOilScuffTest,簡稱GOST)

4、在球柱型磨損試驗機上測定潤4。為了降低添加劑中的氯含量,研究者將含5,6氯添加劑與含硫添加劑復合,表現(xiàn)出了較好的極壓協(xié)同作用。溴代烴7不僅毒性遠小于氯代滑油在邊界潤滑條件下的承載能力,該試驗結(jié)果以施加負荷表示,其數(shù)值為接觸載荷的1/2。由于GOST試驗與FZG和Ryder齒輪試驗結(jié)果具有收稿日期:2006-09-08作者簡介:胡建強,男,講師,博士,現(xiàn)從事教學和潤滑油添加劑的應用研究工作,已發(fā)表論文多篇。烴,而且有機溴化合物形成極壓膜的活性也明顯強于氯代烴,可以在含氯添加劑與二苯基二硫化合物協(xié)同配方中使用溴代烴來降低氯含量,并且試驗結(jié)果表明,該配方表現(xiàn)出了突出的極壓和抗磨協(xié)同作用。因此,利用含

5、鹵添加劑與含硫添加2006年第33卷第4期胡建強等.一種高效極壓抗磨復合添加劑194/3很好的相關(guān)性0192)8,9(相關(guān)系數(shù)分別為0192和PRR=012755×L+657×(lnV)112四球極壓性能試驗-339(2),因此可以根據(jù)公式(1)和公式(2)式中L為GOST結(jié)果,V為油樣的運動粘度。采用ASTMD2783方法測定負荷磨損指數(shù)和分別有效預測FZG齒輪試驗的載荷級數(shù)(PRLS)和Ryder齒輪試驗結(jié)果(PRR)。PFLS=011044×L+1590×(lnV)30001/24/3-燒結(jié)負荷評價油樣的極壓性能。上述摩擦磨損試驗條件見表1。(1)

6、表1摩擦磨損試驗試驗參數(shù)標準方法油溫/最大滑動速度/(ms-1)轉(zhuǎn)速/(rmin-1)輪齒接觸負荷/N測試時間/min試驗油量/mL上試件材料下試件材料上試件表面硬度/Rc下試件表面硬度/Rc球柱磨損試驗ASTMD5001800162224050AISI52100SAE872064666466GOST試驗SAEAIR49787882100150AISI52100SAE872064665866FZG齒輪試驗AST1450991582615125020MnCr520MnCr560626062Ryder15761513128100002000557310500AMS6265AMS6265606260

7、62AISI52100AISI5210060626062四球極壓試驗ASTMD2783室溫3198178060800001162基礎油和添加劑磷酸鋅組成)、復合劑B(主要是二烷基二硫代磷酸鋅添加劑,不含有聚四氟乙烯)、復合劑C(鹵素質(zhì)量分數(shù)低于MT-10,但不含二烷基二硫試驗所用基礎油為多元醇酯,100運動粘度為510mm/s。添加劑為Muscle公司生產(chǎn)的極壓抗磨劑MT-10(主要由長鏈鹵代烴、少量活性硫醇和其他添加劑組成)、復合劑A(主要是分散型聚四氟乙烯膠狀物和大量的二烷基二硫代代磷酸鋅)。通過能量色散型X射線熒光光譜儀分析了以上復合劑的元素組成,結(jié)果見表2。表2各復合劑的元素組成添加劑

8、MT-10Al質(zhì)量分數(shù),%01150P質(zhì)量分數(shù),%0108801466012410104601133S質(zhì)量分數(shù),%016810163001674Ca質(zhì)量分數(shù),%<01001010360105101078Zn質(zhì)量分數(shù),%Cl質(zhì)量分數(shù),%010070116001030141193116201028復合劑A復合劑B復合劑C單劑有聚四氟乙烯(PTFE)、二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDP)、磷酸三甲酚酯(TCP)和硬脂酸。3試驗結(jié)果311MT-10與其他復合劑抗磨性能的比較復合劑在多元醇酯基礎油中的球柱磨損試驗結(jié)果。從摩擦因數(shù)來看,復合劑A的減摩效果最好,其次是MT-10,復合劑B和復合劑C與基礎油相

9、比沒有改進。從磨斑直徑(WSD)來看,MT-10和復合劑C的抗磨性能優(yōu)于復合劑A和表3(見下頁)列出了MT-10和其他3種20合成潤滑材料SYNTHETICLUBRICANTS2006年第33卷第3期表3MT-10與其他復合劑抗磨性能比較添加劑體積分數(shù),%MT-10復合劑L添加劑體積分數(shù),%摩擦因數(shù)WSD/mm磨損體積/復合劑B011700114801152017201700169411531713150L摩擦因數(shù)WSD/mm磨損體積/3710復合劑A37103710復合劑C371001167011650116801750175017541894189418901140011420113801

10、7901790180610061006133011700117101166017150171001690410431923150注:基礎油的摩擦因數(shù)為01164,WSD為0180mm,磨損體積為6133L。復合劑B。從磨損體積來看,基礎油的磨損體積為6133L,分別加入體積分數(shù)為3%的MT-和復合劑C后,A后,基礎油的磨損體積沒有改善,說明該復合劑的抗磨性能一般;加入體積分數(shù)為3%的復合劑B后,試件的磨損體積降為4189L,但隨著濃度的增加不再變化。,含氯復合劑C的抗磨性能最好,其次為含的復合劑B,而含PTFE的復合劑A的減摩性能較好,抗磨性能較差。312MT-10與其他復合劑極壓性能的比較表

11、4列出了MT-10和3種復合劑在多元醇酯基礎油中的GOST試驗結(jié)果,其中FZG負荷級別和Ryder試驗結(jié)果都由公式(1)和(2)預測得到。表4MT-10與其他復合劑極壓性能比較添加劑體積分數(shù),%MT-10復合劑GOST(A法)/NGOST(B法)/NFZG(預測)/級Ryder(預測)/(Nmm-1)擦傷前摩擦因數(shù)3710復合劑A3710復合劑B3710復合劑C3710461558812117164615590165117168101010111538659773601135011200112846155491056135461555415449107117157163684044170111

12、4011220112344114116544114411461554411710710710374374374011120111901123491063177110546155661157315713815910393477513011430114001130注:基礎油的GOST(A法)為4411N,GOST(B法)為4411N,FZG(預測)為710級,Ryder(預測)為374N/mm,擦傷前摩擦因數(shù)01126。2006年第33卷第4期胡建強等.一種高效極壓抗磨復合添加劑21從表4中結(jié)果可以看出,復合劑A和復合劑B在不同體積分數(shù)下,其GOST抗擦傷能力和預超過7840N,而其他極壓劑的負荷

13、磨損指數(shù)和燒結(jié)負荷均低于60和3087N,這進一步說明MT-10在潤滑油中具有突出的承載能力。表5四球極壓試驗結(jié)果添加劑特氟隆SupremePlusSlick50測的FZG、Ryder試驗結(jié)果與基礎油相比,都沒有明顯改進,說明復合劑A和復合劑B的極壓性能較差。復合劑C隨著體積分數(shù)的增加,其各項指標都在不同程度的提高,具有較好的極壓性能,而MT-10的極壓性能也隨著體積分數(shù)的增加而提高,尤其在體積分數(shù)達到10%時,其GOST抗擦傷數(shù)值為11716N,預測FZG負荷級別為1115級,預測Ryder結(jié)果為736N/mm,這些數(shù)值代表了該粘度基礎油在GOST試驗中的最高水平。因此,MT-10載能力。M

14、T-10與復合劑C相比分數(shù)下,添加劑的極壓性能有著重要的影響。但從擦傷前的摩擦因數(shù)來看,各復合劑與基礎油相比,變化都不明顯。表5的四球極壓試驗結(jié)果也表明,含MT-10潤滑油的負荷磨損指數(shù)可達到24614,燒結(jié)負荷負荷磨損指數(shù)燒結(jié)負荷/N431759194215581549101419602450196030872450>7840復合劑STP復合劑I-10MT-10與單劑的極壓性能比較前面的試驗結(jié)果比較了MT-10與3種復合添加劑的極壓抗磨性能,但這些復合劑中含有的添加劑種類不清楚,并且其中的抗磨劑含量也不確定,這使得比較的準確性受到影響。為了進一步比較MT-10與單純添加劑的性能優(yōu)劣,又

15、采用GOST試驗研究了MT-10與4種單劑的極壓性能,試驗結(jié)果見表6。表6MT-10與其他單劑極壓性能比較添加劑MT-10PTFEZDDPTCPGOST(A法)/N11716461558812931151145GOST(B法)/N11716491090165931151145FZG(預測)/級1115713919919715Ryder(預測)/(Nmm736393597615411-1)硬脂酸注:基礎油的GOST(A法)為4411N,GOST(B法)為4411N,FZG(預測)為710級,Ryder(預測)為374N/mm。其中PTFE的平均粒徑為2m,未加入分散劑,利用超聲波將其分散均勻,磨

16、損試驗過程中PTFE呈懸浮狀,硬脂酸、ZDDP和TCP均為常用進;ZDDP和TCP在雖高濃度下均表現(xiàn)出了較好的極壓性能,但是在低濃度下(相當于在內(nèi)燃機油的用量),其抗負荷性能就不明顯;而MT-10在GOST試驗中的各項指標均明顯高于其他4種單劑,表現(xiàn)出了良好的抗負荷能力。另外MT-10對金屬無腐蝕性,而且具有較好的抗氧化性能。的抗磨極壓添加劑。試驗過程中,各添加劑的體積分數(shù)均為10%。從表6中可以看出,PTFE和硬脂酸的極壓性能較差,與基礎油相比,各項指標都沒有明顯改224結(jié)束語合成潤滑材料SYNTHETICLUBRICANTS2006年第33卷第3期4黃文軒,韓長寧1潤滑油與燃料添加劑手冊1

17、北京:摩擦磨損試驗研究表明,MT-10在多元醇酯潤滑油中表現(xiàn)出了突出的極壓抗磨性能,并且優(yōu)于常用的復合添加劑和高濃度的單劑,同時也說明MT-10中的長鏈鹵代烴、少量活性硫醇和其他添加劑具有較好的協(xié)同作用。另外,MT-10具有較好的抗氧化性能,并且無腐蝕性,在金屬加工液、齒輪油和潤滑脂中將會有很大的應用前景。參考文獻1LaraJ,KotvisPV,TysoeWT1Thesurfacechemistryofchlorinatedhydrocarbonextremepressurelubricantadditives1TribologyLetters,1997,(3):3033092KotvisPV

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