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含鉬抗磨添加劑的性能研究論文
含鉬抗磨添加劑的性能研究論文【1】
摘要：以五硫化二磷、烷基醇和三氧化鉬為原料在一定的條件下反應(yīng)合成了一種極壓抗磨添加劑(簡稱M)――二烷基二硫代磷酸鉬，將其按不同比例加入到國產(chǎn)L-AN100全損耗系統(tǒng)用油、韓國雙龍HVI150基礎(chǔ)油、CC40柴油機油、國產(chǎn)GL-5重負荷車輛齒輪油中做性能對比試驗。
試驗結(jié)果表明：加入該添加劑后，潤滑油的承載能力和摩擦學(xué)性能得到了較大的改善，對金屬無腐蝕性。
尤其在國產(chǎn)GL-5重負荷車輛齒輪油中加入少量的M可顯著改善其高載荷下的極壓抗磨性，其性能可達到國外同類產(chǎn)品水平。
關(guān)鍵詞：含鉬化合物;極壓抗磨添加劑;磨損
0 前言
使用潤滑油的目的是為了減少機械設(shè)備的摩擦，防止燒結(jié)，減少磨損，以提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率和降低動力消耗。
在邊界潤滑條件下，若金屬表面承受負荷較高，摩擦產(chǎn)生大量熱造成金屬表面磨損、擦傷，甚至燒結(jié)。
極壓抗磨劑可以改善邊界潤滑，其主要作用是在摩擦表面生成沉積膜、反映層或滲透層，從而形成極壓固體潤滑膜，以減緩摩擦表面的摩擦和磨損。
油溶性鉬化合物在使用過程中可催化分解成新鮮的、超微細的二硫化鉬，從而可改進添加油溶性鉬化合物潤滑油的摩擦性能。
本文簡要介紹一種含鉬化合物添加劑(后文簡稱為M)的制備及性能研究情況。
將M添加到基礎(chǔ)油和幾種成品油中，通過大量的對比試驗，發(fā)現(xiàn)加入M后，隨添加劑量的不同，油品的極壓抗磨性能有較大的提高。
1 添加劑的合成
用P2S5與烷基醇反應(yīng)制得二烷基二硫代磷酸，將其與鉬源化合物在一定的條件下反應(yīng)若干小時，所得產(chǎn)物經(jīng)分離、提純得藍綠色液體。
反應(yīng)式如下，其中R為烷基基團。
2 試驗設(shè)備
磨損試驗是采用SQ―Ⅲ型四球摩擦磨損試驗機，轉(zhuǎn)速是1450 r/min。
鋼球材料為GCr15鋼(符合GB 308)，直徑為Ф12.7 mm。
按照《GB/T 3142潤滑劑承載能力測定法》(四球法)檢測。
3 性能評定
3.1 M加入L-AN100全損耗系統(tǒng)用油(簡稱N100油)中的性能評定
表1給出了N100油的潤滑性能及添加劑M按不同比例加入N100油中，PB值隨添加量的增加而變大，磨斑直徑隨添加量的增加而變小的試驗情況。
其中PB值為最大無卡咬負荷，代表油膜強度。
磨斑直徑D為3個底球磨斑直徑的算術(shù)平均值。
D294N30min表示加載294 N、長時磨損30 min后的磨斑直徑。
D392N�60min表示加載392 N、長時磨損60 min后的磨斑直徑。
D588N30min表示加載588 N、長時磨損30 min后的磨斑直徑。
從圖1可以看出，添加少量的M對N100油的極壓性能有很大的改善。
添加量為4%時的PB值(1177 N)比未添加M時的PB值(471 N)提高229%，充分顯示了M添加劑的極壓性能。
從圖2的三條曲線可以看出，添加少量的M對N100油的抗磨性能有很大的改善。
在相同載荷、相同時間的作用下，磨斑直徑隨添加劑濃度的增加(從0%到2%)有明顯的下降趨勢，且載荷越大，下降趨勢越顯著。
添加量從2%到5%，曲線趨于平緩。
由圖1和圖2的曲線變化可知，M在N100油中的最佳添加量為2%~3%。
3.2 M加入HVI150潤滑油基礎(chǔ)油中的性能評定
表2給出了HVI150(韓國雙龍)基礎(chǔ)油的潤滑性能以及將添加劑M按照不同比例加入HVI150潤滑油基礎(chǔ)油中，PB值隨添加量的增加而變大，磨斑直徑隨添加量的增加而變小的試驗情況。
從圖3可以看出，添加少量的M對HVI150油的極壓性能有很明顯的改善。
添加量為1.5%時的PB值(1079 N)比未添加M時的PB值(539 N)提高了一倍，再一次充分顯示了M添加劑的極壓性能。
從圖4的三條曲線可以看出，添加少量的M對HVI150油的抗磨性能有很大的改善。
在相同載荷、相同時間的作用下，磨斑直徑隨添加劑濃度的增加(從0%到1%)有明顯的下降趨勢。
在添加量較小的情況下(0.5%)磨斑直徑就有較大的變化，凸現(xiàn)了M添加劑的極壓抗磨性能。
添加量從1%到4%，曲線趨于平緩。
由圖3和圖4的曲線變化可知，在HVI150油中加入0.5%~1%的添加劑M就可以有效改善油品的極壓抗磨性。
3.3 M加入CC40柴油機油中的性能評定
表3給出了添加劑M按照1%比例加入CC40柴油機油中，油品性能的變化情況。
其中100 ℃運動粘度按照GB/T 265測定，PB值按照GB/T 3142測定，酸值按照GB/T 264測定，腐蝕性按照GB/T 5096測定。
從表3可以看出，添加1%M入CC40柴油機油中，100 ℃運動粘度有少量提高，PB值可增大150%。
雖然加入添加劑后油品的酸值有所上升，但從油品腐蝕性的測定結(jié)果可以得知，加入M添加劑并不會影響油品的腐蝕性。
3.4 M加入GL-5重負荷車輛齒輪油中的性能評定
表4給出了添加劑M按照1%比例加入GL-5重負荷車輛齒輪油中，其各項性能與GL-5重負荷車輛齒輪油和美孚GX90車用齒輪油的數(shù)據(jù)對比。
由表4可以看出，GL-5齒輪油在測定載荷為1255 N時發(fā)生干摩擦，添加入1%M添加劑后立即改變了其極壓抗磨性，且磨斑直徑與相同條件下測定美孚GX90車用齒輪油的磨斑直徑相當(dāng)。
測定載荷為1491 N時，添加1%M的GL-5齒輪油其磨斑直徑小于相同條件下測定美孚GX90車用齒輪油的磨斑直徑。
由此證明了M添加劑優(yōu)良的極壓抗磨性能。
4 結(jié)論
自制M是一種良好的極壓抗磨添加劑，添加少量的M可有效提高油品的極壓抗磨性。
雖然加入添加劑后油品的酸值有所上升，但從油品腐蝕性的測定結(jié)果可以得知，加入M添加劑并不會影響油品對金屬的腐蝕性。
在國產(chǎn)GL-5重負荷車輛齒輪油中加入少量的M可顯著改善其高載荷下的極壓抗磨性，其性能可達到國外同類產(chǎn)品水平。
有資料表明，有機鉬化合物極壓劑可在摩擦面分解形成含MoS2的反應(yīng)膜，MoS2具有良好的層狀結(jié)構(gòu)，是優(yōu)良的固體潤滑劑，因此有機鉬化合物具有良好的抗磨作用。
用X-射線光電子能譜(XPS)分析發(fā)現(xiàn)含S、P、Mo的有機化合物極壓劑在摩擦表面形成的反應(yīng)膜含MoS2、FePO4、MoO2、MoO3。
這些化合物都是固體潤滑劑，有較低的剪切力，可有效地減少摩擦和磨損，提高金屬的承載能力，防止金屬燒結(jié)。
參考文獻：
[1] 歐風(fēng).合理潤滑技術(shù)手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,1993:1-6.
[2] 史佩京,徐演士,許一. 油溶性有機鉬添加劑的摩擦學(xué)性能及其摩擦化學(xué)作用機制[J].摩擦學(xué)學(xué)報, 2004，24(3)：23-25.
[3] 王汝霖.潤滑劑摩擦化學(xué)[M].北京:中國石化出版社,1994:2-8.
有機鉬添加劑減摩性能論文【2】
摘要：對有機鉬添加劑的減摩機理進行了探討，利用蘭州潤滑油研究開發(fā)中心自行建立的SRV摩擦磨損試驗法對常用典型的有機鉬減摩劑的減摩性能進行了考察。
結(jié)果表明：基礎(chǔ)油中有機鉬添加劑的減摩效果與其類型、加劑量有直接的關(guān)系，含硫、磷的有機鉬添加劑具有更好的減摩效果;隨著加劑量的增大，有機鉬添加劑的減摩效果隨之增加;在成品油中，有機鉬添加劑在1.0%加量下，均表現(xiàn)出十分優(yōu)良的減摩效果。
0 前言
內(nèi)燃機油的發(fā)展趨勢是延長換油期和提高燃油經(jīng)濟性，而提高燃油經(jīng)濟性的主要途徑是降低油品粘度和減少機件之間的摩擦損耗，這就要求油品具有優(yōu)良的減摩性能。
降低油品粘度所取得的減摩效果是非常有限的，因此內(nèi)燃機油中就必須添加一定量的減摩添加劑。
有機鉬添加劑因其優(yōu)良的減摩性能，在內(nèi)燃機油中的應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注[1]。
目前市場上常見有機鉬添加劑主要有三類：含硫、磷元素的二烷基二硫代磷酸鉬鹽(MoDDP)，如R.T.Vanderbilt公司的Moly L;含硫元素的二烷基二硫代氨基甲酸鉬(MoDTC)，如日本旭電化工株式會社的Lube 515;不含硫、磷的鉬胺化合物，如Moly 855等[2]。
本文利用自建的SRV摩擦磨損試驗方法，評價了常用的有機鉬添加劑Moly 855、Lube 515和Moly L的減摩性能，并研究了有機鉬添加劑的減摩規(guī)律，為開發(fā)高檔節(jié)能型內(nèi)燃機油產(chǎn)品提供了技術(shù)支持。
1 主要原材料性質(zhì)及試驗方法
1.1 主要原材料性質(zhì)
試驗所用主要原材料性質(zhì)見表1、表2。
1.2 試驗方法
SRV摩擦磨損試驗法：蘭州潤滑油研發(fā)中心自行建立，采用滿足ASTM D6245方法的球-盤摩擦副，模擬內(nèi)燃機“邊界―混合”潤滑狀態(tài)，測定確定條件下油品的摩擦系數(shù)。
2 試驗結(jié)果與討論
2.1 有機鉬添加劑減摩機理
對內(nèi)燃機而言，邊界潤滑下的能耗是摩擦耗能的重要方面，而添加有機鉬減摩劑可以減少邊界和混合潤滑的摩擦，從而降低邊界摩擦的能耗。
目前對有機鉬添加劑研究提出可能的減摩機理是：一方面有機鉬添加劑分子垂直吸附于摩擦表面，并直線排列，形成次級結(jié)構(gòu)膜，從而起到減摩效果[3];另一方面有機鉬添加劑在潤滑過程中于摩擦表面上分解生成MoO3、MoS2，分解的鉬化合物聚集在摩擦表面凹處，使摩擦表面光滑，從而持久有效地降低摩擦系數(shù)[4-5]。
2.2 基礎(chǔ)油中有機鉬添加劑減摩性能考察
作為減摩添加劑，有機鉬添加劑具有良好的減摩性能。
以建立的節(jié)能方法評價了3種有機鉬添加劑在基礎(chǔ)油中的減摩性能。
試驗條件：摩擦往復(fù)距離1 mm，頻率25 Hz，載荷100 N，試驗溫度125 ℃，試驗時間16 min，有機鉬添加劑添加量均為0.5%。
從圖2～圖4中可以看出，有機鉬添加劑在基礎(chǔ)油中表現(xiàn)出不同的減摩效果。
Moly 855具有一定的減摩效果，且摩擦系數(shù)具有較好的穩(wěn)定性，尤其在HVIH500中表現(xiàn)出優(yōu)良的的減摩效果，但其在Ⅲ類基礎(chǔ)油HVIWH150中減摩效果較差;Lube 515、Moly L相對于Moly 855減摩效果更好，在不同類型基礎(chǔ)油中都表現(xiàn)出優(yōu)良的減摩性能，其原因在于Lube 515、Moly L含硫、磷等活性元素，摩擦過程中發(fā)生分解生成MoS2以及硫磷化合物附著在摩擦表面，更能有效的降低摩擦系數(shù)，因此表現(xiàn)出更為優(yōu)良的減摩性能。
為了進一步考察加劑量對有機鉬添加劑減摩效果的影響，試驗選用HVI150基礎(chǔ)油，考察不同加劑
量條件下有機鉬添加劑的減摩效果，結(jié)果如圖5所示。
圖5結(jié)果表明，隨著有機鉬添加劑在基礎(chǔ)油中加劑量的增加，其減摩效果亦隨之增加;而相同加劑量條件下，Lube 515、Moly L在HVI150基礎(chǔ)油中表現(xiàn)出更好的減摩效果。
2.3 成品油中有機鉬添加劑減摩性能考察
研究有機鉬添加劑的減摩性能，其目的是使之能應(yīng)用到節(jié)能型內(nèi)燃機油中，改善內(nèi)燃機油的減摩性能，以提高燃料經(jīng)濟性，起到節(jié)能的目的。
試驗結(jié)合程序ⅥB臺架試驗，采用自建的SRV4摩擦磨損試驗方法考察了常用典型有機鉬減摩劑在SJ 5W-30汽油機油中的減摩性能。
有機鉬添加劑加量均為0.5% 。
試驗條件如表3所示，有機鉬添加劑在SJ 5W-30汽油機油中的減摩效果如圖6所示。
圖6結(jié)果表明：Lube 515有機鉬添加劑加入到SJ 5W-30汽油機油中，在各個階段均表現(xiàn)出了很好的減摩效果;Moly 855及Moly L在幾個階段均有一定的減摩效果，在階段3的減摩效果最為優(yōu)良，但減摩效果不如Lube 515顯著，摩擦系數(shù)隨試驗條件變化而變化，表明此劑量下Moly 855和Moly L的減摩性能隨條件影響較大。
因此，增大有機鉬添加劑在SJ 5W-30汽油機油中的加量，考察1.0%加量時的減摩效果，結(jié)果如圖7所示。
從圖7可以看出：有機鉬添加劑以1.0%劑量加入到SJ 5W-30汽油機油中，在各個階段均表現(xiàn)出良好的減摩效果，且在各個階段減摩效果相當(dāng)。
其可能的原因是：較高加量下，摩擦表面有機鉬添加劑主要是以次級結(jié)構(gòu)膜形式存在，且形成的次級結(jié)構(gòu)膜具有一定的厚度，不易被破壞，故而有機鉬添加劑均表現(xiàn)出良好的減摩性能。
3 結(jié)論
(1)有機鉬添加劑的減摩效果與其類型、添加量相關(guān)，基礎(chǔ)油中相同加量下含硫、磷元素的有機鉬減摩劑表現(xiàn)出更為出色的減摩效果。
(2)SJ 5W-30汽油機油中有機鉬添加劑在1.0%加劑量下，均表現(xiàn)出十分優(yōu)良的減摩效果。
參考文獻：
[1] 姚俊兵.有機鉬添加劑的減摩、抗磨和抗氧化性能研究[C]∥中國汽車工程學(xué)會燃料與潤滑油分會第十二屆年會論文集，2006：285-293.
[2] 張文鉦.有機鉬摩擦改進劑的生產(chǎn)和應(yīng)用概況[J].中國鉬業(yè), 2002, 26(1)：23-25.
[3] 王汝霖. 潤滑劑摩擦化學(xué)[M].北京：中國石化出版社，1994.
[4] Arabyan S G, Holomonow I A, Karaulov, et al. An Investigation of the Effectiveness of Antifriction Additives in Motor Oils by Laboratory Methods and Engine Test[J]. Lubricant Science, 1993, 5(3):241-256.
[5] 李新良. 新型有機鉬極壓抗磨劑的合成及其應(yīng)用性能研究[D].長沙：中南大學(xué)，2003.
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