非活性環(huán)保型添加劑的摩擦學特性及作用機理研究.pdf

1、對內(nèi)燃機油而言,隨著人們環(huán)保意識的增強和環(huán)保法規(guī)的越來越苛刻,傳統(tǒng)的潤滑油載荷添加劑正面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。為了順應汽車低排放的要求,汽油機油規(guī)格不斷升級換代(見表1-2),ILSAC新出臺的GF-4規(guī)格已全面強制實施,它規(guī)定汽油機油中P含量不超過0.08 wt%,S含量不能超過0.5 wt%(0W/XX與5W/XX油)和0.7 wt%(10W/XX油)。而且預計2009年將問世的GF-5規(guī)格會把汽油機油中P含量控制在0.05 wt%以

2、內(nèi)。不僅如此,ILSAC規(guī)格還要求在降低S、P含量的前提下進一步提高油品的抗磨性,如要求在程序IVA試驗中的平均凸輪磨損由GF-3的120μm降低到目前的90μm。同時,美國材料試驗協(xié)會(ASTM)D-2委員會(石油產(chǎn)品和潤滑劑)的重載發(fā)動機油標準組已投票決定把柴油機油中的S、P含量分別控制在0.4 wt%和0.12 wt%。這些規(guī)格的實施對以硫磷化學為主的載荷添加劑技術(shù)構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。眾所周知,內(nèi)燃機油中S、P主要是來源于具有優(yōu)異綜合

3、性能的ZDDP添加劑(確切來講ZDDP基本上是發(fā)動機油中P元素的唯一來源),因此,未來發(fā)展趨勢就是開發(fā)新型無硫、無磷的載荷添加劑,直至找到能夠部分甚至全部替代ZDDP的具有抗氧抗腐、抗磨的多功能潤滑油添加劑,這儼然已成為全世界共同的課題。對工業(yè)用油而言,雖沒有對其進行S、P含量的限制,但對環(huán)保型,特別是生物可降解型載荷添加劑的呼聲也是越來越高。此外,對極壓性能有較高要求的金屬加工液、齒輪油、極壓潤滑脂等產(chǎn)品而言,發(fā)展更環(huán)保、更高性能的載

4、荷添加劑仍是十分必要的。潤滑油以及潤滑添加劑是一類量大價廉的材料,因此選用價廉、易購買的原料是十分必要的。本論文選用廣泛使用油溶性有機胺為原料來制備一種非活性含鉬添加劑。向有機硼酸酯中加入外加胺作為水解穩(wěn)定劑是目前改善其水解穩(wěn)定性最常用、也是最經(jīng)濟的辦法,并且外加胺的加入對有機硼酸酯的摩擦學性能及水解穩(wěn)定性的影響,目前缺乏系統(tǒng)的研究。用四球機系統(tǒng)地研究了非活性含鉬添加劑(MCC)作為單劑以及作為與ZDDP復配后的復劑在Ⅱ類礦物基基礎(chǔ)油(

5、5CST)中的摩擦學性能,并與ZDDP單劑的性能進行了對比；系統(tǒng)考察外加胺的加入對有機硼酸酯的摩擦學性能用SEM/EDS和XPS等表面分析工具結(jié)合更精細的XANES表面分析技術(shù)分析了添加劑與基礎(chǔ)油、添加劑與添加劑以及添加劑與摩擦界面的相互作用規(guī)律,揭示了抗磨作用機理。主要成果和結(jié)論如下：1、非活性含鉬添加劑(MCC)合成工藝簡單,原來便宜,易購得；非活性含鉬添加劑(MCC)具有優(yōu)良的抗磨減摩性能,與ZDDP復配后,顯示很好的協(xié)同作用；X

6、ANES圖譜展示非活性含鉬添加劑(MCC)摩擦膜主要包含MoO3；與ZDDP復配后鉬在摩擦膜中主要MoS2形式存在。2、不含活性元素的硼酸酯的承載能力有限；當硼酸酯與有機胺形成外配位鍵后,卻出現(xiàn)了明顯的對抗作用,即各種BN外配位復合劑試油的PB值甚至低于基礎(chǔ)油,但外加胺自身的位阻(體積)越大,試油的抗卡咬性能相對變好；BN胺鹽復合劑的加入可以明顯提高液體石蠟的PB值,叔胺所形成的BN胺鹽復合劑的抗卡咬性能最好,仲胺次之,而短碳鏈伯胺的抗

7、卡咬性能也好過長碳鏈伯胺。3、低載荷下不含活性元素的硼酸酯具有一定的抗磨能力；無論硼酸酯與有機胺以哪種方式結(jié)合(外配位或酯內(nèi)胺鹽),均能起到協(xié)同抗磨作用,且同一種類的有機胺在兩種結(jié)合方式下所起的抗磨能力大致相當,而所使用的伯胺的烷基鏈越長,其對改善硼酸酯的抗磨作用也就越大；對BN外配位復合劑而言,使用伯胺時可明顯改善硼酸酯的抗磨能力,而使用叔胺時幾乎對抗磨性能沒有貢獻；對BN胺鹽復合劑而言,使用伯胺進行成鹽后,其抗磨效果明顯好于仲胺,而

8、使用叔胺的抗磨效果最差。4、對BN外配位復合劑而言,當試油中含B量相同時,B/N比越大(即加胺量越少)其抗磨性能也越好,磨斑直徑隨B/N比的增大而緩緩減小,B/N比為2/1時抗磨性能達到最佳。5、三正辛基硼酸酯(B0)在液體石蠟中具有一定的減摩作用；從整體上看,當外加胺種類相同時,BN外配位復合劑與BN胺鹽復合劑在液體石蠟中的減摩能力基本相當。有機胺的烷基碳鏈越長,所成復合劑在液體石蠟中的減摩性能越好。而由碳鏈最短的正丁胺所形成的EBN

9、1及SBN1甚至還出現(xiàn)了增摩現(xiàn)象。此外,由伯胺形成的復合劑其減摩性能最好,且遠好于由仲胺及叔胺所形成的復合劑。6、對磨斑表面的元素分布進行研究后認為,對BN外配位復合劑而言其起抗磨作用的主要是B元素。XPS分析結(jié)果表明,摩擦表面發(fā)現(xiàn)有B2O3或破裂的硼酸酯、有機氮化物等存在,這說明BN外配位復合劑僅僅靠在金屬表面吸附或沉積而形成保護膜,從而起抗磨作用。此外,摩擦表面發(fā)現(xiàn)Fe2O3,即摩擦過程中金屬表面發(fā)生了明顯的氧化作用。7、兩種加胺方