非活性環(huán)保型添加劑的摩擦學(xué)特性及作用機(jī)理研究.pdf_第1頁(yè)
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1、對(duì)內(nèi)燃機(jī)油而言,隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和環(huán)保法規(guī)的越來(lái)越苛刻,傳統(tǒng)的潤(rùn)滑油載荷添加劑正面臨著越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。為了順應(yīng)汽車低排放的要求,汽油機(jī)油規(guī)格不斷升級(jí)換代(見(jiàn)表1-2),ILSAC新出臺(tái)的GF-4規(guī)格已全面強(qiáng)制實(shí)施,它規(guī)定汽油機(jī)油中P含量不超過(guò)0.08 wt%,S含量不能超過(guò)0.5 wt%(0W/XX與5W/XX油)和0.7 wt%(10W/XX油)。而且預(yù)計(jì)2009年將問(wèn)世的GF-5規(guī)格會(huì)把汽油機(jī)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(jìn)一步提高油品的抗磨性,如要求在程序IVA試驗(yàn)中的平均凸輪磨損由GF-3的120μm降低到目前的90μm。同時(shí),美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)D-2委員會(huì)(石油產(chǎn)品和潤(rùn)滑劑)的重載發(fā)動(dòng)機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)組已投票決定把柴油機(jī)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(shí)施對(duì)以硫磷化學(xué)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(jī)油中S、P主要是來(lái)源于具有優(yōu)異綜合

3、性能的ZDDP添加劑(確切來(lái)講ZDDP基本上是發(fā)動(dòng)機(jī)油中P元素的唯一來(lái)源),因此,未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)就是開(kāi)發(fā)新型無(wú)硫、無(wú)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(rùn)滑油添加劑,這儼然已成為全世界共同的課題。對(duì)工業(yè)用油而言,雖沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行S、P含量的限制,但對(duì)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(lái)越高。此外,對(duì)極壓性能有較高要求的金屬加工液、齒輪油、極壓潤(rùn)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(rùn)滑油以及潤(rùn)滑添加劑是一類量大價(jià)廉的材料,因此選用價(jià)廉、易購(gòu)買的原料是十分必要的。本論文選用廣泛使用油溶性有機(jī)胺為原料來(lái)制備一種非活性含鉬添加劑。向有機(jī)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(jì)的辦法,并且外加胺的加入對(duì)有機(jī)硼酸酯的摩擦學(xué)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(jī)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(fù)配后的復(fù)劑在Ⅱ類礦物基基礎(chǔ)油(

5、5CST)中的摩擦學(xué)性能,并與ZDDP單劑的性能進(jìn)行了對(duì)比;系統(tǒng)考察外加胺的加入對(duì)有機(jī)硼酸酯的摩擦學(xué)性能用SEM/EDS和XPS等表面分析工具結(jié)合更精細(xì)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(jī)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(jiǎn)單,原來(lái)便宜,易購(gòu)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(fù)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(fù)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(dāng)硼酸酯與有機(jī)胺形成外配位鍵后,卻出現(xiàn)了明顯的對(duì)抗作用,即各種BN外配位復(fù)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(duì)變好;BN胺鹽復(fù)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(fù)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(guò)長(zhǎng)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(wú)論硼酸酯與有機(jī)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(jī)胺在兩種結(jié)合方式下所起的抗磨能力大致相當(dāng),而所使用的伯胺的烷基鏈越長(zhǎng),其對(duì)改善硼酸酯的抗磨作用也就越大;對(duì)BN外配位復(fù)合劑而言,使用伯胺時(shí)可明顯改善硼酸酯的抗磨能力,而使用叔胺時(shí)幾乎對(duì)抗磨性能沒(méi)有貢獻(xiàn);對(duì)BN胺鹽復(fù)合劑而言,使用伯胺進(jìn)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(duì)BN外配位復(fù)合劑而言,當(dāng)試油中含B量相同時(shí),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(shí)抗磨性能達(dá)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(dāng)外加胺種類相同時(shí),BN外配位復(fù)合劑與BN胺鹽復(fù)合劑在液體石蠟中的減摩能力基本相當(dāng)。有機(jī)胺的烷基碳鏈越長(zhǎng),所成復(fù)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(fù)合劑其減摩性能最好,且遠(yuǎn)好于由仲胺及叔胺所形成的復(fù)合劑。6、對(duì)磨斑表面的元素分布進(jìn)行研究后認(rèn)為,對(duì)BN外配位復(fù)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(jī)氮化物等存在,這說(shuō)明BN外配位復(fù)合劑僅僅靠在金屬表面吸附或沉積而形成保護(hù)膜,從而起抗磨作用。此外,摩擦表面發(fā)現(xiàn)Fe2O3,即摩擦過(guò)程中金屬表面發(fā)生了明顯的氧化作用。7、兩種加胺方

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