新型润滑油添加剂的制备及润滑油性质研究进展
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发表时间:2018-09-07 16:01来源:机械工业润滑资讯

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两个物体相对运动,其之间的润滑油是起到减少因接触而产生的磨损。润滑油是用在各种机械设备上以减少摩擦,保护机械及加工件的液体或半固体润滑剂。应用中主要起润滑、辅助冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。


润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成。基础油是润滑油的主要成分,决定着润滑油的基本性质,添加剂可以弥补和改善基础油性能方面的不足,赋予某些新的性能,是润滑油的重要组成部分。添加剂是改善润滑油性能的关键物质,正确选择,并且适量的加入,可以改善润滑油的理化性质,赋予润滑油特殊的新性能,或增强其原来的某种性能,满足实际需求。现已合成得到的改性添加剂包括有机物,硫化物,氧化物,碳材料,氟化物和钼化物等。使得基础油的润滑,防腐蚀和抗泡沫等性质得以改善。


改性润滑油添加剂


润滑油添加剂是加入到基础油中的一种或几种化合物,用以改善润滑油的某种性能。按功能区分,添加剂分成两大类,一类是改善基础油理化性能,比如氧化稳定性和黏温性等;另一类是改善机械器件表面的理化性能,比如极压和抗摩性能等。


目前,常用的润滑油添加剂的种类繁多,功能各不相同,主要包括,粘度和倾点下降剂,抗摩擦剂,钝化剂,抗氧化剂,极压剂,抗泡沫剂,防腐蚀和防锈剂,乳化和破乳化剂等。



1. 有机物改性剂


Wu等利用菜籽油为原料,进行环氧化后作为添加剂,考察了降解润滑油的性能。研究表明,环氧化后的菜籽油具优异的抗氧化性。摩擦实验表明,其具有较好的抗摩和极压性能。其原因是摩擦表面发生聚合化学反应,形成一层聚合物薄膜,从而降低摩擦磨损。


Fang等制得了一种硼和硫基改性菜籽油作为润滑油添加剂。利用摩擦试验机对菜籽油添加剂的摩擦学性能进行了评价。其磨损表面形貌和化学物种通过X射线光电子能谱进行分析。结果表明,该添加剂对提高菜籽油基础油的承载能力、抗磨、减摩性能具有良好的效果。润滑机理可能是在摩擦表面形成高强度的吸附膜和摩擦化学反应膜,由于长链菜籽油分子的载体作用、元素硫的高反应活性,元素硼的缺电子状态及其协同作用造成的。


2. 硫化物改性剂


李斌等研究了MoS2纳米颗粒作为添加剂的润滑油的摩擦性能。研究结果表明,油酸表面活性剂添加量为2%和30min超声波分散时间能够显著提高MoS2纳米颗粒在润滑油中的分散性。该润滑油具有良好的减摩、抗磨性能。尤其是MoS2纳米颗粒的添加量为0.01%时,润滑油的抗磨和高负荷减磨性能最佳。


万庆明等考察了MoS2纳米颗粒作为添加剂的润滑油的摩擦以及传热性能。在基础油中,将片状MoS2纳米颗粒分散,并加入适量的吐温80制得了稳定的MoS2润滑油悬浮液。


研究结果表明,加入适量添加剂的润滑油与未添加的相比,黏度变化不大。然而,导热系数提高显著。该润滑油是一种优异的传热流体。摩擦实验条件不同,加入添加剂的润滑油比未添加的基础润滑油表现出较低的摩擦因子。


容学德在室温条件下利用摩擦磨损机,考察了ZnS纳米颗粒作为添加剂的润滑油的摩擦性能。研究了ZnS的添加量、载荷等因素对摩擦因子的影响。研究表明,添加剂ZnS纳米颗粒显示出优异的减摩以及抗磨性能。在摩擦过程中,沉积膜起到了较好的作用,可以作为润滑油减摩剂。


3. 氧化物改性剂


高传平等采用Fe3O4片状纳米颗粒作为润滑油添加剂,考察了其摩擦化学性质和对摩擦化学的影响。


研究表明,Fe3O4片状纳米颗粒与摩擦前相比,化学反应使纳米颗粒的晶粒尺寸、氧化转变温度、相组成和晶面间距等有所改变。Fe3O4片状纳米颗粒在高速摩擦过程中产生化学效应,诱发片状颗粒发生化学反应,最终在接触表面形成多层含Fe相,发挥稳定的自修复作用。程鹏等利用油酸对TiO2纳米颗粒进行表面修饰。该颗粒可以稳定分散在基础油中。


研究结果表明,改性后的TiO2纳米颗粒具有良好的润滑油分散稳定性以及优异的减摩、抗磨和自修复性能。霍玉秋等自制了尺寸为60nm左右单分散的SiO2纳米颗粒添加剂。并将其以及1%清洁分散剂直接加入基础油中。考察了其摩擦学性能。研究表明,SiO2纳米颗粒添加剂可明显提升基础油的载荷能力和抗磨性能。


4. 碳单质材料改性剂


碳单质纳米材料润滑油添加剂因成功的解决了对摩擦副的腐蚀和堵塞问题,取代了传统的含有S和P等元素的添加剂。同时具有粒径小,均匀的分散性以及填充表面划痕和自修复等优点。其是公认的环境友好添加剂。


主要包括金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。其中,石墨烯因具有良好的光学、高化学惰性、电学、力学和易剪切性质,使其在润滑油方面具有特殊的应用价值。比如可以利用蠕虫状石墨和石墨纳米片混合膨胀石墨作为润滑油的添加剂,用氰基丙烯酸乙酯对其进行改性。该添加剂保持了石墨的晶体构造。在添入基础油中,其表面的有机层和无机层间吸附有基础油。改性添加剂的添加能够提升润滑油的抗摩擦性能及载荷能力,最佳使用量仅为0.2%。



柯刚等利用1,3-丙二胺原位改性金刚石纳米颗粒,并将其良好的分散在润滑油中。考察了该改性添加剂添加到润滑油中的摩擦性能。研究结果表明,改性金刚石纳米颗粒能够显著改善装置的磨损状态。


金刚石纳米颗粒的添加量达到0.6%时,提高极压值42%,降低磨斑直径15.4%,降低摩擦系数19%。张伟等研究了石墨烯改性润滑油的减摩抗磨性能。采用薄膜润滑理论分析了石墨烯添加剂的润滑机理。以石墨烯为润滑油添加剂,在油酸等表面活性剂辅助下均匀稳定分散在基础润滑油中,增强了润滑油的高温抗压性能和减摩抗磨性能。



研究结果将有助于深入理解石墨烯的摩擦学性能。陶涛等在摩擦试验机上,利用接触移动方式,在三种温度条件下,研究纳米石墨颗粒和柴油烟炱作为添加剂的摩擦性能。原子力显微镜表征结果表明,柴油烟炱尺寸在20~70nm之间,纳米石墨的尺寸在10~30nm之间。纳米石墨颗粒和柴油烟炱在润滑油中共同起到抗磨作用,使摩擦系数降低了80%,磨损率下降了70%。两种添加剂在表面形成了保护膜,改善了摩擦环境。


5. 其他改性剂


闫婷婷等采用LaCl3、NH4F和表面修饰剂硅烷偶联剂为原料制得了LaF3胶体。LaF3胶体通过相转移进入到油酸甲酯中,从而得到40nm的LaF3添加剂。考察了在100N基础油中LaF3的高温稳定性、分散性和摩擦性能。磨损表面形貌研究表明,在100N基础油中LaF3添加剂具有良好的分散稳定性、极压抗磨及减摩性能。因为在磨损表面生成含F和La的保护膜,磨损表面的磨痕明显减少。


夏迪等制得了二烷基二硫代氨基甲酸钼润滑油添加剂。并添加到基础油中,研究了其抗氧化性能。对比了该添加剂与国外同类产品在基础油中的摩擦性质的不同。研究表明,该添加剂热稳定性优良。添加为1%时,提高基础油的抗氧化性能明显。由于在摩擦过程中发生摩擦反应,摩擦接触表面形成了含Mo元素的产物减小磨损。


张翼东等将铜纳米颗粒作为添加剂,利用二烷基二硫代磷酸对其进行原位修饰。考察了作为基础油添加剂的减摩、抗磨及自修复性能。结果表明,其改性的润滑油的减摩、抗磨和自修复性能良好。在300N的负载下,添加4%的铜纳米颗粒时修复效果最佳,磨斑直径和摩擦因数呈现明显下降的趋势。铜颗粒在摩擦过程中在接触表面形成薄膜。该薄膜与修饰层发生化学反应,从而表现出自修复性能。



1. 润滑


机械设备在高速运行时,如果摩擦部位没有进行适当润滑,就会发生强烈的摩擦。事实表明,强烈摩擦会快速产生高温和高热,足以熔化机械设备的零部件。所以,机械设备在运转时要对发生相对摩擦的部位给予良好的润滑。润滑油流到相对摩擦位置后,就会在摩擦处形成一层油性薄膜,降低摩擦阻力。但是润滑油的用量不能过大,过大会导致运动阻力,影响转速。


井致远等为了提高发动机在极端天气情况下的润滑条件,制得了石墨烯与二烷基二硫代氨基甲酸钼复合润滑油添加剂。利用磨损实验机研究了其润滑性质。研究表明,复合添加剂具有良好的减摩抗磨性质。


能够避免单一添加剂在高温条件下,抗磨减摩性能的缺陷。MoO3、MoS2和石墨烯使得复合添加剂的摩擦表面平滑。复合添加剂具有良好的润滑效果,润滑油的抗磨性能得以大大提升。喻建胜等利用Cu颗粒为原料,采用表面改性剂改性Cu粉体的表面处,然后,将其作为添加剂填入到基础润滑油中,从而提升其减摩抗磨性能。


研究表明,改性Cu颗粒的质量分数达到5%时,与未改性的相比,磨斑直径缩小了36%,油液性能稳定。Xie等采用往复滑动平面摩擦球来测试添加和没有添加MoS2和SiO2润滑油的摩擦性能。测试的机械部件是镁合金/钢器械部件。利用三组不同的接触条件评价润滑油的浓度,承载能力和润滑膜的稳定性。结果表明,添加纳米颗粒后,基础润滑油的摩擦学性能得到改善。与SiO2相比,在承载能力和润滑油膜的稳定性方面,MoS2的改善效果特别的明显。



2.防腐蚀


机械部件在高速运转或存放时,润滑油和空气中的水分能腐蚀和锈蚀机件,从而增加摩擦面的磨损。润滑油可以在机械部件表面形成一层油膜,避免部件的表面被水气直接接触,造成腐蚀。冯兵等研究氮杂环防腐剂的润滑油的防腐蚀性能。


研究发现,所用防腐剂的浓度,在轴承表面防腐剂的吸附量与防腐性质是有较大不同的。随着所用防腐剂浓度的提高,轴承接触表面膜的防腐剂吸附量与腐蚀变化量均增大;在轴承表面防腐剂浓度对其吸附量的影响与防腐蚀性能的影响是一致的。


3. 抗泡沫


润滑油在润滑的过程中接触空气,可能将空气带入产生气泡。泡沫存在于润滑油中会导致一系列问题,比如断流和气阻现象,油品消耗增加和机械部件的磨损等。因此,要提高润滑油的抗泡性能。


目前,在基础油中加入抗泡剂是解决此类问题的最好方法之一,也是使润滑油发挥基础性能的良好方式之一。抗泡剂主要包括硅型、非硅型和复合型抗泡剂。例如,二甲基硅油抗泡剂具有化学不活泼性,无味等特点,添加量在0.001%左右。冯和翠等研究表明,使用少量的聚丙烯酸酯,润滑油中空气的释放性较好。同时,在酸性条件下,具有较高的除泡率,与硅油相比,其对空气释放值较小。长期存放后,抗泡性能降低不明显,稳定性能良好。


4. 其他


邵毅等利用量热法、模拟试验、摩擦磨损实验研究了二烷基二硫代磷酸钼为添加剂的润滑油的氧化安定性能。研究表明,二烷基二硫代磷酸钼具有优异的抗氧化性,能较大的提高油品的初始氧化温度,降低模拟油样的氧化的程度。二烷基二硫代磷酸钼的加入增加了高温沉积物。模拟实验后,油样的润滑性能得到显著下降。


李黔蜀等利用降凝剂马来酸二异辛酯-甲基丙烯酸十四酯-苯乙烯三元共聚物为主剂,分别与极性化合物和表面活性剂进行配比,考察了不同配比条件下,复配添加剂润滑油的降凝效果。研究表明,在质量比相同的前提下,与表面活性剂复配的降凝效果好于与极性化合物的效果。司盘40与该降凝剂复配,其降凝效果最佳,当质量配比为4∶1时,基础油凝点降低了26℃。


结果与展望


目前,改性润滑油及其添加剂的种类和应用领域的研究较多。但是,在实际的应用过程中还有一些不尽如人意的地方,急需改进。



(1) 大部分研究多集中于单一添加剂的研究和应用,改善的也是润滑油单一的性能,对复合型润滑油添加剂的合成与性能研究鲜有报道;



(2) 对纳米型无机物添加剂来说,其加入到有机相润滑油中比较困难,其团聚问题一直困扰着研究者们。虽然可以利用表面原位修饰来提高纳米颗粒的分散均匀性和稳定性,但是,对原位修饰的作用机理研究的还不成熟,不能广泛的指导添加剂颗粒的原位修饰过程,要更加细致的探究表面改性方法,改进工艺流程和步骤或者是研发新型的分散和稳定剂;



(3) 现使用比较广泛的非硅型和硅型抗泡剂都存在缺陷,对润滑油的抗泡性影响较大,所以对此类的问题的较好的解决方法是应大大研发复合型抗泡剂;



(4) 发展简单、环境友好、放量的制备方法的润滑油添加剂,势在必行。



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