齿轮油常用抗磨添加剂及其复合效应 (1)

发布时间:2012-8-8        阅读次数:2633

  齿轮油常用抗磨添加剂

  润滑油极压抗磨剂(extreme pressure and anti-wear additive)的主要功能是防止擦伤、烧结和磨损。通常极压抗磨剂均为含硫、磷和氯等活性元素的添加剂,在使用中主要关注其溶解性、挥发性及价格等因素。近年来,添加剂的环境因素亦成为关注的焦点之一,其中含氯添加剂具有腐蚀作用且对环境有害,目前较少使用。

  1.含氯添加剂

  最常用的含氯添加剂为氯化石蜡(chlorinated paraffin)。氯化石蜡反应活性高、极压性能好、价格低廉,因此在设备润滑和切削加工等领域得到了广泛应用。按碳链的长短可以将氯化石蜡划分为短链(10~13个碳)、中链(10~17个碳)和长链(18~30个碳)等三大类。应当注意的是,氯化物易水解而生成氯化氢,在高温和潮湿环境下分解失效,并可导致金属腐蚀,故在高湿度或水环境条件下不宜使用氯化石蜡作为添加剂。氯化石蜡之所以具有极压抗磨作用,原因在于C-CI键在载荷和摩擦力作用下发生断裂,分解放出的氯与金属反应形成具有减摩抗磨作用的氯化铁保护膜:

  RCln +Fe→FeCl2+RCln-2

  氯化铁具有类似石墨和二硫化钼的层状结构,剪切强度低,具有减摩作用。但氯化铁熔点较低,在350oC下失效,因此含氯添加剂不宜在高温条件下使用。

  近年来,由于人们对健康和环保的日益重视,氯化石蜡对健康和环保的危害受到了高度关注。研究表明,短链氯化石蜡具有致癌作用,并可导致水生生物中毒。1985年国际病毒组织针对含12个碳、氯含量(质量分数,下同)为60%以及含23个碳、氯含量为43%的氯化石蜡进行了毒性试验,发现C12氯化石蜡具有明显的致癌作用,而C23氯化石蜡无致癌作用。此后,短链氯化石蜡作为极压抗磨剂的使用受到了严格限制。

  2.含硫添加剂

  齿轮油最常用的含硫添加剂为硫化异丁烯(sulfurized isobutylene),其硫含量高、活性硫多、效果好、颜色浅,作为极压抗磨添加剂在各类齿轮油和切削油中得到了广泛应用。其他硫系添加剂有硫代酯(黄原酸乙二醇酯)、多硫化物(二苄基二硫化物和有机多硫化物)、硫化动植物油脂和磺酸盐等。目前在工业齿轮润滑油中应用最多的是硫化异丁烯、硫磷酸酯、硫化棉籽油和硫化烯烃棉籽油等。这些极性含硫化合物均能在金属表面形成物理吸附或化学吸附膜,从而起减摩抗磨作用;随着摩擦副接触表面温度的升高,添加剂分子中的S-S键断裂并同金属发生化学反应,形成硫醇铁膜,从而起减摩抗磨作用;在极压条件下,添加剂分子中的C-S键断裂,释放出来的活性硫原子同铁反应生成硫化铁膜,从而起极压抗磨作用;由于硫化铁的分解温度超过750,因此含硫添加剂可以在高温条件下使用。由于硫系添加剂在金属表面形成的物理吸附膜和硫醇铁膜具有良好的抗磨作用,因此可以认为,二硫化物和多硫化物分子中的S-S键越容易断裂,其抗磨性能越好;且烷基直链碳链越长,其抗磨性能越好。最近有研究表明,硫化烯烃在中等载荷条件下可与金属表面发生复杂的化学反应,生成高分子聚合物膜,从而起到抗磨减摩作用。与此同时,硫系添加剂的承载能力取决于硫化铁膜形成的难易程度,亦即添加剂分子中C-S键断裂释放出活性硫元素的难易程度;因此,C-S键的键能越小,则添加剂的承载能力越高。此外,硫化物作为极压抗磨添加剂的摩擦学性能不仅取决于添加剂本身的分子结构,还同环境中的氧密切相关;当润滑油中溶解氧含量较低时,硫化物几乎无极压作用。

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