极压抗磨剂

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

　　极压抗磨剂是指为了防止刮伤、卡咬、磨损和烧结熔焊而使用的添加剂，适合用于高速、高温和高负荷等恶劣工况的润滑环境之中。

　　1.硫型极压抗磨剂

　　目前常用的硫型极压抗磨剂主要分为：硫型、硫-烯烃型、硫-磷型、硫-磷-钼型、硫-氮型、硫-磷-氮型和硫-磷-硼-氮型。其中硫化烯烃在实际应用中最为广泛，主要原因归结于这类添加剂良好的抗烧结能力、耐负荷能力和优良的复配效应。

　　硫型极压抗磨剂的机理是，边界润滑条件下，硫型极压抗磨剂与摩擦表面反应，形成0．15μm以上的极压反应膜(硫化铁膜，Fe₂0₃FeS)，该膜抗剪切强度大、摩擦系数较高，但熔点高、水解安定性好，在800℃高温下仍有润滑效果 。国外硫型极压抗磨剂主要有：硫化烯烃、硫化油、丁烯硫化油酯、硫原酸酯、硫代碳酸盐和多硫化合物等。

　　2.氯型极压抗磨剂

　　氯型极压抗磨添加剂来源广、价格低、性能好，且与S和P具有较好的配伍性，因此曾经应用较为广泛，尤其是氯化石蜡，对难以加工的金属一般还是利用它。但是由于氯的安定性和抗腐蚀性较差，鉴于日益严格的环保标准的要求，人们开始通过与其它添加剂复合使用或发展其代用品的方式减少其使用量。氯型极压抗磨添加剂作用机理是，一方面在摩擦副表面上热分解释放出的原子氯首先生成HCl，然后与金属反应生成低熔点、易剪切的FeCl₂和FeCl₃等反应膜，从而起到极压抗磨的效用；另一方面氯化合物遇水后水解成游离的HCl，容易腐蚀金属，所以有水的情况下不宜使用。与硫型极压抗磨剂相比教，相同反应性时，氯型极压抗磨剂的载荷能力相对较低，并非理想的极压抗磨剂。

　　3.磷型极压抗磨剂

　　磷型极压抗磨剂品种较多，按其所含活性元素划分，可以大致分为磷型、硫磷型、磷氮型、硫磷氮型、硫磷硼型、磷氮硼型等。不同学者对于磷型极压抗磨剂的作用机理，提出了不同观点。不同的解释主要集中在摩擦表面的抗磨生成物上，早期说法是所谓的“化学抛光作用”，即摩擦表面形成了铁和金属磷化物的共晶层；20世纪60年代发现摩擦表面形成FePO₄和FePO₄·H₂O混合物；70年代后，普遍观点是形成了磷酸盐。磷型极压抗磨剂的抗磨性与热稳定性成反比，且抗磨持久性较差。国外含磷极压抗磨剂主要包括磷酸酯、亚磷酸酯、酸l生磷酸酯胺盐和硫代磷酸酯等。

　　4.钼型极压抗磨剂

　　钼型极压抗磨剂因其优良的摩擦学性能而在挤压抗磨剂领域中占有较为重要的位置。在航空、航天、石油化工和机械等诸多领域中，二硫化钼、油溶性二烷基二硫代硫化氧钼及二烷基二硫代磷酸硫化氧钼等均已广泛应用 。有文献报道，二硫化钼明显改善润滑油的抗磨性能，尤其是在较高负荷下，极压抗磨效果更加显著。

　　钼型极压抗磨剂的作用机理一直是近代摩擦领域研究的热点。研究显示，在高温、高速和高压等苛刻工况条件下，钼型极压抗磨剂分解成纳米级的MoS：化学反应膜，该保护膜具有超强的硬度和润滑性能，对摩擦副的凹凸表面起填平作用，缓和摩擦阻力，降低机械摩擦系数，成倍提高极压性能。

　　5.有机金属型极压抗磨剂

　　有机金属型极压抗磨剂的代表产品是环烷酸铅、二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)和高碱性磺酸盐等。其作用机理有两种理论。一种认为有机金属化合物分解释放出的活性元素S和P，与磨擦副表面的金属反应，生成极压抗磨膜，例如对ZDDP抗磨机理的解释；另一种认为，在摩擦表面上添加剂分解后，与其他添加剂发生反应形成反应膜，例如环烷酸铅与硫化物组成的极压抗磨剂的抗磨机理的解释。

　　最常用的ZDDP被称为多效添加剂，兼具抗氧化、抗腐蚀和抗磨损等优异性能，广泛应用于内燃机油、抗磨液压油、工业用油等油品中。其作用机理是：在低于40℃时，ZDDP会在钢表面发生物理吸附，到60℃时开始发生化学变化，Zn从表面移到油中。温度达到176℃时，ZDDP受热分解，放出硫化氢、硫化物、硫醇、二硫化物与金属生成的无机膜和硫化磷酸锌基聚合生成高聚物膜。该种在摩擦副表面微凸体上发生聚合反应生成的高聚物膜具有抗磨作用，特别是抑制了表面的胶合。

　　6.硼型极压抗磨剂

　　硼型极压抗磨剂主要分为无机硼酸盐和有机硼酸酯两类。这类添加剂具有极好的极压抗磨减摩性、良好的氧化安定性、高温下的抗腐蚀性和无毒无臭的环保性能，因此比磷型、硫型极压抗磨剂的性能更优越，已广泛应用于金属切削油、抗磨液压油和节能汽车齿轮及工业齿轮中。其极压抗磨作用机理一般归纳为沉积成膜和渗硼两种观点。(1)沉积成膜观点：在摩擦过程中Adams等认为，摩擦副表面产生的电荷使胶体的带电微粒移动至摩擦表面，沉积下来并在表面形成沉积膜。(2渗硼观点：具有化学惰性的硼酸盐添加剂，在摩擦副表面形成B的间隙化合产物Fe_XB_Y，这些间隙产物能溶解游离态的B，形成固溶体，进而在摩擦副表面形成复杂的渗透层。

　　随后迅速发展的有机硼酸酯极压抗磨剂属于多功能添加剂，除了具有良好的极压抗磨性能外，还具有较好的油溶性、防腐抗蚀性和抗氧化性能等特点，具有良好的发展应用前景 。有机硼酸酯的极压抗磨作用机理也存在两种观点：一种观点认为在摩擦磨损过程中，硼酸酯分子利用聚合反应生成的摩擦聚合物膜来增强摩擦特性；另一种观点是硼酸酯在摩擦表面形成非均相的几百纳米厚的无机极压膜，其成份主要是B₂O₃和FeO，高强度的无机膜起到良好的极压润滑作用。后勤工程学院的董浚修等人对此还有另外一种解释：硼酸酯的抗磨机理是在金属摩擦表面上，形成由吸附膜、聚合物膜和由于局部高温高压处金属生成的FeB、Fe₂B扩散渗硼、渗碳层三者组成的复合极压抗磨膜，由它提供润滑抗磨性能。

　　7.稀土化合物型极压抗磨剂

　　稀土是钪、钇和镧系等17个元素的总称，具有一系列独特的物理化学性能。稀土极压抗磨剂的研究日益引起摩擦学研究者的兴趣，近年来成为研究的热点之一。与其它相同晶体结构的金属相比，由于稀土元素4f轨道电子的影响，稀土化合物的磨损率和摩擦系数都有显著的差别。目前，研究者普遍认为稀土型极压抗磨剂的优良的抗磨性能主要来源于两个方面：一是含稀土元素的多相表面抗磨膜增强了摩擦副表面的抗摩擦性能；二是稀土摩擦扩散层显著的提高了摩擦副表面的硬度，增强了耐磨性能。

　　8.纳米粒子型极压抗磨剂

　　由于纳米材料具有比表面积大、扩散性好、易烧结、熔点低等特性，因此在摩擦系统中以此为基础制取的新型极压抗磨剂，其减摩抗磨作用将完全不同于传统的抗磨添加剂，其减摩抗磨机理也不同于传统的抗磨添加剂剂。传统的抗磨减摩剂，是在两摩擦副表面形成一层低剪切强度的物理化学膜，使摩擦磨损发生在生成的保护膜之间。而纳米粒子是将单一的滑动摩擦改变为滑动与滚动的复合摩擦，通过改变摩擦方式达到减小摩擦的目的；或附着镶嵌于摩擦副表面；或在两摩擦表面上与摩擦副中的某些元素生成新的物质，不在摩擦副本体内发生摩擦。

　　关于纳米粒子型挤压抗磨剂的研究方兴未艾，但目前关于其使用效果、作用机理方面的报道却很少，还存在相互矛盾甚至相反的解释和结论。因此对于已提出的有关抗磨作用机理还需加以实验、解释和验证。同时，真正意义上的商业化的纳米粒子型挤压抗磨剂则更少。主要的原因是，纳米粒子在润滑剂中的稳定性、分散性等问题还没有有效解决。

　　1.在抗磨液压油中的应用

　　在抗磨液压油中所加的添加剂共有：抗氧剂、摩擦改进剂、极压抗磨剂、防锈剂、抗氧抗腐剂、降凝剂、抗泡剂、抗乳化剂等添加剂。其中利用抗氧抗腐剂和极压抗磨剂以及抗氧剂进行复合使用分别可达到抗氧化、抗腐蚀、抗极压、抗磨损的作用。

　　试验表明：在抗磨液压油中加入T202：0．5％～1％；T301：2％～3％；T321：1％～2％；T501：0．5％～1％进行复合使用可达到良好的使用效果。在使用中也可以用T203代替T202，可达到更高的碱值和热稳定性，抗高温性能好；用T534(烷基二苯胺)代替T501，T534比T501具有更好的高温抗氧性；但是此配方中含有T301含氯添加剂，使用条件是在无水和350℃以下，其稳定性中等，活性强，极压性好，但容易引起腐蚀。故此类配方在高温抗磨液压油和高压抗磨液压油中被淘汰。

　　硫化烯烃中的硫化异丁烯是一种常用的极压抗磨剂，其中SIB使用得尤为普遍。硫化异丁烯的颜色浅，油溶性好，硫含量高，极压抗磨性好，并具有中等的化学活性。硫化异丁烯与亚磷酸盐*和苯并三氮唑(防锈剂)复合使用可达到良好的使用效果(极压性、抗磨性、防锈性、抗氧化性)。加上适量的抗乳化剂(T1001)此配方可广泛使用在各类抗磨液压油中。其中亚磷酸盐是传统的磷酸盐类极压抗磨剂，如亚磷酸二丁酯，亚磷酸三丁酯和亚磷酸三壬苯基酯。亚磷酸酯的载荷性和抗磨性受到烷基或芳基链长短和结构的影响。随着烃基的增长，吸附／反应和水解性降低，抗擦伤性下降。

　　2.在齿轮油中的应用

　　在工业闭式齿轮油、开式齿轮油和车辆齿轮油中，通常是两种以上的添加剂复合使用会得到良好的效果。这样可使油品的性能更加全面。因为不同类型的极压抗磨剂具有不同的特点和使用范围，含硫挤压抗磨剂抗烧结性能好，抗磨性差，含磷挤压抗磨剂抗磨性好，极压性能差，这两者可互补不足。对于齿轮油配方来说，硫磷型复合剂中的磷系添加剂在低速高扭矩运转下，具有形成保护膜的机能，特别是含硫的磷化物在冲击负荷和高速下，具有保护金属表面的的效果。硫与磷的比例是非常重要的，硫过量时CRC L-37(磨损)试验不合格，磷过量时，CRC L-42(极压)试验不合格。

　　在齿轮油中所加的添加剂共有：抗氧剂、摩擦改进剂、极压抗磨剂、防锈剂、降凝剂、粘度指数改进剂、抗泡剂等添加剂。在极压抗磨剂与摩擦改进剂、防锈剂和其他极压抗磨剂两种以上添加剂复合时，要特别注意是协和效应还是对抗效应。如ZDDP和硫化异丁烯(SIB)复合时的Timken合格负荷可达268N(27．3kg)，而ZDDP和硫化异丁烯(SIB)单独使用时的合格负荷分别为89N(9．1kg)和128N(20kg)。在极压抗磨剂中某些含硫极压抗磨剂和含磷极压抗磨剂复合会产生协和效应。极压抗磨剂与防锈剂、磺酸盐、摩擦改进剂复合使用时，会产生对抗效果。在CRC L-42试验合格的配方润滑油中添加0．5％ 的月桂基琥珀酸酐时，则变成不合格，所以防锈剂会降低挤压抗磨剂的使用效果。