細究摩擦改進劑
2019-09-29 潤滑是減少摩擦磨損的主要手段。因此潤滑油脂以及其他一切潤滑劑最重要的性能,就是它的潤滑性。
潤滑油脂的潤滑性表現為:油性(Oilness)、抗磨性(Antiwear property)和極壓性(Extieme Presure)。作為潤滑性三種表現之一的“油性”,其實很難形容,也不大容易定性定量。就像有人說大豆油比花生油更“油”一些,但這只是對外觀的一種感覺而已。筆者認為“油性”更應體現在它的粘附性和彌合性,使它所形成的油膜能較牢固地附著在金屬表面,并且不易破裂;油膜一旦破損,還有自行彌合恢復的能力。因此“油性”被定義為潤滑油在金屬表面的吸附能力。油性添加劑加入油中,可以在金屬表面形成定向吸附膜,從而改善摩擦性能。
最初,常用動植物油脂來改善油品的潤滑性,因此稱作油性劑。后來,發(fā)現其他一些化合物也能改善油品的潤滑性。所以,現在把能降低摩擦面摩擦系數的物質統(tǒng)稱為摩擦改進劑。
潤滑油脂的主要作用就是降低摩擦系數,減少磨損。兩個摩擦面之間的潤滑狀態(tài)可分為流體潤滑、混合潤滑和邊界潤滑。不同潤滑狀態(tài)下的油膜厚度和摩擦系數是不同的。流體潤滑的油膜最厚,邊界潤滑的油膜。流體潤滑的摩擦系數最小,0.001-0.006,邊界潤滑的摩擦系數,可大于0.5,的潤滑狀態(tài)是流體潤滑。
當摩擦面的接觸壓力較低,滑動速度高且摩擦面被流體隔開,此時即為流體潤滑狀態(tài);摩擦面之間存在一定厚度的完整的油膜,使摩擦面間的固體摩擦變?yōu)榱黧w摩擦,其摩擦系數的大小只取決與流體粘度的大小,因此它的摩擦系數最小,潤滑。絕大多數的潤滑狀態(tài)是處于混合潤滑狀態(tài)。所謂混合狀態(tài)即流體潤滑和邊界潤滑共存。在此狀態(tài)下,潤滑油膜的厚度與相配合之表面突出的微凸體上各點(相對于表面)的高度值的積分均值相似,兩個金屬表面比較接近,偶爾發(fā)生金屬與金屬的接觸。為了減少金屬與金屬的接觸,必須使兩金屬面分離,保持好流體的油膜強度。此時一般需要在油品中加入摩擦改進劑。
摩擦改進劑的作用
摩擦改進劑通常應用于邊界潤滑狀態(tài),以降低摩擦系數、提高潤滑性。摩擦改進劑都含有極性基團,對金屬表面有很強的親和力。通過它的極性基團有力地吸附在金屬表面,形成保護膜把金屬分開,防止其直接接觸,達到減少摩擦磨損的效果。摩擦改進劑在金屬表面的吸附屬于物理吸附,而物理吸附是可逆的。當溫度升高到一定程度時,物理吸附膜會脫附。不同摩擦改進劑其脫附的溫度下限不同;通常認為,脂肪胺和脂肪酰胺的脫附溫度較高。同時,摩擦改進劑的減摩效果與極性基團的位置有關;極性基團最合適的位置是在長鏈烴的尾端,長鏈狀的摩擦改進劑分子的極性基端會垂直地吸附在金屬表面,其烴基部分也會直立在油中。如極性基團的位置向前端移動,分子的極性基團就不能夠垂直地吸附,將會阻礙油性劑密集吸附,導致油膜不連續(xù),不致密。除此之外烴鏈越長,吸附膜的厚度也越大,其強度越大。
摩擦改進劑的分類 摩擦改進劑的品種
脂肪酸、脂肪醇及其鹽類;常用的脂肪酸有油酸和硬脂酸,潤滑性好,降摩。硬脂酸鋁可防止導軌在高負荷低速下出現粘滑;但它的油溶性差,不利長期儲存,對金屬有一定的腐蝕性。月桂醇等脂肪醇有較好的減磨性能。硬脂酸酯、油酸乙二醇酯等則隨著碳鏈的增加,摩擦系數減小。
二聚酸類及衍生物;二聚酸乙二醇酯除有良好的潤滑性外,還具有一定的抗乳化性。
脂肪胺及其衍生物;如苯三唑脂肪胺是一個具有潤滑性防銹性和抗氧化性的多功能摩擦改進。
有機鉬化合物;常用的有機鉬化合物有硫化二烷基二硫代磷酸鉬和硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧鉬。除具有潤滑性外還有良好的抗氧化性和極壓抗磨性。
有機硼酸酯和有機硼酸鹽;磷酸酯硼化物具有更好的減磨抗磨性。
摩擦改進劑的質量控制
就如前文所說,摩擦改進劑(油性劑)的質量或者“油性”如何判斷并不容易,只能通過間接的方法測試;比如用測定摩擦系數來分辨其減摩性能;用熱失重觀察其受熱脫附的能力,用四球機的PB值來判斷其油膜的彌合和堅韌性等等。這些方法必須綜合考慮,才有參考價值。