含氮硼酸酯潤滑添加劑的抗磨性能及其摩擦化學機理

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1、2006年2月潤滑油第21卷第1期Feb.2006LubricatingOilVol.21,No.1文章編號:100223119(2006)0120041204含氮硼酸酯潤滑添加劑的抗磨性能及其摩擦化學機理姚俊兵(空軍油料研究所,北京100076)摘要:采用Falex銷和V型塊磨損實驗、四球長磨實驗和X-射線衍射等方法對含氮硼酸酯潤滑添加劑的抗磨性能及其作用機理進行了分析。Falex銷和V型塊磨損實驗表明,所評價的含氮硼酸酯潤滑油添加劑的抗磨性能要優(yōu)于二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDP)類添加劑。四球長磨實

2、驗還表明,該硼酸酯添加劑與ZDDP類添加劑具有優(yōu)秀的抗磨協(xié)同作用,這對研制低磷發(fā)動機油具有重要的意義。含氮硼酸酯的作用機理在于兩個方面:硼酸酯在摩擦表面的強吸附作用(硼酸酯鐵的形成);在摩擦表面生成具有層狀結(jié)構(gòu)的氮化硼化合物。關鍵詞:潤滑油;抗磨劑;硼酸酯;作用機理;協(xié)同效應中圖分類號:TE624.82文獻標識碼:A前言論證委員會(InternationalLubricantsStandardizationand由于環(huán)保法規(guī)的日益嚴格,給汽車制造商和潤ApprovalCommittee,ILSAC)在

3、去年批準了該規(guī)格,滑油生產(chǎn)商帶來了越來越大的壓力。同時,燃料油API在今年7月31日開始對滿足該規(guī)格的發(fā)動機油向低硫、低烯烴的方向發(fā)展,汽油車要求安裝三元催進行認證。為了滿足汽車排放控制的強制標準,美國化轉(zhuǎn)換器,柴油車增加尾氣再循環(huán)系統(tǒng),對潤滑油也環(huán)保局要求汽車和潤滑油行業(yè)確保在2005年車型的提出了低磷和低硫的要求。汽車中使用滿足GF-4規(guī)格的發(fā)動機油。滿足GFGF-4轎車用汽油機油規(guī)格是由汽車、潤滑油及-3規(guī)格的油可繼續(xù)使用API標志至2005年4月30添加劑行業(yè)共同制訂的,旨在減少空氣污染、提高

4、燃日。在ILSACGF-4規(guī)格中,磷的含量要求不超過料經(jīng)濟性和潤滑油的高溫性能。國際潤滑劑標準和0.08%。ILSACGF-3與GF-4的主要區(qū)別見表1。表1ILSACGF-3與GF-4的主要區(qū)別項目ILSACGF-3ILSACGF-4實驗方法≤0.08磷含量,%≤0.10ASTMD4951或D5185≥0.06硫含量,%ASTMD15520W/XX≤0.505W/XX≤0.5010W/XX≤0.70抗磨性/μm程序ⅣA氣閥磨損(平均凸輪磨損)≤120≤90燃料經(jīng)濟性,%程序ⅥBSAE0W/20,5W

5、/20FEI1≥2.0FEI1≥2.3(與ASTM參考油BC對比,計算16h和96h后燃料經(jīng)濟性指數(shù)FEI1和FEI2)FEI2≥1.7FEI2≥2.0收稿日期:2005-05-10。作者簡介:姚俊兵(1967-),男,高級工程師,1987年畢業(yè)于武漢大學化學系,1993年和1996年獲后勤工程學院碩士和博士學位,1998年清華大學摩擦學國家重點實驗室博士后流動站出站,研究方向為潤滑劑添加劑及摩擦化學,已公開發(fā)表論文50余篇。42潤滑油2006年第21卷續(xù)表項目ILSACGF-3ILSACGF-4實驗

6、方法SAE0W/30,5W/30FEI1≥1.6FEI1≥1.8FEI2≥1.3FEI2≥1.5SAE10W/30和其他FEI1≥0.9FEI1≥1.1FEI2≥0.6FEI2≥0.8抗氧性(高溫沉積物)/mg≤45≤35TEOSTMHT-4使用后油品的低溫泵送性在原來粘度等級或程序ⅢG和ASTMD4684(MRVTP-1)上一粘度等級范圍內(nèi)從表1可以看出,ILSACGF-4規(guī)格在要求降其他添加劑:采用兩種二烷基二硫代磷酸鋅添低磷和硫含量的前題下進一步提高油品的抗磨性,加劑(ZDDP),其一為跨國公司

7、生產(chǎn)的伯炭烷基ZD2例如,在程序ⅣA實驗中,要求平均凸輪磨損由GFDP(ZDDP1,磷含量約為9.4%),另一為國產(chǎn)T202-3的120μm降低到GF-4的90μm。因此發(fā)展添加劑(ZDDP2,磷含量為7.2%～8.5%)。我們知新型不含磷、硫的抗磨劑是十分必要的。道ZDDP是發(fā)動機油最常用的添加劑,在本文作為有機硼酸酯是近幾年研究較多的一類潤滑油添參比來考察硼酸酯添加劑的抗磨性能。加劑,在這方面有大量的專利和文章報道。研究表1.2摩擦磨損實驗明,該添加劑具有良好的減摩抗磨性、抗氧化安定性,(1)Fa

8、lex銷和V型塊磨損實驗:載荷2223N,而且不像傳統(tǒng)的硫、磷、氯型抗磨劑那樣對一些材料時間60min。[1-3]有腐蝕性和選擇性。本文對一種商業(yè)化的硼酸(2)四球長磨實驗:轉(zhuǎn)速1450r/min,時間30酯添加劑的抗磨性能及其作用機理進行了研究。min,溫度為室溫,載荷為392N和400N。1實驗方法和材料1.3試件表面分析1.1實驗用油及添加劑對四球摩擦表面進行表面分析,以分析硼酸酯基礎油:環(huán)烷基基礎油(100SUS)和150SN基添加劑的抗磨作用機