何忠義, 吳奕鋒，周響，穆琳,熊麗萍

(1.華東交通大學理學院，江西 南昌 330013； 2.中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

隨著科技的發(fā)展，人們的環(huán)保意識不斷加強，可生物降解的綠色潤滑油應(yīng)用日益廣泛[1]。目前，雖然天然植物油有具備作為潤滑油基礎(chǔ)油的諸多條件和優(yōu)點，但植物油氧化穩(wěn)定性差，要使用各種不同的抗氧劑對植物油進行改性。對菜籽油提高抗氧性的改性方法有酰胺化、酯交換、羥基化等[2]。

含氮雜環(huán)化合物[3-6]作為添加劑已經(jīng)成功的應(yīng)用于潤滑油中。自主合成的一種新型的含有醇和含氮雜環(huán)官能團的化合物3-(2-巰基-苯并噻唑基)-2-乙氧基丙醇(TBE)，將其作為潤滑油添加劑應(yīng)用于菜籽油和改性菜籽油中，評價了摩擦學性能。此外將TBE與磷酸三丁酯(TBP)進行復(fù)配，評價了復(fù)合添加劑在各類基礎(chǔ)油中的摩擦學性能，對實際應(yīng)用具有一定的理論指導價值。

1 實驗部分

1.1 改性菜籽油的制備

將除渣后的純菜籽油(相對分子質(zhì)量860)減壓除水，80 ℃加入醇胺(菜籽油與醇胺的物質(zhì)的量比為1∶0.5)和催化劑甲醇鈉，升溫至110 ℃反應(yīng)3 h。降溫至50 ℃出料，真空干燥箱中60 ℃干燥24 h。實驗所用試劑均為分析純。按照GB/T 4945—2002測定堿值(KOH)，SH/T 0162—92測定氮含量(mg/g)。實驗結(jié)果：純菜籽油(RSO)堿值和氮含量分別為：0.80，0.197 5；二乙醇胺改性菜籽油 (RSO-I)：2.04，5.304；三乙醇胺改性菜籽油(RSO-II)：1.76，4.532。

1.2 摩擦磨損試驗

試驗機為濟南試驗機廠產(chǎn)的MRS-10型四球摩擦磨損試驗機。試驗條件：轉(zhuǎn)速1 450 r/min，室溫，試驗時間30 min。鋼球為上海軸承廠生產(chǎn)的二級GCr15標準鋼球(AISI-52100)，直徑12.7 mm，硬度59～61 HRC。在四球摩擦磨損試驗機上按照GB/T 3142—82標準測定基礎(chǔ)油及含添加劑的基礎(chǔ)油的最大無卡咬負荷(PB值)，按照ASTM D5183-95(1999)標準測定添加劑的減摩性能。

1.3 表面分析

用HITACHI公司的X-650型掃描電子顯微鏡(SEM)分析載荷392N下鋼球磨損表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 極壓性能

2.1.1TBE單劑極壓性能

室溫下測定了不同含量TBE在3種基礎(chǔ)油中的PB值，見表1。隨含量增加，各油品PB值均逐漸增大，說明TBE能改善3種基礎(chǔ)油的極壓性能；其中RSO和RSO-ⅠPB值增加的幅度最大，說明其極壓性能改善最為明顯。故考察復(fù)合劑時只選用RSO和RSO-Ⅰ兩種基礎(chǔ)油進行。

表1 含TBE的各類潤滑油的PB值

2.1.2TBE和TBP復(fù)配的極壓性能

設(shè)計考察了TBE與含磷添加劑TBP(市售)的復(fù)配效應(yīng)。實驗中TBE與TBP在基礎(chǔ)油中均具有良好的溶解性，添加劑復(fù)配總質(zhì)量分數(shù)為1.0%，所采用的油樣編號、不同配方TBE/TBP復(fù)合劑的質(zhì)量分數(shù)及PB值見表2。由于環(huán)保等原因添加劑中磷劑的含量有嚴格控制，故在低磷的原則下綜合考慮添加劑效果后采用1.0%作為復(fù)配劑總質(zhì)量分數(shù)。

表2 油樣編號、配方組成及PB值

注：編號P1-P5油樣對應(yīng)的基礎(chǔ)油為RSO；編號Q1-Q5為RSO-I

由表2可以看出：TBE/TBP復(fù)配后的PB值均大于單劑TBE和TBP，說明在一定的比例范圍內(nèi)TBE/TBP的極壓性能產(chǎn)生了很好的協(xié)同效應(yīng)。

2.2 抗磨性能

2.2.1TBE單劑抗磨性能

在3種基礎(chǔ)油中加入質(zhì)量分數(shù)為0.5%，1.0%，2.0%和3.0%的添加劑TBE單劑，392 N載荷下，測定了不同濃度油樣的磨斑直徑(WSD)，結(jié)果見圖1。由圖1可見：隨濃度增加各油品的WSD逐漸減小至3.0%時最小。濃度在2.0%后WSD減小趨勢變緩，說明達到該濃度后繼續(xù)增加添加劑含量對抗磨效果影響不明顯，故選用WSD最小的3.0%為優(yōu)選濃度做進一步研究。TBE在RSO和RSO-Ⅰ中響應(yīng)性較好，WSD比RSO-Ⅱ中小，故考察復(fù)配劑抗磨效果時只選用RSO和RSO-Ⅰ兩種基礎(chǔ)油。

圖1 磨斑直徑隨添加劑含量變化曲線

將空白基礎(chǔ)油的數(shù)據(jù)與TBE濃度3.0%對比，WSD隨載荷變化見圖2。由圖2可見：WSD隨著載荷的增加而增大，含有TBE油品的WSD小于純基礎(chǔ)油，抗磨效果普遍較優(yōu)。490 N載荷下，TBE在基礎(chǔ)油RSO和RSO-I中WSD降低明顯，說明在較高載荷下，TBE在這兩種基礎(chǔ)油中有很好的響應(yīng)性。TBE在RSO-II中的抗磨效果不佳。

圖2 磨斑直徑隨載荷變化曲線

2.2.2TBE和TBP復(fù)配的抗磨性能

圖3、圖4為在不同載荷下，不同配方復(fù)合添加劑在RSO和RSO-I中WSD變化。復(fù)合添加劑復(fù)配配方組成及編號見表2。

由圖3、圖4可以看出：復(fù)合劑WSD均小于單劑TBE和TBP，復(fù)合劑抗磨效果較好。隨著TBE/TBP比例的增加，WSD均經(jīng)過先減小后增大的過程。當比例大于5∶5時，隨著比例增加WSD不降反升，說明5∶5至3∶7可能是最佳配比。

圖3 各種油樣與磨斑直徑之間的關(guān)系

圖4 各種油樣與磨斑直徑之間的關(guān)系

2.3 減摩性能

2.3.1TBE單劑的減摩性能

392 N載荷下TBE的濃度與平均摩擦系數(shù)的關(guān)系、含3.0%TBE的油品及空白基礎(chǔ)油平均摩擦系數(shù)與載荷的關(guān)系如圖5、圖6所示。

圖5 平均摩擦系數(shù)隨添加劑含量變化曲線

由圖5可以看出：隨著添加劑濃度的增加摩擦系數(shù)降低，說明TBE具有較好的減摩性能，且在RSO-I中效果最優(yōu)。由圖6可以看出：隨著載荷增大，各油品的摩擦系數(shù)均逐漸增大，達到一定程度后數(shù)值趨于平穩(wěn)。TBE在RSO-I中的摩擦系數(shù)低于RSO，說明RSO-I減摩作用要好于RSO。RSO-II減磨效果不佳，故只選用RSO和RSO-I作為基礎(chǔ)油進行復(fù)配劑減磨性能的考察。

圖6 平均摩擦系數(shù)隨載荷變化曲線

2.3.2TBE和TBP復(fù)配劑減摩性能

不同載荷下，含不同配方添加劑油品的平均摩擦系數(shù)如圖7、圖8所示。

圖7 RSO中不同油樣平均摩擦系數(shù)之間的關(guān)系

圖8 RSO-I中不同油樣平均摩擦系數(shù)之間的關(guān)系

由圖7、圖8可見：隨載荷的增加摩擦系數(shù)增加，復(fù)合劑摩擦系數(shù)均小于單劑TBE和TBP的，說明復(fù)合劑的減摩效果強于單劑，兩種添加劑在減摩方面具有協(xié)同效應(yīng)。且TBE/TBP比例為5∶5至3∶7時，摩擦系數(shù)減小明顯，此時的協(xié)同作用最強。

2.4 磨斑表面分析

在392 N載荷下，純基礎(chǔ)油和含添加劑的基礎(chǔ)油潤滑下的摩擦表面形貌圖如圖9所示。

由圖9可以看出：不含添加劑的純基礎(chǔ)油RSO與RSO-I潤滑摩擦表面的犁溝較大，磨損程度最重。含單劑TBE的RSO與RSO-I基礎(chǔ)油摩擦表面較平整，輕微燒結(jié)，但也存在明顯的犁溝現(xiàn)象。復(fù)合劑(配方P4和Q4)的摩擦表面犁溝較淺，相對光滑磨損程度更小。這是由于TBP中含有磷元素，在摩擦過程中能夠形成磷酸鐵復(fù)合膜[7]，此膜具有極壓抗磨減摩等功能。此外TBP屬于小分子添加劑，更容易在摩擦表面形成有序膜[8]。磷劑與其他添加劑共存時會產(chǎn)生很好的增效作用，含硫的添加劑通過化學吸附并與鋼球表面發(fā)生摩擦化學反應(yīng)生成一種無機含硫化合物，與磷酸鹽的復(fù)合邊界膜同時在菜籽油極性影響下在摩擦表面進行競爭吸附，從而形成一種具有低剪切力的保護層[7,9]。這樣的復(fù)配性配合其自身的抗磨減磨效果，可以增強摩擦表面的保護。

圖9 摩擦表面的SEM照片

3 結(jié) 論

a.TBE單劑及TBE/TBP復(fù)合劑均能很大程度地提高基礎(chǔ)油的PB值。

b.TBE單劑在基礎(chǔ)油中具很好的抗磨減摩效果，且RSO-I>RSO>RSO-II。復(fù)合添加劑隨TBE/TBP比例的變化趨勢可以看出抗磨減磨效果方面存在一個最佳比例。

參 考 文 獻

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