含鉬抗磨添加劑的性能研究

陳　蓉　王燕霜　王子君　陳　凱

摘要：以五硫化二磷、烷基醇和三氧化鉬為原料在一定的條件下反應合成了一種極壓抗磨添加劑（簡稱M）——二烷基二硫代磷酸鉬，將其按不同比例加入到國產L-AN100全損耗系統用油、韓國雙龍HVI150基礎油、CC40柴油機油、國產GL-5重負荷車輛齒輪油中做性能對比試驗。試驗結果表明：加入該添加劑后，潤滑油的承載能力和摩擦學性能得到了較大的改善，對金屬無腐蝕性。尤其在國產GL-5重負荷車輛齒輪油中加入少量的M可顯著改善其高載荷下的極壓抗磨性，其性能可達到國外同類產品水平。

關鍵詞：含鉬化合物；極壓抗磨添加劑；磨損

中圖分類號：TE624.82 文獻標識碼：A

The Properties Research of Molybdenum-Containing Compound as Antiwear Additive

CHEN Rong1,2，WANG Yan-shuang1，WANG Zi-jun2，CHEN Kai1,2

(1. School of Mechanical and Electrical Engineering of Henan Technology University, Luoyang 471003,China; 2. Luoyang Bearing Research Institute, Luoyang 471039, China)

Abstract:Molybdenum dialkyldithiophosphate, which is an extreme pressure & antiwear additive (abbreviating to M in this paper), was synthesized by phosphorus pentasulfide, alkyl alcohol and molybdenum trioxide under certain conditions. By adding this compound as an accessory ingredient into several oil samples of base oil and commercial lubes at different ratio, including the domestic L-AN100 machine oil for total loss systems, Korea Ssang Yong HVI150 base oil, the CC40 diesel engine oil, and GL-5 heavy-load automotive gear oil, their lubricating performances were tested and compared. The experimental results showed that this additive can notably improve the lubes′ load capacities and tribological properties, and shows none-corrosiveness to metals. Especially for the domestic GL-5 heavy-load automotive gear oil, its extreme pressure & anti-wear performance can be improved tremendously by adding the additive, achieving the similar import products′ level.

Key words:molybdenum-containing compound; extreme pressure & antiwear additive; wear

0 前言

使用潤滑油的目的是為了減少機械設備的摩擦，防止燒結，減少磨損，以提高設備的運轉效率和降低動力消耗。在邊界潤滑條件下，若金屬表面承受負荷較高，摩擦產生大量熱造成金屬表面磨損、擦傷，甚至燒結。極壓抗磨劑可以改善邊界潤滑，其主要作用是在摩擦表面生成沉積膜、反映層或滲透層，從而形成極壓固體潤滑膜，以減緩摩擦表面的摩擦和磨損。油溶性鉬化合物在使用過程中可催化分解成新鮮的、超微細的二硫化鉬，從而可改進添加油溶性鉬化合物潤滑油的摩擦性能。本文簡要介紹一種含鉬化合物添加劑（后文簡稱為M）的制備及性能研究情況。將M添加到基礎油和幾種成品油中，通過大量的對比試驗，發現加入M后，隨添加劑量的不同，油品的極壓抗磨性能有較大的提高。

1 添加劑的合成

用P₂S₅與烷基醇反應制得二烷基二硫代磷酸，將其與鉬源化合物在一定的條件下反應若干小時，所得產物經分離、提純得藍綠色液體。反應式如下，其中R為烷基基團。

2 試驗設備

磨損試驗是采用SQ—Ⅲ型四球摩擦磨損試驗機，轉速是1450 r/min。鋼球材料為GCr15鋼（符合GB 308），直徑為Ф12.7 mm。按照《GB/T 3142潤滑劑承載能力測定法》（四球法）檢測。

3 性能評定

3.1 M加入L-AN100全損耗系統用油（簡稱N100油）中的性能評定

表1給出了N100油的潤滑性能及添加劑M按不同比例加入N100油中，P_B值隨添加量的增加而變大，磨斑直徑隨添加量的增加而變小的試驗情況。其中P_B值為最大無卡咬負荷，代表油膜強度。磨斑直徑D為3個底球磨斑直徑的算術平均值。D294N₃0min表示加載294 N、長時磨損30 min后的磨斑直徑。D392N60min表示加載392 N、長時磨損60 min后的磨斑直徑。D588N₃0min表示加載588 N、長時磨損30 min后的磨斑直徑。

從圖1可以看出，添加少量的M對N100油的極壓性能有很大的改善。添加量為4%時的P_B值（1177 N）比未添加M時的P_B值（471 N）提高229%，充分顯示了M添加劑的極壓性能。

從圖2的三條曲線可以看出，添加少量的M對N100油的抗磨性能有很大的改善。在相同載荷、相同時間的作用下，磨斑直徑隨添加劑濃度的增加（從0%到2%）有明顯的下降趨勢，且載荷越大，下降趨勢越顯著。添加量從2%到5%，曲線趨于平緩。由圖1和圖2的曲線變化可知，M在N100油中的最佳添加量為2%~3%。

3.2 M加入HVI150潤滑油基礎油中的性能評定

表2給出了HVI150（韓國雙龍）基礎油的潤滑性能以及將添加劑M按照不同比例加入HVI150潤滑油基礎油中，P_B值隨添加量的增加而變大，磨斑直徑隨添加量的增加而變小的試驗情況。

從圖3可以看出，添加少量的M對HVI150油的極壓性能有很明顯的改善。添加量為1.5%時的P_B值（1079 N）比未添加M時的P_B值（539 N）提高了一倍，再一次充分顯示了M添加劑的極壓性能。

從圖4的三條曲線可以看出，添加少量的M對HVI150油的抗磨性能有很大的改善。在相同載荷、相同時間的作用下，磨斑直徑隨添加劑濃度的增加（從0%到1%）有明顯的下降趨勢。在添加量較小的情況下（0.5%）磨斑直徑就有較大的變化，凸現了M添加劑的極壓抗磨性能。添加量從1%到4%，曲線趨于平緩。由圖3和圖4的曲線變化可知，在HVI150油中加入0.5%~1%的添加劑M就可以有效改善油品的極壓抗磨性。

3.3 M加入CC40柴油機油中的性能評定

表3給出了添加劑M按照1%比例加入CC40柴油機油中，油品性能的變化情況。其中100 ℃運動粘度按照GB/T 265測定，P_B值按照GB/T 3142測定，酸值按照GB/T 264測定，腐蝕性按照GB/T 5096測定。

從表3可以看出，添加1%M入CC40柴油機油中，100 ℃運動粘度有少量提高，P_B值可增大150%。雖然加入添加劑后油品的酸值有所上升，但從油品腐蝕性的測定結果可以得知，加入M添加劑并不會影響油品的腐蝕性。

3.4 M加入GL-5重負荷車輛齒輪油中的性能評定

表4給出了添加劑M按照1%比例加入GL-5重負荷車輛齒輪油中，其各項性能與GL-5重負荷車輛齒輪油和美孚GX90車用齒輪油的數據對比。

由表4可以看出，GL-5齒輪油在測定載荷為1255 N時發生干摩擦，添加入1%M添加劑后立即改變了其極壓抗磨性，且磨斑直徑與相同條件下測定美孚GX90車用齒輪油的磨斑直徑相當。測定載荷為1491 N時，添加1%M的GL-5齒輪油其磨斑直徑小于相同條件下測定美孚GX90車用齒輪油的磨斑直徑。由此證明了M添加劑優良的極壓抗磨性能。

4 結論

自制M是一種良好的極壓抗磨添加劑，添加少量的M可有效提高油品的極壓抗磨性。雖然加入添加劑后油品的酸值有所上升，但從油品腐蝕性的測定結果可以得知，加入M添加劑并不會影響油品對金屬的腐蝕性。在國產GL-5重負荷車輛齒輪油中加入少量的M可顯著改善其高載荷下的極壓抗磨性，其性能可達到國外同類產品水平。

有資料表明，有機鉬化合物極壓劑可在摩擦面分解形成含MoS₂的反應膜，MoS₂具有良好的層狀結構，是優良的固體潤滑劑，因此有機鉬化合物具有良好的抗磨作用。用X-射線光電子能譜（XPS）分析發現含S、P、Mo的有機化合物極壓劑在摩擦表面形成的反應膜含MoS₂、FePO₄、MoO₂、MoO₃。這些化合物都是固體潤滑劑，有較低的剪切力，可有效地減少摩擦和磨損，提高金屬的承載能力，防止金屬燒結。

參考文獻：

［1］ 歐風.合理潤滑技術手冊［M］.北京:石油工業出版社,1993:1-6.

［2］ 史佩京,徐演士,許一. 油溶性有機鉬添加劑的摩擦學性能及其摩擦化學作用機制［J］.摩擦學學報, 2004，24(3)：23-25.

［3］ 王汝霖.潤滑劑摩擦化學［M］.北京:中國石化出版社,1994:2-8.

收稿日期:2008-04-11。

作者簡介：陳蓉（1975-），女，1997年畢業于鄭州大學材料工程系高分子材料專業，從事潤滑油、防銹油等方面的研發及質量管理工作，曾獲河南省科技進步二等獎，已公開發表論文7篇，譯文4篇。