潤滑油添加劑的應用

姜 勇 劉 鵬 楊申仲

作者通聯：中糧集團 北京市朝陽門南大街8號15F-04 100020

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一、潤滑材料

在機械的摩擦副之間加入某種介質，使其減少摩擦和磨損，這種介質稱為潤滑材料，有潤滑油、潤滑脂等，也稱為潤滑劑。由于摩擦副的類型和性質不同，對相應潤滑材料的要求和選用也有所不同。現代的高精度、高速度、高效率的生產設備，對潤滑材料的耐高溫、高壓、高速和耐腐蝕的要求越來越高。按摩擦副對潤滑材料性能的要求，合理選用潤滑材料，才能減小摩擦、降低磨損、延長設備使用壽命，從而達到節省能源、保證設備正常運轉、提高企業經濟效益的目的。

二、潤滑油選用因素

每臺設備說明書對設備潤滑用油或用脂都作了明確規定，必須參照執行。如有可能自選油品，可參照下列因素。

1.運動速度

速度愈高愈易形成油膜，可選用低黏度的潤滑油來保證油膜的存在，若選用的黏度高，則產生的阻抗大，發熱量多，會導致溫升過高。低速運轉時，靠油的黏度承載負荷，應選用黏度較高的潤滑油。往復運動和間歇運動時速度變化較大，不利于形成油膜，也應該用黏度較高的潤滑油。

2.承載負荷

一般負荷越大選用油的黏度應愈高，低速重負荷應考慮油品的允許承載能力，邊界潤滑和重負荷摩擦副應選用極壓性好的油。

3.工作溫度

溫度變化范圍大時，應選用黏度高的油品。高溫條件下工作應選用黏度和閃點高、灰分低以及殘炭低的油品。低溫條件下工作應選用黏度低、水分少、凝固點低的耐低溫油。

4.工作環境

潮濕環境及有汽霧的環境應選用抗乳化性強、防銹性好的油品。塵屑飛揚的環境應注意防塵密封，并采用有效的過濾裝置。有腐蝕性氣體的環境應改善通風系統，并選用抗腐蝕性好的油品。

5.摩擦副的表面硬度、精度與間隙

當表面硬度高、精度高、間隙小時，應選用黏度低的油品；反之，則選用黏度較高的油品。

6.摩擦副的位置

對垂直導軌、絲杠、外露齒輪、鏈條、鋼絲繩等，因潤滑油容易流失，應選用黏度較高的油品。

7.潤滑方式

循環潤滑因供油量大，要求散熱快，應選黏度較低的油品。人工間歇澆油時則選用黏度較高的油品。用油線、油芯、油氈及滴油杯等潤滑時，應選用有抗氧化添加劑的油品。

8.液壓系統

為了保證液壓系統循環良好，運行穩定，應采用液壓油或液壓導軌油。選用時，要考慮工作溫度、工作壓力和油泵類型對黏度的影響。溫度或壓力高時，液壓油的黏度應較高，反之應較低。工作溫度較高時，齒輪泵、柱塞泵應選用黏度較高的液壓油。

三、潤滑技術的進展

多年來潤滑技術取得很大進展，高效、節能、環保是今后潤滑研究的發展方向，也是金屬磨損表面技術的重要發展方向。

1.薄膜潤滑

隨著制造技術的發展，流體潤滑的設計膜厚正在不斷減少以滿足高性能的要求。滑動表面間的潤滑膜厚可達到納米級或接近分子尺度，這時就在彈流潤滑和邊界潤滑之間出現一種新的潤滑狀態即薄膜潤滑。薄膜潤滑的另一個特性是時間效應。在靜態的接觸區內的潤滑膜厚度隨時間基本不變；在高速情況下，膜厚度隨時間增加而略有降低；在低速下，膜厚度隨時間增加而不斷增加。

2.潤滑油添加劑

近20年來，潤滑油添加劑的研制已取得了重大進展，為研究和應用高性能潤滑劑奠定了基礎，促進了潤滑方式的改進。由于摩擦學和摩擦力化學的突破性進展，使潤滑油添加劑的種類得以不斷增加，性能不斷提高，而且潤滑油的復配技術也得到不斷改進和成熟。

3.高溫固體潤滑

高溫固體潤滑主要體現在兩個方面：高溫固體潤滑劑和高溫自潤滑材料。常用的高溫固體潤滑劑主要有金屬和一些氧化物、氟化物、無機含氧酸鹽、如鉬酸鹽、鎢酸鹽等，另外，還有一些硫化物，如PbS、CrxSy也可作為高溫固體潤滑劑。高溫自潤滑材料可分為金屬基自潤滑復合材料，自潤滑合金和自潤滑陶瓷等。金屬基自潤滑復合材料是指按一定工藝制備的以金屬為基體，其中含有潤滑組分的具有抗磨減摩性能的新型復合材料，它將潤滑劑與摩擦副合二為一，賦予摩擦副本身以自潤滑性能。自潤滑合金是對合金組元進行調整和優化，使合金在摩擦過程中產生的氧化膜具有減摩特性。自潤滑陶瓷包括金屬陶瓷和陶瓷兩大類。

4.綠色潤滑油

綠色潤滑油是指潤滑油不但能滿足機器工況要求，其油及其耗損產物對生態環境不造成危害。因此，以綠色潤滑油取代礦物基潤滑油將是必然的趨勢。圍繞綠色潤滑油研究工作主要集中在基礎油和添加劑上。基礎油是生態效應的決定性因素，而添加劑在基礎油中的相應特性和對生態環境的影響也是必須考慮的因素。從摩擦角度而言，綠色潤滑油及其添加劑，必須滿足油品的性能規格要求；而從環境保護的角度出發，它們必須具有生物可降解性，較小的生態毒性累積性。

5.納米潤滑材料

將納米材料應用于潤滑體系中，納米材料具有表面積大、高擴散性、易燒結性、熔點降低、硬度增大等特點，不但可以在摩擦表面形成一層易剪切的薄膜，降低摩擦因數，而且可能對摩擦表面進行一定程度的填補和修復。

四、潤滑油添加劑

為改善油品的性能及質量而添加一種或幾種少量的化學物質，這種物質稱為添加劑。添加劑的種類很多，從作用來看主要分為兩類：一類用以改善潤滑油物理性能；另一類用以改善潤滑油化學性質。

1.潤滑油添加劑工作原理

由于潤滑油中加入了高效添加劑，而絕大多數添加劑是極性物質，這些極性物質與金屬表面發生反應，形成化學吸附膜，代替了后來潤滑膜，使膜更加牢靠，潤滑性能更好。另外，摩擦副在局部高溫度壓下，添加劑分解出硫、磷、氯等極性物質，這些極性物質與金屬反應，也會生成反應物，防止了膠合的發生。同時，由于添加劑的存在增加了接觸面積，降低了接觸應力；使表面逐漸趨于光滑，從而大大地改善了潤滑狀態。

2.潤滑油添加劑的開發

長期以來，國內潤滑油產品的開發，主要依靠國外添加劑公司提供核心技術，國內企業對國外技術進行適當調整以符合國內產品競爭的需要，沒有自主的技術體系已經成為制約潤滑油行業穩定發展的關鍵問題。

近年來采用合資方式與國外知名添加劑公司共同研發的新型多功能添加劑，不斷跟進世界潤滑油發展新潮流，同時不斷與汽車制造商，液壓泵等專業廠商合作開發高檔潤滑油產品，為滿足類似南極、北極、航空航天等苛刻應用條件的符合API IV/V標準的PAO、酯類等合成型基礎油也在小批量應用。

自從20世紀90年代末期開始，中國一些潤滑油公司一起對國外生產的復合汽油機油添加劑與國內研制的同類產品進行使用性能的研究，試驗結果表明通過調整國產潤滑油添加劑的組成和比例，可以獲得較優的試驗結果。由于國際潤滑油添加劑公司的核心技術是擁有一套先進合理的添加劑評價和篩選手段，確保在眾多化合物中成功找出適宜在潤滑油中使用的產品。中國潤滑油企業在這方面的工作起步較晚，技術儲備也不豐富。還要不斷努力改變相對落后的局面。

3.添加劑的作用

（1）改善潤滑材料的性能，降低油的凝固點，迅速消除油中的泡沫、改善黏溫、黏滑特性、增加油膜強度等。

（2）保護油脂不氧化變質，延長油脂的使用壽命，提高抗氧化能力，提高抗腐能力，提高抗乳化性能。

（3）保護金屬不受腐蝕，提高油的防腐性，鈍化金屬提高防銹能力。

（4）增強潤滑油脂在惡劣工作條件下的工作能力，增強極壓抗磨性，提高機件的抗擦傷能力，提高機件的磨損自修復能力。

潤滑油添加劑按作用可分類成清凈劑、分散劑、抗氧抗腐劑、極壓抗磨劑、油性劑、摩擦改進劑、黏度指數改進劑、降凝劑等。添加劑的使用方法和用量應根據添加劑的出廠說明。有時需要配制成母液再混合于油中，有的需要用時加以稀釋后再兌入潤滑油里。如硅油需用10倍左右的煤油稀釋后再兌入潤滑油里。油溶性好的添加劑也可直接按比例摻入油中。通常要先進行少量試配，經過檢驗和試用，確認性能符合方可批量調配。

4.潤滑油添加劑的應用

（1）某發電機分廠C61125A大型臥式車床由于原設計頂尖、活動托架載荷達18t，由于載荷加大，致使轉速降低。長期以來，一直影響分廠的生產能力，降低分廠的生產效率，造成產品質量下降，（表面粗糙度達不到工藝要求；Ra3.2）只能加工重量在2000～5000kg的發電機，勵磁機等轉子。對于重量在8900～9800kg的發電機轉子，由于主軸軸承負載過重，造成主軸轉速下降，為了減輕主軸軸承的載荷，以使主軸轉速升高，在轉子中間增加一個滾動托架，但增加了調整卡鉗，滾動托架找正時間，延長了產品的加工周期，而且轉速只能達到40～50r/min，加工出的產品質量（表面粗糙度）不能滿足工藝要求。后采取措施：在機床主軸箱機油（30#機械油）內，按潤滑油油量比例添加5%的“萬靈霸”潤滑油添加劑。經過8個月試運行，主軸載荷重量在200～5000kg的發電機、勵磁機轉子，加工試驗效果很好，機械、電器均未發現異常，加工出的產品精度達到工藝要求（表面粗糙度Ra1.6）。而后又對主軸載荷重量在8900～9800kg的發電機轉子進行加工試驗，低速40r/min逐漸升至80r/min，檢測電機的啟動電流、升速電流、運載電流的變化，均在正常范圍內。后來又把轉速上升到140～160r/min，用同樣方法對機械、電器檢測，均未發現異常變化，加工出的產品的質量滿足工藝要求（表面粗糙度提高一級達到Ra1.6）。對機床主軸軸承用CMJ-1型沖擊脈沖計檢測，均無異常，證明機械磨損明顯減小，軸承使用壽命延長。

（2）齒輪加工設備的工作臺傳動蝸輪副是齒輪加工設備的心臟。在廠家生產時蝸輪與工作臺是配套加工制造，在更換時也必需是整套更換，該套備件價格一般占全機價格1/10以上。特別是加工多頭（四頭以上）蝸輪時，由于齒數少，工作臺轉動比一般要加快四倍以上，因此在專門滾齒機進行加工。從使用情況看。一般蝸輪副2～3年就要更換一次。針對這種情況，工廠將萬靈霸添加劑加入滾齒機工作臺潤滑油箱中使用，3年多時間，蝸輪副磨損很小，從目前直觀的情況看，可再使用2～4年，即加入添加劑后，蝸輪副比原來耐磨2～3倍。按一臺滾齒機蝸輪副價值1.2萬元計算，每年可節省費用4000元，而消耗2kg添加劑僅需600元左右。

（3）用滾齒機加工多頭少齒的蝸輪，不僅蝸輪副磨損嚴重，同時滾齒機工作臺的旋轉導軌副磨損也是非常嚴重的，因此每2～3年在更換蝸輪副時，同時將工作臺也一起更換。

在使用萬靈霸后，對滾齒機工作臺旋轉導軌也出現非常明顯的耐磨效果。從使用兩年后拆卸情況看，精度仍然合格，沒有明顯的研痕出現，因此也不需要再刮研修復。這說明萬靈霸添加劑對兩個滑動導軌副表面起到了很好的潤滑耐磨作用。

此外，萬靈霸添加劑在插齒機、剃齒機、珩齒機，特別是精密磨齒機上，減少停修時間和修理工作量，應用均取得明顯效果。

（4）提高齒面加工光潔度。工廠在加工鋼坯齒輪時，對齒輪齒面光潔度有一定的要求。因此在切齒時，要求切削液具有良好的潤滑、冷卻、清洗和防銹作用。

兩年來工廠在滾齒、插齒、磨齒機床的冷卻液中添加3%～5%左右的萬靈霸添加劑，使齒輪表面粗糙度比以前有明顯提高。添加劑對齒面粗糙度的影響見表1。

表1 添加劑對齒面加工光潔度效果

（5）提高齒輪加工設備刀具耐用度。在加工鋼質齒輪時，合理選用切削液可以有效地減少切削過程中的摩擦，改善散熱條件，降低切削力和切削溫度。因此，使用萬靈霸添加劑對提高齒輪刀具耐用度，也是有效果的。

一般刀具的磨損可以分為三個階段，即初期、正常期和急劇磨損期。其中正常期占使用時間的90%以上。使用萬靈霸添加劑，利用其對金屬不氧化的性能，達到延長刀具正常期。從工廠多年齒輪加工設備刀具使用規律來看，與采用添加劑的設備對比見表2

表2 提高齒輪加工設備刀具耐用度比較表

按每臺設備每年消耗1kg冷卻液添加劑計算，平均增加投資約300元，但由于刀具壽命延長，每臺設備每年可節省刀具費用 1500～1800元。

5.萬靈霸添加劑

為了適應生產設備不斷向高效、高速、精密的發展方向和需求。萬靈霸潤滑油添加劑系列的型號也不斷在增加。至2009年其系列由FORMULA 4-10至FORMULA 8-10至LB T-16是最新一代的型號。

該添加劑是通過化學工程技術制成，它是靠分子極化生成的油膜（萬靈霸油膜厚度是1/100頭發的厚度，在不改變油黏度的情況下，提高油膜強度10倍以上）來達到減少摩擦因數的，是一種強力抗磨節能減排的環保產品。產品不含任何腐蝕性，不含塑料微粒、聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨和鉛，不會對密封件有任何損害。

只要將3%～5%的（LB T-16）添加劑直接加入潤滑油箱內，它就會發生化學分子反應，在機件表面產生一層柔韌的附著力超強的持久保護油膜，使內部部件之間接近零摩擦，從而釋放動力極限，并延長機械工作壽命。該添加劑可以直接添加到新、舊內燃機和新、舊設備，以及高速車輛使用。

該添加劑在美、加等地區被廣泛應用，加拿大萬靈霸國際有限公司于1989年引進中國，多年來在國內企業的應用效果顯著。

“萬靈霸”系列潤滑油添加劑根據不同的型號（包括FORMULA 4-10、FORMULA 8-10、LBT-16），分別適用于礦物油、合成油、潤滑脂及潤滑液中。

“萬靈霸”可延長機器設備的使用壽命，對不同工具和設備，有2～5倍以上不同的的提高值。能減低磨損，能將內燃機和其他機械使用壽命延長。由于形成的特殊化學反應膜，對摩擦副表面有極優的保護作用，從而使機體磨損量降低80%以上。

提高潤滑功能，從而減少機器的內部摩擦功，結果在輸出同樣功率的前提下減少消耗的能量，內燃機的油耗通常可節省5%～15%，對一些重型工程機械甚至可達30%～40%。經使用實例的測定，內燃機輸出功率一般情況下可提高7.5%～11%。減少內燃機或壓縮機的活塞和活塞環的積炭，改善燃燒過程，從而降低廢氣的污染程度，減少對環境的污染。

添加劑與潤滑油按比例混合后，其黏度改變甚微。當在-40～310℃溫度范圍內發揮極佳的的潤滑作用；當在310℃及以上溫度時運轉，可降低機械轉動部位的溫升；當在-40℃以下時仍可隨意流動，發揮潤滑作用，使發動機在寒冷地帶仍能便于啟動。

降低金屬表面滑動接觸時所產生的噪聲。在液壓系統中應用時，可降低運行的溫升和噪聲，減少密封件的磨損。

當油泵損壞或油管堵塞而導致潤滑點缺油時，已形成的潤滑膜仍能支持機器安全運轉，不會突然“咬死”。用循環水冷卻的內燃發動機，由于水箱或水泵突然損壞而導致冷卻水斷流時，機器的溫升不會過分增高，仍可保證機器安全運轉一段時間（有一例可長達40h）。

“萬靈霸”添加劑內含適度的堿性，能延緩油的氧化和酸化，從而延長其工作壽命，一般可達2～3倍，延長潤滑油的儲存周期。特別能抗止內燃機因高硫量燃油（如重柴油）不完全燃燒后產生的含硫化合物，通過活塞和活塞環之間而進入曲軸箱的潤滑油中所引起的酸化腐蝕作用和導致油黏度變化變質的不良作用。添加劑中含有清潔劑和彌散劑，有極優的清潔功能，能將粘附于機件上的積垢油泥、殘渣、積炭等清潔干凈，并通過極性化的作用，使之聚集于油箱底部，便于清理。也可以減少潤滑油不潔而產生的顆粒性磨損。添加劑的化學反應膜附著力特強，其柔韌的油膜形成一層墊子作用，從而吸引機器運轉時所產生的振動，減少振動。

6.“萬靈霸”添加劑適用范圍

（1）各類內燃發動機、空氣壓縮機、蒸汽機、水泵等的曲軸箱，特別是在極寒冷地區使用的發動機要在低溫下起動、極為有利。汽輪機、燃氣輪機、水輪機、發電機、電機、離心機、離心泵等高速運轉機器設備。

（2）汽車、運輸設備的變速箱和傳動機構、前后橋差速箱。手控或自動控制的動力傳動機構。鼓風機和壓縮機、風動工具和設備。工業用的齒輪箱、蝸桿蝸輪傳動機構，及終端傳動機構。特別是在蝸桿蝸輪傳動機構中，對降低發熱、減少磨損有明顯效果。

（3）各種型式的滑動軸承和滾動軸承（包括用稀油潤滑及潤滑脂潤滑）。據協和式超音速機使用后，高速滾動軸承的疲勞壽命提高至7倍，而溫升、噪聲和振動也顯著地降低。

（4）液壓系統（包括以油劑或水劑作液壓介質的）能顯著地降低運行噪聲、發熱和磨損。

（5）農業、林業、及木材加工機械，礦山設備等。

（6）金屬切削機床，能有效地保護精密的絲杠、導軌，可以消除爬行現象。金屬切削加工用冷卻劑，可以成倍地提高刀具壽命和提高工件的光潔度。

（7）航海輪機及海輪的附屬設備（具有很好的防蝕作用，適用于在海水的強腐蝕氣氛環境中工作。

（8）高溫作業機械，如冶金、9LUM等設備和低溫作業機械。

（9）“萬靈霸”系列潤滑油添加劑不宜用于摩擦無級變速器、鎖緊式差動機構，迭片或帶式傳動系統，摩擦式調速器等，以及要靠摩擦力傳遞動力功能的地方（但可用于油浸片式離合器）。