一種耐軸承腐蝕和磨損的復合鋰基潤滑脂的研制

馬麗，周園

(中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，甘肅蘭州 730060)

一種耐軸承腐蝕和磨損的復合鋰基潤滑脂的研制

馬麗，周園

(中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，甘肅蘭州 730060)

研究不同類型極壓抗磨劑、抗氧劑和防銹劑等對復合鋰基潤滑脂性能的影響，并復配一種多功能復合添加劑制備出復合鋰基潤滑脂。所研制復合鋰基潤滑脂的梯姆肯值為266 N、高溫下氧化誘導期為76.1 min、滴點大于330 ℃，且通過了FE-8軸承磨損和EMCOR軸承腐蝕臺架的檢測。研究結果表明：所研制的復合鋰基脂具有優異的極壓抗磨、高溫抗氧及耐軸承腐蝕和磨損等性能，應用效果良好。

復合鋰基潤滑脂；抗氧化性能；極壓抗磨性能；軸承腐蝕；軸承磨損

Abstract:The effects of different anti-oxygens, extreme pressure antiwear agents and antirust agents on complex grease were studied in detail. And a multifunction additive was mixed to prepare a complex lithium grease. The OK value of the lithium complex grease was 266 N,the PDSC was 76.1 minute,the drop point was greater than 330 ℃.The lithium complex grease passed the FE-8 bearing wear test and the EMCOR bearing corrosion test.The test results show that the lithium complex grease is a multifunction complex grease including extreme pressure antiwear property, oxidation stability, high temperature performance, and excellent bearing wear and corrosion resistance. The application effect is good.

Keywords:Lithium complex grease; Oxidation stability; Extreme pressure antiwear property; Bearing corrosion; Bearing wear

0 引言

復合鋰基潤滑脂是一種高溫多效潤滑脂，具有優良的機械安定性、膠體安定性、氧化安定性和高溫使用等性能，是在鋼鐵工業、汽車工業和許多工業部門獲得廣泛應用的一類高溫潤滑脂產品[1]。但目前許多設備工作時負荷重、溫度高、在惡劣工況下仍被要求具有很好的穩定性和較長的使用壽命，這就要求設備使用的潤滑脂應同時具備優良的耐高溫性和機械安定性、較強的極壓抗磨性和抗氧化性能、良好的防銹性和耐腐蝕性。

目前針對復合鋰基潤滑脂的極壓抗磨性、滴點和黏附性[2-4]等一些單一性能的研究較為深入，而針對極壓抗磨劑復配對復合鋰基潤滑脂的影響還需進一步完善。在研究不同類型極壓抗磨單劑對復合鋰基潤滑脂影響的基礎上，選擇最佳極壓抗磨劑復配抗氧劑和防銹劑為主，并輔以金屬減活劑和油性劑等添加劑，加入到復合鋰基礎脂中，研制成一種集優良極壓抗磨、抗氧、防銹和高溫使用等性能于一體的多功能復合鋰基潤滑脂。

1 實驗部分

1.1 主要實驗方法

1.1.1 潤滑脂防腐蝕性試驗法[5]

潤滑脂防護防銹性能主要是指潤滑脂可以保護金屬免于銹蝕的能力。

實驗儀器設備和材料：推力加載器；機械加脂器；軸承，直徑為70 mm，高86 mm；配有涂蠟螺旋蓋的玻璃；電動機轉速為1 450 r/min；溶劑沖洗液及溶劑油。

實驗條件：按照GB/T 5018方法測定防腐蝕性。

1.1.2 潤滑脂極壓性能測定法(四球機法)[6]

極壓性能是指潤滑脂在所加負荷下的承載能力，是測定運動部件在點接觸條件下潤滑脂的極壓抗磨能力。

實驗儀器設備和材料：主軸，轉速不低于1 800 r/min，負荷不低于4 901 N；顯微鏡，分度值為0.01 mm；秒表及摩擦力記錄儀。

1.1.3 潤滑脂氧化誘導期測定法

此方法相較其他潤滑脂的氧化試驗方法迅速且使用的試樣量少。

實驗儀器設備和材料：鋁制樣品皿(密閉后可在210 ℃條件下承受(3.5±0.02) MPa的壓力)、熱分析儀、氧化安定性軟件、校正軟件、已校準的流量計、樣品壓封機。

實驗條件：按照SH/T 0718方法測定氧化誘導期。

1.2 實驗原料

添加劑：主要使用抗氧劑、極壓抗磨劑、防銹劑、金屬減活劑等。

基礎油：40 ℃時運動黏度為70 mm2/s的合成油。

稠化劑原材料：實驗所用稠化劑原材料主要性質見表1。

表1 稠化劑原材料的主要性質

2 結果與討論

2.1 復合鋰基礎脂的制備及其綜合性能

采用三重攪拌刮壁壓力容器制備兩組分復合鋰基潤滑脂。

將部分基礎油、12-羥基硬脂酸、癸二酸和氫氧化鋰水溶液加入到三重攪拌釜中升溫升壓至100～150 ℃和0.20～0.35 MPa時保持100～150 min，后卸壓至100～130 ℃時恒溫脫水，待水完全脫干凈之后升溫至180～230 ℃高溫煉制后降溫，降至約100 ℃時均化出釜。所制備復合鋰基礎脂理化數據見表2。

表2 復合鋰基礎脂理化數據

由表2可以看出:復合鋰基礎脂的延長工作錐入度變化率(10萬次)為7.5%，滴點大于330 ℃，鋼網分油為0.27%，因此，三重攪拌刮壁壓力容器制備兩組分復合鋰基礎脂理化分析數據較好。但梯姆肯OK值為80 N、PD為1 569 N和PB為235 N等數據欠佳。

基礎脂的鋼網分油、滴點和10萬次剪切等性能優劣由工藝決定，但是氧化安定性、極壓抗磨和防銹等性能需通過添加劑進行調整。

2.2 極壓抗磨劑摩擦學性能評價——四球機法

極壓抗磨劑是一種能夠改善潤滑脂極壓抗磨性能的添加劑，可防止金屬表面在高負荷條件下發生燒結、卡咬和刮傷等機械磨損[7]。首先對極壓抗磨劑進行種類的篩選，選取幾種在潤滑脂中常用的極壓抗磨劑加入到基礎脂中，考察對復合鋰基潤滑脂摩擦學性能的影響。然而，潤滑脂在實際使用過程中必然會混入水，因此，同時考察在有水的條件下極壓抗磨劑對潤滑脂摩擦學性能的影響就顯得更加重要。

表3 極壓抗磨劑對復合鋰基潤滑脂的影響

因此，二硫代磷酸鹽1在兩種條件下均具有較高的抗磨性，二硫代磷酸鹽3在兩種條件下均具有較高的極壓性，二硫代磷酸鹽2在兩種條件下均具有較好的磨斑；磷酸胺類化合物在兩種條件下均具有較差的極壓性能，噻二唑衍生物在兩種條件下均具有較差的磨斑。

2.3 抗氧劑氧化性能評價——氧化誘導期測定法

氧化安定性是潤滑脂的重要性質之一，對潤滑脂的儲存和使用都有較大影響，尤其對高溫下長期使用的潤滑脂具有重要的意義，是關系潤滑脂最高使用溫度和使用壽命長短的一個重要因素。抗氧劑是改善潤滑脂氧化安定性的一種添加劑，主要有酚類和胺類抗氧劑，其作用機制不同。酚類抗氧劑的作用機制是與鏈反應過程中產生的自由基進行反應，生成較為穩定的化學物質，從而中斷鏈反應的進行，延緩氧化速度；胺類抗氧劑是通過與氧化反應過程中生成的酸性物質反應，減少了這類化合物在潤滑脂氧化過程中的催化作用，降低氧化反應速度，進而提高潤滑脂的氧化安定性。

采用耗時較短的PDSC氧化誘導期的方法，在同一劑量條件下對不同類型的抗氧劑進行高溫抗氧化性能考察，其分析結果見表4。

表4 抗氧劑對復合鋰基潤滑脂的影響

由表4可以看出：在180 ℃的高溫條件下，胺類抗氧劑1和胺類抗氧劑2在相同劑量條件下的氧化誘導期均超過120 min；而酚類抗氧劑在相同條件下的氧化誘導期均未超過17 min，酚類抗氧劑1最長為16.3 min，酚類抗氧劑3最短為7.7 min。

胺類抗氧劑在高溫抗氧方面較酚類抗氧劑更勝一籌，但在180 ℃條件下均大于120 min，無法區分。因此，選擇相同劑量的胺類抗氧劑1和胺類抗氧劑2，考察210 ℃高溫抗氧性能、氧化壓力降和兩者的復配，其結果見表5。

表5 抗氧劑復配對復合鋰基潤滑脂的影響

由表5可以看出：胺型抗氧劑1較胺型抗氧劑2長約6 min，隨著胺型抗氧劑1與胺型抗氧劑2復配劑量的增加，氧化誘導期在劑量為B6時最長為73.1 min，在劑量為B1時最短為19.2 min；氧化壓力降在劑量為B5時最大為51.0 kPa，在劑量為B2時最小為18.4 kPa。

采用曲線圖表示兩種胺型抗氧劑不同復配劑量對氧化誘導期和氧化壓力降的影響，見圖1。

由圖1可以看出:在復合鋰基潤滑脂中加入兩種不相同的胺型抗氧劑，氧化誘導期隨兩種胺型抗氧劑劑量的增加而延長，當劑量超過B3后時間迅速延長；氧化壓力降隨兩種胺型抗氧劑劑量的增加變化較緩，當劑量超過B5后緩慢下降。

將此圖分為兩個區域，區域一即兩種胺型抗氧劑劑量小于B3，此時誘導期與壓力降的值偏小且變化緩慢，若要平衡產品氧化誘導期與氧化安定性的抗氧性能，可選擇此區域的加劑量；區域二即兩種胺型抗氧劑劑量大于B3，此時誘導期與壓力降的值偏大且變化迅速，曲線呈現不規則“X”型，若需要較佳氧化誘導期產品的高溫抗氧性能，可選擇此區域的胺型抗氧劑的劑量。

2.4 防銹劑防銹性能評價——防腐蝕性試驗法

防銹劑是能防止金屬機件生銹、延遲或限制生銹時間、減輕生銹程度的添加劑。常用在潤滑脂里的有磺酸鹽類、酯類和有機羧酸類等。因此，采用同一劑量對不同類型的防銹劑進行防腐蝕性考察，且同一加劑量均重復3批，其分析結果見表6。

由表6可以看出：防銹效果依次是硼酸酯<十二烯基丁二酸活性物，磺酸鋇<磷酸銨，磷酸酯，脂肪酸衍生物。防銹效果最好的是磷酸銨、磷酸酯和脂肪酸衍生物。據某公司臺架數據顯示，磷酸酯的 EMCOR軸承腐蝕試驗(合成海水) 為0級。因此，選取磷酸酯為防銹劑。

表6 防銹劑對復合鋰基潤滑脂的影響

2.5 多功能復合添加劑對復合鋰基潤滑脂的影響

以二硫代磷酸鹽1、胺類抗氧劑2和磷酸酯為主劑，復配多功能復合添加劑到復合鋰基礎脂中，制備出極壓、高溫抗氧、耐軸承腐蝕和磨損的復合鋰基潤滑脂，見表7。

表7 多功能復合添加劑對研制的復合鋰基潤滑脂的影響

由表7可以看出：所研制復合鋰基潤滑脂的滴點大于330 ℃，PDSC(180 ℃)為76.1 min，PB為1 079 N,PD為3 089 N，OK值為289 N，且通過了軸承腐蝕和磨損實驗。

所研制的復合鋰基潤滑脂是集極壓抗磨、抗氧和高溫使用等性能于一體的多功能復合鋰基潤滑脂。

2.6 應用

某車橋有限公司在較寒冷地區(冬季平均氣溫低于-25 ℃)的車橋上使用了此潤滑脂。結果表明：所研制的復合鋰基潤滑脂產品使用效果良好，且可以替代國外某系列潤滑脂產品。

3 結論

(1)以合成油為基礎油，采用三重攪拌刮壁壓力容器制備兩組分復合鋰基潤滑脂的方法，可獲得延長工作錐入度變化率(10萬次)、滴點和鋼網分油較佳的復合鋰基礎脂。

(2)二硫代磷酸鹽作為極壓抗磨劑、胺類抗氧劑作為抗氧劑和磷酸酯作為防銹劑在采用合成油制備的復合鋰基礎脂中的極壓抗磨效果、抗氧效果和防銹效果較佳。

(3)采用二硫代磷酸鹽1、胺類抗氧劑2和磷酸酯為主劑，復配多功能復合添加劑到復合鋰基礎脂中，可制備出極壓、高溫抗氧、耐軸承腐蝕和磨損的復合鋰基潤滑脂，且在較寒冷地區(冬季平均氣溫低于-25 ℃)的車橋上效果良好。

【1】 朱廷彬.潤滑脂技術大全[M].北京：中國石化出版社，2005:244-245.

【2】 俸顥，毛大恒，劉巧紅,等.極壓抗磨添加劑在復合鋰基潤滑脂中作用的研究[J].潤滑與密封，2006(9):55-57.

【3】 毛大恒,孫曉亞.提高高溫復合鋰基脂滴點的機理研究[J].南方金屬，2006(2)：21-24.

【4】 蔣明俊，郭小川，董浚修,等.復合鋰基脂的研究[J].潤滑與密封，2000(5)：25-28.

【5】 朱廷彬.潤滑脂技術大全[M].北京：中國石化出版社，2005:276-279.

【6】 朱廷彬.潤滑脂技術大全[M].北京：中國石化出版社，2005:227-228.

【7】 油清志.鋰在潤滑脂中的應用[J].世界有色金屬，1998(2).

DevelopmentofaMultifunctionLithiumComplexGrease

MA Li, ZHOU Yuan

(Petro China Lanzhou Lube Oil R & D Institute, Lanzhou Gansu 730060,China)

2014-03-31

馬麗(1981—)，女，工程師，主要從事潤滑脂研究與開發工作。E-mail：mali_rhy@petrochina.com.cn。