二烷基二硫代氨基甲酸鉬的摩擦性能研究

熊晶+等

摘要：利用四球機、SRV摩擦磨損試驗等方法考察了二烷基二硫代氨基甲酸鉬在基礎油和全配方汽油機油中的減摩性能，并對其減摩機理進行了探討。結果表明： 二烷基二硫代氨基甲酸鉬能有效降低基礎油和成品汽油機油的摩擦系數，具有優異的減摩性能。

[HT5”H]關鍵詞：二烷基二硫代氨基甲酸鉬；SRV摩擦磨損實驗；減摩性能

[HT5”H]中圖分類號：TE6282文獻標識碼：

Study of Tribological Behavior of olybdenum Dialkyldithiocarbamate （oDTC）

XIONG Jing WEI Wen-yu2； JING Ying-ying CHENG Liang LI Peng ZHNG Dong-heng1

（1PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute， Dalian 11603 China； 2PetroChina Lubricant Company， Beijing 100028， China）

bstract：The friction-reducing properties of base oil and fully formulated gasoline engine oils with molybdenum dialkyldithiocarbamate （oDTC） were investigated through four-ball test and SRV friction-wear test and the friction-reducing mechanism was also studied The results showed that oDTC can reduce coefficient of frictions when it is used both in

base oil and fully formulated gasoline engine oils， and exhibits excellent friction-reducing capability

Key words：oDTC； SRV friction-wear test； friction-reducing property

0引言

減少排放、降耗節能已經成為推動汽車工業技術發展的直接動力。隨著石油資源的日益稀缺，汽車的燃油經濟性已經成為國際關注的問題，而有效減低燃油消耗已經成為汽車制造和相關產業需要解決的問題。改進汽車設計、駕駛習慣以及改善燃料油的燃燒狀態都能提高燃油經濟性；另一方面，降低發動機中各部件之間的摩擦損失，從潤滑的角度降低摩擦內耗提高能量利用率而達到節能的效果也是研究的熱門問題[1]。據統計，約有20%～25%的汽車燃料釋放的能量消耗在發動機零部件的摩擦[2]。通常，減低發動機零部件之間的摩擦主要是通過改進潤滑油的性能實現的，主要途徑包括降低油品黏度以及添加一定量的摩擦改進劑。通常在流體潤滑條件下，潤滑油的黏度越低、黏度指數越高，則其燃油經濟性越好；在邊界潤滑和混合潤滑區域，通常通過加入摩擦改進劑與金屬表面發生物理或化學反應吸附在金屬表面形成保護膜，從而降低摩擦表面的摩擦系數，實現節省燃料的目的。

二烷基二硫代氨基甲酸鉬（oDTC）作為一種新型的摩擦改進劑，具有較好的油溶性、突出的減摩性、抗氧化性、高溫穩定性以及不含磷元素，因而受到廣泛關注[3-]。oDTC的減摩作用目前一般被認為是金屬的選擇性遷移。在潤滑過程中oDTC在摩擦表面微凸體頂分解出oS2、oO2、oS3、oO3等產物進入涂層表面形成易剪切的金屬膜，有些產物聚集在表面的微凹谷內從而使摩擦表面更光滑，故能持久有效地減小摩擦系數。本文考察了oDTC在基礎油和成品油中的摩擦性能，并對摩擦表面的形貌進行了研究，結果顯示oDTC在基礎油和成品汽油機油中均具有很好的減摩性能，能明顯改善摩擦表面的擦傷和劃痕；同時，對oDTC銅片腐蝕及抗氧性能也進行了研究。二烷基二硫代氨基甲酸鉬的結構見圖1。

1試驗部分

11基礎油和添加劑

試驗選用的基礎油為大連石化的HVI150SN I類基礎油；成品油分別選取SL 10W-30、S 10W-0、SN 0W-0三種不同黏度級別的產品；oDTC選取太平洋聯合（北京）石油化工有限公司長鏈型poupc-1002（o含量102%；S含量107%）。參照文獻[5]，優選oDTC的添加量為07%（質量分數，下同）。

12儀器和設備

紅外測試在Nicolet6700測試儀上進行。

最大無卡咬負荷PB、燒結負荷PD值分別采用四球機承載能力測試方法GB/T 312-198長磨測試采用SH/T 0189-1992。

2結果與討論

21紅外分析

圖2中2923 cm-1和2856 cm-1分別對應甲基的不對稱伸縮振動和對稱伸縮振動，1521 cm-1的強吸收為C=S雙鍵的伸縮振動特征吸收峰，1380 cm-1和162 cm-1分別為甲基的對稱變形振動和亞甲基的剪式振動，1155 cm-1為C-N鍵的伸縮振動，972 cm-1為o=O（S）特征吸收峰。紅外分析的結果與oDTC主體結構基本對應。

四球實驗

PB、PD測試結果如表含有07%oDTC的基礎油最大無卡咬負荷PB值和燒結負荷PD值均有一定幅度的提高，特別對于成品油SN 5W-0，加入oDTC后PD值增加了近500 N，推測為oDTC與成品油中的抗磨劑（如ZDDP）協和作用的結果[6]。摩擦表面的掃描電鏡圖分別如圖3和圖，可以發現加入oDTC后摩擦表面狀態均有較大改善：磨斑直徑降低的同時劃痕明顯變淺，顯示了oDTC良好的減摩性質。

22減摩性能結果

222摩擦系數

以150SN為基礎油，通過SRV（5707方法，載荷為200 N，溫度50 ℃，時間2 h，行程為1 mm，頻率50Hz）測定摩擦系數的變化，結果見圖5。其中基礎油150SN的摩擦系數較大，基本維持在018附近，而加入07%oDTC后摩擦系數明顯降至011左右且保持基本穩定，表面形貌如圖6，可以看出未加oDTC表面磨痕寬且明顯，而加入oDTC后磨痕寬度從799 μm減小至2895 μm，減摩作用非常明顯。

鑒于150SN+oDTC在 D5707方法磨痕寬度較小，成品油中的對比測試方法改為自建方法：載荷增大至00 N，溫度50 ℃，時間5 min，行程為15 mm，頻率50 Hz。三種成品油加入oDTC后，經過一段時間的磨合，oDTC與摩擦表面作用形成穩定的保護膜，使摩擦表面光滑并且持久有效地降低摩擦系數，如圖7所示。三種配方表現的結果均相同，摩擦系數降低非常明顯，從接近012左右下降至00左右，說明oDTC在不同配方的適應性能較好。同時，從掃描電鏡圖8和圖9也可以發現加入oDTC后磨斑表面較為平整，犁溝也很淺，磨損明顯減輕。

能譜分析

使用EDX能譜對四球長時間磨損后磨斑表面進行表面元素分析，獲得膜層表面元素對比見表2。膜層中檢測到C、N、O、Fe、S、Si、o、Cr等元素的存在，其中Si、Fe和Cr 來自鋼球本身， S和o元素來自于潤滑油。通過對比發現加入了oDTC后磨斑表面的S和o的含量明顯增多，而氧元素的含量沒有太明顯變化，推測oDTC分解后主要形成的是鉬硫化合物形成復合邊界潤滑膜，從而有效提高減摩抗磨作用。在SN 5W-0成品油的磨斑表面發現有116%質量分數的鉬，明顯高于基礎油150SN中鉬含量，說明在SN 5W-0成品配方中已經加入過鉬的化合物。見圖10、圖11。

22抗氧及腐蝕性能研究

oDTC的抗氧及腐蝕性能研究分別通過SH/T 0719-2002和GB/T 5096-1985進行，結果如表3。兩種成品油的氧化誘導期在加入oDTC后均有所提高，特別是SN 5W-0提高較明顯，結合參考文獻[7]推斷氧化誘導期提高是oDTC與芳胺類抗氧劑協同作用的結果。

在基礎油中加入oDTC后銅片腐蝕的級別從1a變為3b，說明oDTC中硫為活性硫。具有一定的腐蝕性。而在成品油中，銅片腐蝕結果均為1a，應該是成品油中含有腐蝕抑制劑阻止了活性硫的腐蝕。建議在配方設計中應注意考察oDTC中活性硫的影響。

3結論

（1）二烷基二硫代氨基甲酸鉬能有效降低基礎油和成品油的摩擦系數，具有優異的減摩性能；

（2）二烷基二硫代氨基甲酸鉬的減摩機理可能歸結其在摩擦表面分解成鉬硫化合物形成的保護膜；

（3）二烷基二硫代氨基甲酸鉬具有抗氧協同作用，同時含有活性硫，應注意考察其對銅片的腐蝕問題。

參考文獻：

[1]Johnson ，Jensen R， Korcek S dditive Interactions and Depletion Processes in Fuel Efficient Engine Oils[C]∥SE Technical Paper 97191997

[2] 余磊，水琳，張春輝，等 “節能型”內燃機油及其市場發展趨勢[J] 現代零部件，2007，5（8）：0-2

[3] 張文鉦，歸青愛 有機鉬添加劑研發進展[J] 潤滑油，2005，20（1）：3-38

[4] 蔣麗娟，王澎濤，李來平，等 二烷基二硫代氨基甲酸鉬[LQ]添加劑的研發進展[J] 潤滑油，20126（5）：23-27

[5] 許金山， 雷凌，朱和菊 oDTC對SN 0W-20汽油機油摩擦性能的影響[J] 石油商技，2032（3）：30-33

[6] 劉金亮， 李琪， 夏延秋 油溶性有機鉬與二烷基二硫代磷酸鋅（ZnDDP）在酯類油中的協同抗磨減摩性能及機理研究[J] 摩擦學學報，2009，29（1）：5-9

[7] 胡建強，謝鳳，姚俊兵 二烷基二硫代氨基甲酸鉬與芳胺抗氧劑的協同效應[J] 石化技術與應用，2006，2（5）：372-37