鉬酸銨潤滑添加劑的摩擦學性能研究

張玉偉，丁　旭，孫麗華，駱　梅，王　雪

(貴州大學機械工程學院，貴州　貴陽　550025)

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鉬酸銨潤滑添加劑的摩擦學性能研究

張玉偉，丁旭，孫麗華，駱梅，王雪

(貴州大學機械工程學院，貴州貴陽550025)

采用硅烷(KH550)和鋁鋯兩種偶聯劑對鉬酸銨進行表面修飾。將含修飾的鉬酸銨潤滑油在四球摩擦磨損試驗機上研究其摩擦磨損性能。研究顯示：含鋁鋯和硅烷修飾的鉬酸銨基礎油的減摩性能不明顯，但具有較好的抗磨效果,其中鋁鋯修飾的鉬酸銨抗磨性能更佳；在長磨實驗中，質量分數為0.2%的鉬酸銨潤滑油與基礎油相比，磨斑直徑降低約22%；在潤滑脂中鉬酸銨的質量分數為3%時有較佳的抗磨性能，鋼球的磨斑直徑較基礎脂下降約51%，抗極壓性能也有所提高。

鉬酸銨；表面修飾；潤滑添加劑；抗摩性能

潤滑添加劑是提高潤滑劑減摩抗磨性能的關鍵。近年來科研工作者在此領域做了大量的研究，并取得了很大的成果。科研工作者對鉬化物作為潤滑添加劑的摩擦學性能和機理做了大量的研究，他們一致認為含鉬化合物可顯著降低滑動金屬表面的摩擦和磨損，提高潤滑油的承載能力[1-2]。鉬酸銨含有鉬和氮元素，這兩種元素有一定的減摩抗磨特性[3-4]。謝鳳[5]提到鉬酸銨在潤滑脂中具有良好的抗磨特性，但缺乏具體研究細節。本文嘗試用鋁鋯和硅烷兩種偶聯劑對鉬酸銨進行表面修飾，并對修飾過的鉬酸銨在基礎油和鋰基潤滑脂的摩擦磨損性能進行研究。

1　實　驗

1.1實驗材料

實驗基礎油為150N,昆山信宇化學有限公司；鉬酸銨(NH4)6Mo7O24·4H2O，分析純，天津市化學試劑四廠凱達化工廠；硅烷偶聯劑(KH550)，南京曙光化工集團有限公司；鋁鋯偶聯劑，重慶市久碩工貿有限公司；稀釋溶劑無水乙醇，天津市富宇精細化工有限公司；某品牌鋰基潤滑脂，市售。

1.2實驗條件

MS-10四球摩擦磨損試驗機，廈門天機自動化有限公司；QM-3SP4行星式球磨機，南京大學儀器廠；電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；電子天平，分度值0.1 mg，奧豪斯儀器(上海)有限公司；超聲波粉碎機，寧波海曙科生超聲設備有限公司。

1.3鉬酸銨的修飾與潤滑復配體系的制備

1.3.1鉬酸銨的修飾

分別稱取1 g的硅烷偶聯劑和鋁鋯偶聯劑，配制質量分數為5%的偶聯劑乙醇溶液。再稱取兩組10 g鉬酸銨，將鉬酸銨和配置好的偶聯劑溶液及球磨用球裝入球磨罐中，混合球磨 5 h 取出后，放到干燥箱烘干。將烘干的鉬酸銨放到研缽中研磨30 min，即制得鋁鋯偶聯劑表面修飾的樣品A及硅烷偶聯劑表面修飾的樣品B。

1.3.2潤滑油復配體系的制備

用電子天平稱取相應的A、B兩種實驗樣品直接放入瑪瑙罐中，加入相應的150N基礎油，分別制備出濃度為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%的A、B兩種系列的潤滑油復配體系。為進一步提高上述制備的潤滑復配體系的分散性，先球磨30 min，再用超聲波分散儀分散10 min，緊接著進行后續的四球機摩擦實驗。

1.3.3潤滑脂復配體系的制備

重復1.3.1制備過程，再分別制備含鉬酸銨(鋁鋯修飾)質量分數為0%、1%、2%、3%、4%、5%的鋰基潤滑脂復配體系。為使鉬酸胺在鋰基脂中分散均勻，在燒杯中用60 ℃左右的石油醚按3:1比例將鋰基潤滑脂稀釋，用玻璃棒手動攪拌、球磨分散均勻后，再置于80 ℃干燥箱中，使石油醚揮發完全，制備出上述六種不同質量分數的鉬酸銨鋰基潤滑脂。

2　結果與討論

2.1兩種偶聯劑修飾過的鉬酸銨在基礎油中的摩擦磨損性能

圖1　長磨條件下鋼球在潤滑油中磨斑直徑Fig.1　grinding spot diameter of steel ball in lubricating oil under the condition of long wear

圖1給出了鉬酸銨濃度對鋼球磨斑直徑影響狀況。從圖1可以看出，硅烷和鋁鋯兩種偶聯劑修飾的鉬酸銨都能夠提高基礎油的抗磨性能。鉬酸銨的添加量為0%～0.2%時，鋼球的磨斑直徑減小趨勢明顯，添加量大于0.2%時變化趨勢平緩，其中樣品B的濃度為0.2%時，與基礎油相比，磨斑直徑減小了18.1%；而A樣品抗磨效果更佳，鋼球的磨斑直徑降低了22.3%。

圖2　長磨條件下鉬酸銨濃度對潤滑油摩擦系數的影響Fig.2　The effect of ammonium molybdate concentration under the conditions of the lubricating oil friction coefficient under the condition of long grinding

圖2表示樣品A的濃度對潤滑油摩擦系數的影響曲線。鉬酸銨的添加量從0.05%～0.2%時，潤滑油的摩擦系數呈略微下降的趨勢，但當鉬酸銨的濃度超過0.2%時，潤滑油的摩擦系數會明顯增大，這可能是由于鉬酸銨的濃度過大，致使鉬酸銨粒子團聚，從而增大了摩擦副間的摩擦系數。

雖然對鉬酸銨的表面處理取得了一定的進展，但潤滑復配體系分散性能仍然較差。將含0.2%的鉬酸銨潤滑油復配體系靜止3 h以上時，會有沉淀產生，為此在初步探究中鉬酸銨的質量分數只能到0.3%左右。這些也正是鉬酸銨應用于低粘度潤滑油有待解決的問題。

2.2鉬酸銨在潤滑脂中的摩擦磨損性能

圖3表示不同質量分數鋁鋯偶聯劑修飾的鉬酸銨添加到鋰基潤滑脂中對鋼球磨斑直徑的影響狀況。可以看出在鋰基脂中加入鉬酸銨后，基礎脂的抗磨性能有明顯提高。質量分數在1%～3%時，磨斑直徑明顯減小，當鉬酸銨質量分數大于3%時，磨斑直徑減小量趨于平緩。總的來說，鉬酸銨在潤滑脂中有良好的抗磨性能，濃度為3%時鋼球的磨斑直徑減小了51.5%。

圖3　長磨條件下鋼球在潤滑脂中磨斑直徑Fig.3　grinding spot diameter of steel ball in lubricating grease under the condition of long grinding

圖4　長磨條件下鉬酸銨濃度對潤滑脂摩擦系數的影響Fig.4　The effect of ammonium molybdate concentration on the friction coefficient of lubricating grease under the condition of long grinding

圖4為鉬酸銨的添加量對潤滑脂摩擦系數影響曲線。由圖4可以看出隨著鉬酸銨濃度的增加，摩擦系數先減小后增大。這可能是因為隨著添加劑含量的增加，添加劑在鋼球摩擦表面形成的保護膜趨于完整，使摩擦系數降低；當鉬酸銨含量為過高時，過量的鉬酸銨影響了潤滑脂的粘度性能，從而導致摩擦系數略有上升。

圖5　鉬酸銨濃度對基礎脂PB值的影響Fig.5　Effect of ammonium molybdate concentration on the PB value of the base grease

圖6　鉬酸銨濃度對基礎脂PD值的影響Fig.6　Effect of ammonium molybdate concentration on the PD value of the base grease

圖5和圖6所示為鉬酸銨的濃度對潤滑脂抗極壓性能的影響曲線。由圖5和圖6可知，當鉬酸銨的質量分數為2%時，潤滑脂的PB值和PD值達到最佳。其減摩抗磨的原因可能是超微鉬酸胺粒子的滾動支撐作用以及在摩擦面形成Mo、N、Fe、Gr的復合減摩膜的緣故[3-4]

3　結　論

(1)用硅烷和鋁鋯兩種偶聯劑修飾過的鉬酸銨潤滑油對鋼/鋼摩擦副具有一定的抗磨性能，鉬酸胺質量分數在0.2%時效果最佳。其中鋁鋯修飾的鉬酸銨在長磨試驗中與基礎油相比，磨斑直徑降低了22.3%；硅烷偶聯劑修飾的鉬酸銨，磨斑直徑減小了18.1%。但修飾的鉬酸銨分散穩定性仍然不夠理想，添加量不能過多。

(2)鉬酸銨在潤滑脂沒有分散穩定性問題，其合適的添加量可明顯提高潤滑脂的抗磨性能；其作為較高粘度潤滑脂的抗磨添加劑的意義明顯好于粘度低的潤滑油。鉬酸銨的添加量為3%左右時，潤基脂的抗磨性能較佳，鋼球直徑減小了51.5%；同時當添加量為2%時，基礎脂的抗極壓特性較佳。

[1]郭志光,顧卡麗,徐建生,等.有機鉬及其復合納米潤滑添加劑的摩擦磨損性能的研究[J].摩擦學報,2005,25(4):317-320.

[2]邵毅，陳國需，程鵬等.油溶性有機鉬的發展和研究現狀[J].材料導報,2015,29(11):87-91.

[3]劉金亮,夏延秋.有機鉬作為摩擦改進劑的應用[J].沈陽工程學院報,2008,4(1):77-79.

[4]夏延秋.含氮化合物作為潤滑油添加劑的抗磨減摩機理研究[J].摩擦學學報,2002,22(7):302-305.

[5]謝鳳,胡利明,郝敬團.含鉬化合物在潤滑脂中的抗磨特性研究[J].潤滑油,2009,24(3):49-51.

Study on Tribological Behavior of Ammonium Molybdate Lubricant Additive

ZHANG Yu-wei, DING Xu, SUN Li-hua, LUO Mei, WANG Xue

(School of Mechanical Engineering, Guizhou University, Guizhou Guiyang 550025, China)

Ammonium molybdate were modified separately with KH550 and aluminum-zirconium coupling agent. The anti-wear and friction behavior of the base oil with modified ammonium molybdate were studied with four-ball instrument. The result showed that anti-friction reducing performance of ammonium molybdate modified separately with KH550 and aluminum-zirconium coupling agent was not obvious. But it had good wear resistance performance, ammonium molybdate modified with aluminum-zirconium coupling agent was better. Compared with base oil, the wear scar diameter was decreased by 22%, when adding amount was about 0.2%.Grease doped with 3% ammonium molybdate had better wear resistance, the wear scar diameter was increased by 51%. The extreme pressure performance was also improved.

ammonium molybdate; surface modification; lubricating additive; wear-resistant properties

張玉偉(1989-)，男，碩士研究生，主要研究方向為機械制造及其自動化。

丁旭(1963-)，男，教授，碩士生導師，主要研究表面工程、材料成形等。

O62

A

1001-9677(2016)09-0083-03