添加剂对脲基润滑脂极压抗磨性能的影响_脲基润滑脂

　　摘要：选择同一类型不同粘度的基础油，相同种类和含量的稠化剂，制备脲基润滑脂，分别加入3%的含磷添加剂，比较了基础脂之间和加入添加剂后脲基润滑脂极压抗磨性能的变化，说明基础油的粘度对添加剂在润滑脂作用效果的影响。试验看出：基础油粘度对添加剂发挥极压抗磨性能有很大影响，适当提高基础油粘度，有助于提高润滑脂的极压抗磨性能；含磷剂是一种有效的极压抗磨添加剂，在不同粘度基础油制成的脲基润滑脂中，对抗磨性能均表现出增效的作用。
　　关键词：基础油；粘度；润滑脂；添加剂；极压抗磨
　　中图分类号：TE624.82 文献标识码：A
　　
　　0 前言
　　
　　脲基润滑脂是一种以有机化合物为稠化剂的润滑脂, 具有热稳定性好、抗氧化性强等特性。
　　加入极压抗磨添加剂，对于提高脲基润滑脂承载能力，减少磨损有着非常重要的作用，尽管如此，占脂组成65%以上的基础油对添加剂在脲基润滑脂中发挥极压抗磨作用有不可忽视的影响。目前，绝大多数的研究都集中在比较添加剂在脲基润滑脂中的极压抗磨作用［1］，但却忽略了基础油粘度对添加剂在脲基润滑脂中发挥极压抗磨作用的影响。
　　本文中，研究了3%含磷添加剂在脲基润滑脂（这些润滑脂的差别仅在于基础油的粘度不同）中的极压抗磨作用。通过对摩擦副表面形貌及磷元素含量的分析，阐明了基础油粘度影响含磷添加剂在脲基润滑脂中发挥极压抗磨作用的规律。
　　
　　1 试验部分
　　
　　1.1 润滑脂的制备
　　为考察基础油粘度对脲基润滑脂极压抗磨性能及添加剂作用的影响，采用不同粘度的聚α-烯烃油（EXXON MOBIL公司生产）制备脲基润滑脂，具体的制备过程［2］是在反应釜中加入约2/3的基础油，剩余油用于溶化异氰酸酯，在釜中加入脂肪胺和芳香胺，加热搅拌使其完全溶化，然后加入溶化的异氰酸酯，快速搅拌使其完全反应，然后逐渐降低搅拌速度，恒温20～30 min，反应物经过研磨制得基础脂备用。润滑脂所选用的基础油性能见表1。
　　1.2 润滑脂极压抗磨性能试验
　　在本文中，润滑脂的极压性能和抗磨性能试验分别采用SH/T 0202（润滑脂极压性能测定法(四球机法)）和SH/T 0204（润滑脂抗磨性能测定法(四球机法)），钢球直径为12.7 mm，洛氏硬度为HRC64～66。抗磨性能的试验条件为392 N、60 min、1200 r/min。
　　1.3 含磷添加剂
　　所采用的含磷添加剂为亚磷酸二正丁酯（T304），产地为山东淄博化工厂，其结构式如下：
　　
　　2 结果与讨论
　　
　　2.1 脲基润滑脂基础脂的极压抗磨性能
　　不同粘度基础油脲基润滑脂的极压抗磨性能分析见图1。
　　从图1中可看出，随着基础油粘度的增加，脲基润滑脂的最大无卡咬负荷PB值呈现逐渐增加的趋势(从441 N增加至834 N)，烧结负荷PD值由1177 N增加至1236 N，磨损直径d值基本没有变化。
　　图1 不同粘度基础油的脲基润滑脂的极压抗磨性能
　　2.2 基础油粘度对含磷添加剂在脲基润滑脂中极压性能的影响
　　分别在脲基润滑脂中加入3%的含磷添加剂，试验结果见图2、图3。
　　图2 脲基润滑脂的PB值随粘度变化规律
　　图3 脲基润滑脂的PD值随粘度变化规律
　　从图2、图3中可以看出，与基础脂相比，加入含磷添加剂后，脲基润滑脂的PB值和PD值有很大提高，含磷添加剂的作用效果与基础油粘度有一定关系，图2显示，与基础脂相比，加入T304后脲基润滑脂的PB值是基础脂的2倍，当基础油100 ℃粘度达到40 mm2/s，PB值增长趋势变慢，最高值接近2000 N；图3显示，与基础脂相比，加入T304后脲基润滑脂的PD值是基础脂约2倍，而基础油的粘度≥10 mm2/s时，PD值达到最大值2453 N。
　　2.3 添加剂对润滑脂抗磨性能的影响
　　基础油粘度对含磷添加剂改善脲基润滑脂抗磨性能的影响见图4，表2列出了不同样品的磨斑表面磷元素含量。
　　图4 脲基润滑脂的磨损直径�d�值随粘度变化的规律
　　图5 样品1的磨斑
　　图6 样品2的磨斑
　　图7 样品3的磨斑
　　图8 样品4的磨斑
　　图9 样品5的磨斑
　　表2 不同粘度基础油样品对应的磨斑表面磷元素含量
　　样品编号样品1样品2样品3样品4样品5
　　基础油粘度(100℃)/mm2・s�-1�5.85.89.940106
　　磷含量，%02.692.812.973.08
　　磨斑直径/mm0.600.50.470.450.40
　　
　　从图4中看出，加入含磷添加剂后，随着基础油粘度的增加，脲基润滑脂的磨损直径不断减小，最小值达到0.4 mm左右，与基础脂相比�d�值减少0.1～0.2 mm。
　　图5～图9是不同样品的磨痕照片，从磨斑图中看出，样品1(未加添加剂)和样品2的磨斑出现较明显的犁沟，随着基础油粘度的增加，样品3～5的磨痕逐渐平滑，犁沟变浅。说明基础油粘度越高，含磷添加剂改善脲基润滑脂抗磨作用越明显，对比磨斑中磷含量的分析（见表2），其中磷元素的含量是通过扫描电子显微镜（SEM）进行分析的，从而说明基础油粘度的增加对摩擦表面磷的吸附有促进作用，而摩擦表面磷元素含量增加，相对应的磨损直径呈现下降趋势。
　　2.4 基础油的粘度对润滑脂极压抗磨性能影响的作用机理
　　在实际润滑过程中，润滑脂起到维持油膜、防止摩擦副直接接触、降低磨损等作用，但随着润滑条件的变化，摩擦副之间的润滑状态也在发生变化，图10是润滑油膜随压力增加而变化的示意图，说明负荷越大，摩擦副间的油膜越薄。
　　图10 钢球间润滑脂膜随压力增加而变化的情况
　　图11 载荷与油膜厚度关系
　　从图10可看出，初始状态时，润滑脂在钢球间形成一层膜，润滑形式为充分润滑，随着钢球接触压力的逐渐增加，钢球间的润滑脂膜也逐渐变薄，钢球表面的摩擦温度越来越高，其润滑形式由全膜润滑变成乏油润滑甚至干摩擦，随着接触压力和钢球温度的进一步增加，润滑油膜达到极限并发生破裂，钢球直接发生接触，由于高温作用发生烧结。
　　图11显示不同粘度的油膜厚度随载荷的变化情况，可以看出，随着载荷的增加，油膜厚度逐渐降低，在负荷相同的条件下，基础油粘度越大，在摩擦副之间的油膜越厚。
　　因此，要想使润滑脂具有一定的承载能力，就必须维持一定的油膜厚度，使得钢球不发生直接接触，而影响润滑脂油膜厚度的因素有很多。Hamrock-Dowson［3］提出的油膜计算公式(1)，从中看出，包括润滑剂粘度、润滑材料、测试条件（转速、载荷等），均会影响油膜厚度，对本试验而言，只有基础油粘度不同，可以将公式(1)简化为公式(2)，其中�C、D、σ、n�均为固定值，合并为系数K，说明油膜厚度只与基础油粘度相关，粘度越大，相应的油膜厚度也越厚。
　　�λ=h���min��σ=CD（ηn）�0.74�σ(1)�
　　�λ=Kη�0.74�(2)�
　　其中：�λ――相对油膜厚度；
　　h���min�――最小油膜厚度,μm；
　　�K――与试验条件相关的一系列系数；
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　η――润滑脂基础油粘度�,mm2/s；
　　�C、D――与试验钢球相关的系数；
　　σ�――钢球的粗糙度，μm；
　　�n�――钢球转速,r/min。
　　
　　3 结论
　　
　　(1)基础油粘度对添加剂发挥极压抗磨性能有很大影响，适当提高基础油粘度，有助于提高润滑脂的极压抗磨性能。
　　(2)含磷剂是一种有效的极压抗磨添加剂，在不同粘度基础油制成的脲基润滑脂中，对抗磨性能均表现出增效的作用。
　　(3)提高基础油粘度有助于添加剂作用的发挥，但作用机理需要进一步探讨。
　　
　　参考文献：
　　［1］ Yang Haining, Yao Lidan. The Influence of the EP/AW Additives on Properties of The Lubricating Grease［C］. The 2006 74�th� NLGI Annual Meeting.
　　［2］ 张澄清. 润滑脂生产［M］. 北京：中国石化出版社，2003：116-187.
　　［3］ B J Hamrock, D Dowson. Isothermal Elastohydrodynamic Lubrication of Point Contacts Part III-Fully Flooded Results［J］. Transactions of the ASME, 1977（4）：262-276.
　　
　　THE INFLUENCE OF ADDITIVE ON THE EP/AW PROPERTIES OF UREA GREASES
　　YANG Hai-ning, YAO Li-dan
　　(SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing, Beijing 100083,China)
　　Abstract:The urea greases were prepared by using the same type base oils with different viscosity and the same thickener. Then the 3% phosphorus-containing additive was added to the urea greases respectively. The change of EP/AW properties among the base greases and the greases after adding additive was compared. The results showed that the viscosity of base oil has great influence on improving the EP/AW properties of additive in grease. Raising properly the viscosity of base oil can help to increase the EP/AW properties of grease. The phosphorus-containing additive is a kind of effective EP/AW additive. In the urea greases prepared by base oils with different viscosity, the additive has good synergism on the anti-wear property.
　　Key Words:base oil; viscosity; grease; additive; extreme pressure & anti-wear
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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