几种添加剂对水基润滑液性能的影响

础油的水平。
关键词：水基润滑液；润滑油添加剂；极压抗磨剂；葡萄糖
中图分类号：TH117.22
文献标识码：A
文章编号：1007–9289(2007)03–0026–04
Effects of Several Additives on the Properties of Water-based Lubricants
5
5
＜98 980
6
5
＜98 1568
0.63
7
5 254.8
0.33
0.90
无点蚀运行时间 t/h
被测流体
图 3 基础液中无点蚀运行时间 Fig.3 Running time of base lubricant without pitting
2.2 水乳化后的润滑性能 水乳化后在摩擦表面形成物理和化学吸附膜，
起润滑作用，减小摩擦和磨损。因此乳化液的润滑 性能通常要高于水[6]。将 5 %脂肪醇与环氧乙烷缩 合物乳化剂 O–10、O–20 和 OP–7 加入水中得到的 乳化液，其 PB、PD 提高的程度很小；如含 OP-7 的 乳化液的最大无卡咬负荷 PB 仅为 254.8 N(表 1)，所 以长磨无法在 392 N 载荷下进行，改用较低载荷 196 N 进行评定，结果如表 2 所示，摩擦因数和磨斑直 径都很大，说明其润滑性能很差，乳化剂提高水的 PB、PD 和疲劳寿命的作用都不明显。
ZHANG Jie1, WANG Cheng-biao1, GENG Zhi-yong1, WEI Dan-ping2, LIU Jia-jun
(1. School of Engineering and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083; 2.Research Institute of Petroleum Processing, SINOPEC, Beijing 100083；3. Mechanical Engineering Department, Tsinghua University, Beijing 100084)
0引言
水基润滑液被广泛用于切削、磨削、拉拔、轧 制、液压传动等金属加工过程中，具有节能、阻燃、 环保、价廉及比热和导热系数大等优点，同时具有 抗磨或极压性能差的缺点[1,2]。水基润滑液添加剂包 括表面活性剂、抗磨添加剂、防锈剂、消泡剂和抗 菌剂等，抗磨添加剂的作用是提高水基润滑液极压 抗磨性，传统的水基润滑液的制备方法是用表面活 性剂将抗磨添加剂分散到水中[3]。主要的极压抗磨 酸剂有硫化异丁烯、氯化石蜡、烷基磷酸锌胺盐、
2.3 两种不同添加剂浓度水基润滑液的性能
抗磨添加剂与金属表面作用生成一层表面反 应膜，因表面膜与基体的结合强度较高，与吸附膜 相比，抗磨性能更好[7]。因此，含硫、磷等元素的 抗磨添加剂提高水基润滑液性能的效果要高于一 般的表面活性剂。
如表 3 所示，整体上，水基润滑液的摩擦学性 能表征值较乳化液全面提高，PB、PD 的提高明显， 部分已经超过润滑油基础油，长磨的摩擦因数及磨 斑直径较小，疲劳寿命也较基础液水有成倍的增 长；同种类之间，润滑液性能的表征值的提高并不 与添加剂浓度的增加成正比，当达到一定值后，提 高很困难。
PB PD
被测流体
图 2 基础液的最大无卡咬负荷及烧结负荷 Fig.2 The maximun no-seizure load (PB) and welding load (PD) of base lubricants
28
中国表面工程
2007 年
水的基础上得到了很大提高。因此，葡萄糖溶液的 润滑性能优于水，疲劳寿命是水的 3 倍左右。
1 试验部分
1.1 润滑液的选择 试验选取了 16 种不同的溶液作为研究对象，
如表 1 所示，其中 1、2 为水基润滑液基础液，3、 4 为目前润滑油市场上应用较广的两种润滑油基础 油；5、6、7 为水加入 5 %浓度不同种类的乳化剂
第3期
张 杰等：几种添加剂对水基润滑液性能的影响
27
后得到的乳化液；8、9、10 为不同浓度同种添加剂 加入到水中形成的水基润滑液（8、9 中分别加入了 2.5 %、15 %的葡萄糖），11、12、13 为不同浓度同 种添加剂 F 和 G 加入到水中形成的水基润滑液，F 和 G 为乳化油浓缩物，含表面活性剂，不含 S、P 极压抗磨剂；14、15、16 为同浓度不同复配添加剂 加入水中形成的水基润滑液(GMOW、G406、G561 分别为乳化油浓缩物 G 与有机钼、T406、T561 添 加剂的复合物）。分别对这几组类型相似的溶液进 行试验，得出测试结果，比较其润滑性能。
第 20 卷 第 3 期 26 2007 年 6 月
中国表面工程 中CHIN国A SUR表FAC面E EN工GINE程ERING
几种添加剂对水基润滑液性能的影响
Vol.20 No.3 June.22000077年
张 杰1，王成彪1，耿志勇1，韦淡平2，刘家浚3
(1. 中国地质大学(北京)工程技术学院，北京 100083；2. 中国化工石油科学研究院，北京 100083；3. 清华大学 机械 工程系，北京 100084)
12 水 13 水
G G
1 5
14 水 GMOW
5
15 水 G406
5
16 水 G561
5
1.2 试验材料 试验采用上海钢球厂生产的Ⅱ级钢球，材料为
GCr15，直径12.7 mm，洛氏硬度64～66 HRC；疲 劳试验机采用的圆棒尺寸为φ 10×167 mm，材料为 65Mn，硬度为58～60 HRC。
Abstract: Some emulsions were prepared by adding water with emulsifier—fatty alcohol polyoxyethylene, fatty alcohol ether, and extreme-pressure antiwear additives, which contain sulfur, phosphorus or molybdenum. The tribological properties of these fluids were investigated by using a four-ball and fatigue testing machines. It has been found that the lubricating property of glucose-containing fluid was better than that of water, the addition of glucose and surfactants showed one or two orders higher sciuffing resistance than that of base fluid, the lubricants doped with sulfur, phosphorus or molybdenum containing additives increased the load carrying capacity, welding load and fatigue life significantly. Key words: water-miscible lubricant; lubricant additive; extreme-pressure and antiwear additive; glucose; fatigue
表 3 两种加入不同类型乳化油浓缩物的乳液的摩擦学性能 Table 3 Tribological properties of two types of emulsions
流体编号 浓度/% PB/N
PD /N 长磨摩擦因数 f
8
5
411.6
0.11
9
30
764.4
0.12
10
35
686
0.12
11
0.1
收稿日期：2007−03−26；修回日期：2007−03−30 作者简介：张杰(1982−)，男(汉)，湖北洪湖市人，硕士生。
磷酯有机硼化物等，这些添加剂改善了油品在高温 高载荷下抗擦伤抗磨损的性能[4,5]。文中阐述了两种 提高水基润滑液极压抗磨性能的途径：其一采用5 %葡萄糖水溶液取代水为基础液来提高水基润滑液 基体的润滑性能；其二加入乳化剂或极压抗磨剂提 高水基润滑液的极压抗磨性能。
1.3 试验方法 试验仪器为MS–10JB型四球机和PS–3疲劳试
验机，四球机的评定方法参照GB3142–82，PB、PD 评定试验条件：转速为1 500 r/min；时间为10 s；温 度为室温。长磨评定试验条件：载荷为40 kg(仅7号 介质的载荷选用20 kg)；时间为60 min；转速为1 200 r/min；温度为室温。
表 1 被测流体组成
类型 水
Table 1 Properties of test fluids
编 号
基 体
添加剂 浓度/%
1
葡萄糖溶液 2 水 葡萄糖
5
矿物油
3
4
乳化液(乳化 5 水
O-10
5
剂)
6 Fra Baidu bibliotek O-20
5
7 水 OP-7
5
8水
F
2.5
9水
F
15
10 水
F
35
乳化液(抗磨 11 水
G
0.1
添加剂)
313.6
980
12
1
833
1234.8
0.17
13
5
784
1568
0.15
注：8、9、10 为 F 添加剂，11、12、13 为 G 添加剂
长磨磨斑直径 d/mm 0.74 0.73 0.77
0.92 0.93
无点蚀运行时间/h 2.79
2.4 同浓度添加剂复配的水基润滑液的性能 单一的添加剂只在某方面提高润滑液的性能，
摘 要：将脂肪醇与环氧乙烷缩合物的乳化剂和含硫、磷、钼的极压抗磨剂加入水中，用四球机、疲劳试验机对水基
基础液、葡萄糖溶液及加剂后的水基润滑液进行了摩擦学性能的评价。结果表明，葡萄糖溶液的润滑性能优于水，乳
化液的承载能力和抗烧结能力较基础液提高了一到两级，含硫、磷和钼的水基润滑液的性能达到甚至超过了润滑油基
试验采用 5 %同种添加剂与含钼、磷、硫的添加剂 MoW、苯三唑脂肪酸胺盐 T406、噻二唑衍生物 T561 复配。如图 4 和表 4 所示，含钼、磷、硫添加剂的 水基润滑液 PB、PD 均大幅提高；长磨试验的摩擦 因数低，磨斑相对较小；疲劳寿命也得到相应的提 高，增效作用明显。
PB、PD/N
PB PD
间发生滚动摩擦，直至圆棒产生疲劳点蚀，试验机 自动跳停并记录试验时间，进行一系列试验，平均 出在此介质中圆棒发生点蚀的时间，反映出此介质 的疲劳寿命。
考虑到试验目的是初步比较几种润滑液的疲 劳寿命，且评定时间较长，介质较多，故仅把1、2、 3、6、13、14、15号介质作为评价比较对象。评定 实验条件：1、2、4号介质载荷为200 kg，6、13、 14、15号介质载荷为400 kg；转速为1 800 r/min； 温度为室温。
表 2 不同乳化剂对水的摩擦学性能的改善
Table 2 Improving effect of different emulsions on tribological
properties of water
流体 编号
浓度 /%
PB/N
PD/N
长磨摩 擦因数 f
长磨磨 斑直径 d/mm
无点蚀 运行时 间/h
PS-3疲劳试验机的原理如图1所示。在给定的 负荷下，以选定的转速旋转圆棒，使圆棒和钢球之
PB、PD/N
上锥环 钢球
下锥环
图1 疲劳试验机原理图 Fig.1 Principle scheme of fatigue testing machine
2 结果与讨论 2.1 几种润滑液基础液的试验结果
粗测了 5 %葡萄糖溶液的 PB，水、7#白油和 46#机械油的 PB、PD，如图 2 所示，水和葡萄糖溶 液的润滑性能很差，低于目前市场上应用较广的两 种基础油白油和机械油。测定了水、葡萄糖溶液和 7#白油的疲劳寿命，如图 3 所示，同工况下，水和 葡萄糖溶液的疲劳寿命不及白油；但葡萄糖溶液在
被测流体
图 4 乳液的最大无卡咬负荷及烧结负荷 Fig.4 The maximun no-seizure load(PB)and welding load (PD)of emulsions
第3期
张 杰等：几种添加剂对水基润滑液性能的影响