浅谈润滑油金属清净剂钙盐的抗磨作用概述

润滑油金属清净剂（钙盐）的抗磨作用概述

2001年2月

Fleb2001

润滑油

Lubricatingo丑

第16卷第1期

v0l16.No.1

文章鳙号:i002.3119(2001)01.0053.05

)的抗磨作用概述润滑油金属清净剂(钙盐

李群芳,姚文钊,付兴国

(中国石油天然气股份有限公司润滑油研究开发中心兰州分部,甘肃兰州730060) 摘要:以磺馥钙为倒.论述了润蒲油金属清净剂的抗磨机理,同时列举了几种经

过

改性的金属漪净剂,证明其抗磨

能力有明显的提高,由此璜测了抗磨型金属漪净剂的发展前景. 关键调:润滑油;盒?{I净剂;囊醴钙;抗?性;发最

中囝分赛号:TF~24.82文献标识码:A

1前言

金属清净剂是各种内燃机油的重要添加剂,它

主要包括磺酸盐,硫化烷基酚盐,烷基水杨酸盐,环

烷酸盐,硫磷酸盐及其他羧酸盐,其中前三种占绝大

多数.它的出现和发展带动了整个润滑油添加剂的

生产,使之成为现代石油化学工业中的一个重要分

支.

根据5O年代以来开展的大量研究,证实各种清

净剂都在不同程度上具有清净作用,酸中和作用,增

溶作用和抗氧抗腐作用,因而能够抑制或减少各种

内燃机油沉积物的生成….近年来在研究金属清

净剂的性能特点时.我们注意到许多文献对金属清净剂(主要是磺酸钙)的抗磨性能进行了比较深入的研究.昔遍认为[2-s]在内燃机油中传统清净剂载荷胶团中的碳酸钙起着一定的抗磨作用.然而这种抗磨作用是有限的.只有在对传统清净剂进行改性后(如硼化,硫化)[9-16].才能明显提高其抗磨能力. 近年来.齿轮油及工业用油领域采用各种金属清净剂为原料进行硫磷化,硼化制备新的极压抗磨剂成

为硫化烯烃的代用品或利用磺酸盐作为惰性极压抗磨剂(PEP)[17]都取得了较好的效果.这说明传统清净剂的抗磨性能还有很大潜力.在合成金属清净剂时如果进行有目的的改性.将制备出同时具有良好清净性和抗磨性的抗磨型金属清净剂Its]. 2磺酸盐的抗磨作用

2.1磺酸盐作为惰性极压剂的扰嘉作用

传统的金属加工渣中通常加入含S,P,C1的极压抗磨剂具有较好的润滑性,但

毒性较大.随着各国环境保护和工人健康保护法规的施行,需要一种替代含

S,P,C1的添加剂.在研究过程中发现:碱性磺酸盐<包括Ca,Ba,Na)可用做清净分散剂,中性磺酸盐可用做防锈剂,在金属切削过程中.同样可具有极压抗磨作用,其效果不亚于含S,P,C1的极压抗磨剂,这种极压抗磨剂称为惰性极压抗磨剂(PI). 根据使用要求.这类磺酸盐的分子量,烷基链长短与支链度,芳基的性质,阳离子,碱值,稀释剂有所差别,因此可以分为不同的品种牌号_1. 关于油溶性磺酸盐的极压

抗磨机理的研究比较深入,论点的侧重面各有不同.A.T.Riga[19]在实验室利用热重分析仪使氧化铁升温后,模拟铁表面

高温摩擦区,观察在氧气存在下.氧化铁与磺酸盐在 500?以下及500,1000?之间的化学反应变化. 结果表明:碱金属与碱土金属氧化物均与氧化铁 (Fb)发生了反应.但反应过程各不相同.500?

时热重残渣中N~C03和CaC03占多数,说明这些组分可在边界润滑中起作用,

在较高金属加工温度下成为有效组分.而Mgc在低于500?时就分解了,不能在较

宽范围内起到有效润滑作用.1000 ?时钠铁氧悻(N~eOz)和钙铁氧悻(CaFe3)成为多数,说明Na2C03和CaC03在高温下与氧化铁反应生成相应的化合物.因而具有极压抗磨作用. 由于?G在580?时在氧化铁表面熔化.由

固相转化为液相,润湿氧化铁表面,然后在880?分收稿日期:2oo(I一03—17.

作者俺舟j李群芳(1974一),女,助理工程席,1996年毕业千太连理工太学化

工学院有机化工系.现从事橱持泊艟加荆的研究工作.

润滑j由2001年第16卷

解;而CaCCh在分解前无相转移过程.因而Na2CC~ 与氧化铁表面的物理化学接

触更有效.所以Na,Ca, Mg的碳酸盐形成铁氧体的活性顾序为:Na>Ca>

Mg.

张建荣等3t20对过碱度石油磺酸钙极压性

能的解释侧重于对CaCO3的结构研究.他们认为金属之间的摩擦可使摩擦表面产生局部高温.从而使高碱值石油磺酸钙释放出Ca0.在摩擦表面形成CaCO3沉积保护膜,因而高碱值磺酸钙都有一定的极压性能,但差别较大.CaCO3的结构是影响其极压性能的重要因素,CaCO~为方解石晶体时.能在

摩擦表面形成较厚的含CaC的保护膜,极压性能较好;CaCO~为无定形时,在摩

擦表面形成较薄的含 CaCO~的保护膜,极压性能较差.另外,高碱值石油磺酸钙在摩擦表面形成的保护膜中含有CaCOz和铁的氧化物.

另外,J.M.Cahoon[22-矧等人对高碱值磺酸盐的金属种类,有机基团的结构和

碳酸盐的量及颗粒大小等因素对润滑性能的影响进行了研究,在此不一一赘述.

总之,磺酸盐作为惰性极压剂可以减小摩擦,防止熔结,还可以中和酸性污染物.对金属不产生腐蚀,同时不造成环境污染,是一种具有发展前景的极压抗磨剂.

2.2内燃机油中磺酸钙的抗磨行为

磺酸盐除了近年来被发现作为惰性极压荆具有良好的极压抗磨效果外,长期以

来一直作为内燃机油金属清净荆而被广泛研究使用.众所周知,磺酸盐在内燃机油中的主要作用是高温清净性,酸中和能力,低温分散性和抗腐防锈性.另外在内燃机的发动机,曲轴箱,阀系,轮船汽缸等较为缓和的摩擦区也起到了一定的抗磨作用.

所谓"缓和摩擦区"(mildregion)的抗磨作用是相对于极压条件而言的,是指内

燃机油中磺酸盐作为金属清净剂在正常的使用条件下所起的抗磨作用.关于内燃

机油中磺酸钙的抗磨机理似乎达成了共识[z-sl,其中最具有代表性的是

S.Glasson【3的研究结论.他用SmallAngleX-rayScatteringTech— nique(SAXS)测定了润滑油中过碱度烷基苯磺酸钙

粒子的大小及相互间作用.在旋转摩擦计(1otative tfibometer)上进行摩擦实验.结果表明.在摩擦条件下,随着粘性沉积膜的形成,摩擦力减小.根据不同的分

析发现,摩擦表面的粘性沉积是由更多的胶柬粒子组成的.这些粒子与原来瀑加剂

中的胶束粒子结构有所不同,磺酸钙烷基链在摩擦时被剪切掉. 其主要成分是CaCOz.用WideAngteX.rayScat.