DMTD型极压剂与硫代磷酸钼在润滑脂中的协同表现-马艾莉

DMTD型极压剂与硫代磷酸钼在润滑脂中的协同表现

马艾莉顾敏莉姚俊兵

范德比尔特（北京）贸易有限公司

（北京丰台区科学城航丰路8号A座220室，100070）

文摘：本文采用四球实验，对DMTD二聚体、DMTD二聚体/聚醚复合物和二烷基二硫代磷酸钼添加剂在润滑脂中的极压，抗磨和减摩性能进行了评价。研究表明，DMTD类极压剂（二聚体Vanlube829及其与聚醚的复合物Vanlube 972M）在复合锂基脂、聚脲脂和复合磺酸钙基脂中均具有优秀的极压性能，能有效地提高上述三种润滑脂的烧结负荷。二烷基二硫代磷酸钼（Molyvan L）在复合锂基脂中具有优秀的减摩和抗磨性能，可以大幅度降低其长磨磨斑直径和摩擦系数；Molyvan L在复合磺酸钙基脂中，具有较好的极压性能（提高最大无卡咬负荷和烧结负荷），和优秀的减摩性能，但Molyvan L在聚脲脂中没有表现出明显的极压、抗磨和减摩性能。在复合锂基脂中，Molyvan L与Vanlube 829或Vanlube 972M复合，可以得到优秀的极压、抗磨和减摩性能；在聚脲脂中，Molyvan L与Vanlube 972M复配，可以得到优良的极压、抗磨和减摩性能；在复合磺酸钙基脂中，Molyvan L与Vanlube 829复配，可以获得非常高的烧结负荷，较小的磨斑直径和较低的摩擦系数。

关键词：润滑脂，2,5－二巯基－1,3,4－噻二唑，硫代磷酸钼，抗磨剂，减摩剂

1引言

在润滑油（脂）中使用减摩、抗磨和极压添加剂，可以在摩擦表面形成保护膜（吸附或反应膜），从而阻止金属间的直接接触，起到抗磨和抗极压的作用。2,5－二巯基－1,3,4－噻二唑（2,5-dimercapto- 1,3,4-thiadiazole, DMTD）类衍生物一般是作为润滑油脂的金属钝化剂使用的，如Vanderbilt Chemicals, LLC公司的Cuvan® 826，Cuvan® 484和国产T561添加剂。这类添加剂还具有抗氧和抗磨性能，在油品中的应用比较广泛。例如，此类添加剂用于内燃机油中，能使汽油机油的氧化安定性得到显著改善；应用于抗磨液压油中，能发挥很好的抗铜片腐蚀作用，使抗磨液压油顺利通过水解安定性实验[1]。由于DMTD中高的硫含量，其衍生物也有作为极压添加剂的潜能，研究表明，DMTD的二聚体、DMTD 二聚体与聚醚的复合物具有优秀的极压性能，是一新型的润滑脂高性能极压剂。这类DMTD型极压剂还具有金属钝化、抗氧化等DMTD结构本身所固有的性能，克服了传统极压添加剂导致油品抗氧化性能降低、铜片腐蚀严重的局限性[2-8]。

DMTD二聚体（Vanderbilt Chemicals, LLC公司的Vanlube® 829）的化学结构式如下：

该固体添加剂在四球实验中表现出优秀的抗烧结性能[2, 9]。在四球实验中，大多数基础润滑脂的烧结负荷在126公斤和160公斤之间，但2.0%的DMTD二聚物可使润滑脂的烧结负荷提高到250～400

公斤。当DMTD二聚物（V anlube 829）的添加浓度达到3.0%时，烧结负荷可以达到620公斤。在有些润滑脂中，利用DMTD二聚物，甚至可以使润滑脂的烧结负荷提高到800公斤或以上[9]。DMTD二聚物的极压性能来源于它与金属表面的双齿配位[9]。图1为这种配位的效果图，DMTD二聚物的两个环结构平行定向于金属表面，形成双齿复合结构，其中任何一个环结构脱附，都不会导致该添加剂从金属表面的解离。

图1. DMTD二聚物在金属表面的吸附

DMTD二聚物在不同润滑脂中的性能见表1[2]。从表1可以看出，DMTD二聚物在不同的润滑脂中均表现良好的极压性能。

将DMTD二聚体与聚醚的复合，可得到一具有生物降解性的液体产品（Vanlube 972M）。该产品具有优秀的梯姆肯极压性能和良好的四球极压性能[8, 9]。改进的极压性能来自与DMTD二聚物与聚醚的配位，该配位作用导致多个DMTD环结构连接在一起，共同在金属表面形成配位复合物。相对于DMTD二聚物的双齿配位结构，该添加剂在金属表面形成多齿配位结构，表现最强的表面吸附特性[9]。DMTD二聚物/聚醚复合物在金属表面的吸附作用见图2。

图2. 噻二唑二聚物/丁氧基三乙二醇复合物在金属表面的吸附

性能表现是最有力的证据。表2列出了DMTD二聚物/聚醚复合物（Vanlube 972）在润滑脂中的性能数据[8, 9]。从表2中可以看出，该添加剂在某些润滑脂中，在较低的浓度(2%)下就可获得高达80磅的

梯姆肯OK值和400公斤力的烧结负荷。要达到该极压水平，含重金属类添加剂需要5%的添加浓度。

二烷基二硫代磷酸钼是一具有一定极压性能的减摩和抗磨添加剂，其化学结构如下：

硫代磷酸钼添加剂的极压性能主要表现在对油品最大无卡咬负荷（P B值）的显著提高，其抗磨性表现在对油品长磨磨斑直径的大幅度降低，其减摩性表现在油品稳态摩擦系数的显著降低。我们利用四球摩擦磨损试验机对该类添加剂在润滑油中的减摩、抗磨和极压性能进行了评价。减摩和抗磨性能采用ASTM D4172方法，实验条件为：载荷40公斤力（基础油在此条件下发生卡咬，因此采用30公斤力），转速1200rpm，时间60分钟，温度75℃。极压性能采用ASTM D2783方法，实验条件为：转速1760rpm，时间10秒。基础油为650SN（一类油）。所评价的硫代磷酸钼添加剂为Vanderbilt Chemicals, LLC公司

的Molyvan® L（钼含量8.1%，磷含量6.1%，硫含量12.3%）。实验结果见表3。

从表3可以看出，Molyvan L 能将油品的P B值由36公斤提高到95-100公斤，表现出良好的极压性，但是该添加剂对烧结负荷（P D值）的提高幅度不大。基础油在40公斤载荷下长磨，就会发生卡咬，其30公斤载荷下的长磨磨斑直径就达到0.802mm，但加入1.0%和2.0%的Molyvan L后，40公斤载荷下的

长磨磨斑直径仅为0.478mm和0.376mm，显然，该添加剂具有优秀的抗磨性。从表3还可以看出，Molyvan L可以降低油品的摩擦系数约20%。

一般而言，极压添加剂虽然可以大幅度提高润滑脂的烧结负荷（P D值），但是往往导致油品抗磨

性能降低，导致油品长磨磨斑直径过大。硫代磷酸钼添加剂具有优秀的减摩和抗磨性能，还能显著提高油品的最大无卡咬负荷（P B值）。尽管润滑油（脂）的烧结负荷（P D值）、最大无卡咬负荷（P B值）、长磨磨斑直径和摩擦系数是相互制约的，但是我们依然期望提高DMTD类极压剂与硫代磷酸钼减摩、抗磨剂的复合，来获得最佳的极压，抗磨和减摩性能。