高碱磺酸盐型极压剂的性能及应用

高碱磺酸盐型极压剂的性能及应用

１前言

在金属加工中经常需要加入含有硫、磷、氯等元素的极压剂以延长刀具（模具）的使用寿命和改善加工部件的表面光洁度。这类添加剂大多对金属有腐蚀、气味大并有一定毒性。例如氯化蜡在欧洲一些国家已将其列为致癌物质而被禁用。随着人们卫生及环境意识的增强，各种工业卫生及环保法规的发布，人们急需寻找新的符合环保要求的极压剂以满足金属加工油的技术进步。

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在八十年代发现某些特殊结构的磺酸盐（主要是钠盐和钙盐），在金属加工油中有非常好的极压润滑性能。此类磺酸盐的极压性与其磺酸的分子量及结构有关，也与其成盐的阳离子及胶束的粒径有关，更为重要的是与其成盐的金属比有关。所谓金属比其含义是其金属含量与该磺酸正盐金属含量的比值。中国润网faY12j125dD

由上图可以看出〖1〗磺酸钠的攻丝效率，随其金属的比的增大而提高，也就是说只有金属比较大（即碱值TBN较高）的磺酸盐方能呈现出好的极压性。众所周知，高碱磺酸盐的高碱值是因其胶溶和（或）络合了过量的碳酸盐而获得的。即高碱磺酸钠胶溶有过量的无机碳酸钠，高碱磺酸钙则胶溶有过量的无机碳酸钙。磺酸盐的碱值大小即与其胶溶的无机碳酸盐的数量多少有关。经研究发现，这类高碱磺酸盐之所以表现出良好的载荷性，是因在金属加工过程的摩擦条件下，磺酸盐可促使其胶溶的无机碳酸盐与金属表面的氧化铁反应生成多种金属氧化物及铁酸盐，同时磺酸部分也参与反应形成硫化铁FeS。这种氧化物硫化物的膜阻止了金属基体的直接接触从而起到了极压润滑的作用。研究中还发现当高碱磺酸盐与硫化烯烃复合使用时，摩擦面上形成的氯化膜与硫化膜都较二者单独使用时要厚，表明高碱磺酸盐与含硫极压剂有较强的协同效应。

根据上述的基础研究结果，Lubrizol开发了三种高碱磺酸盐极压剂：

LZ5318 钠盐

LZ5347 钙盐

LZ5283 钙盐分散胶体

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与传统极压剂相比，高碱磺酸盐的优点是：

1. 有更好的润滑性能，可进一步延长刀具（模具）的使用寿命和更好的工件表面质量。

2. 对大多数金属不腐蚀并且具有很好的防锈性。

3. 对人和环境基本无害。

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由于这些优点，磺酸盐型极压剂在金属加工油中已得到广泛应用，以下对高碱磺酸盐极压剂的性能及应用做一简介。

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２。实验室性能评价

1. 攻丝试验

在1020钢材上攻丝时以加有5％硫烯（含S40％）的油为参比油；在304不锈钢上攻丝时以加有2.5%硫烯，2。5％氯化石蜡（含Cl40％）的油为参比油。各样品的组成及攻丝结果如下：

表1 磺酸盐与常规极压剂攻丝结果比较

注：基油为HVI ISO VG22

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图2是在加有2.5%硫烯的油中，增加磺酸盐加剂量时的攻丝效果，图中同时给出了不同氯化石蜡含量与2.5%硫烯复配的攻丝效果。

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由表1及图2可以看出，高碱磺酸钠具有很好的极压润滑性能，在加剂量相同时其效果与硫烯相当。高碱磺酸钙的攻丝效果优于氯化石蜡，但逊于硫烯。在与硫烯复合时，两种高碱磺酸盐都表现出极强的协同效应。在图2中还可看出在与少量硫烯复配时，加大磺酸盐的用量，可使攻丝效率达到很高的水平。

2. Falex试验

用与图2中相同的油样进行了Falex试验，结果见图3。图3再次证明了高碱磺酸盐与硫烯复合时具有很高的极压性能。

3. 关于刀具寿命的评价

攻丝是较苛刻的切削加工过程，试验采用一小型钻床。主要试验条件如下：

１丝锥：1/4－20NC高速钢

２工件材质：4340钢

３孔径：0.201－英寸 5.1054mm

４孔深：1/2" 12.77mm

５切削速度：120f+/分36.576m/分

表2 实验油的组成和丝维寿命

用4％高碱磺酸钙取代4％氯化石蜡，丝锥的使用寿命在原有基础上延长了75％。

4. 加工件的表面光洁度

用不同的油品配方进行304不锈钢钢管的管端套扣，然后用光学显微镜检查丝扣的表面，（见图4）。其中a、b、c、d 四种油样所得螺纹表面都有严重的烧结伤痕。硫、氯及硫氯复合都不见有明显效果。只加有磺酸钠一种剂时（e）加工表面非常均匀，当其与硫复合后（f）表面质量获得进一步改善。高碱磺酸钙单独使用时，工件表面质量未见明显改善，但其与硫复合后（h），也可获得非常均匀的加工表面。

5. 水基液的评价

水基液的评价以胶体分散型的钙盐LZ5283配成微乳液进行。

表2 水基液试验样品的组成及评定结果

稀释比后10:1的工作液评定结果

*以不含极压剂的可溶油为100%

由表2可见，与加有氯化石蜡的乳化液相比，用摩擦试验机Falex，四球机评定，磺酸钙未显示出优越性，但其攻丝效率高于含氯样品都有良好的防锈性。（表中未给出数据）。

6. 应注意的几个问题

A. 高碱磺酸钠因碱性较强，不适于脂的加工

B. 高碱磺酸钠易和脂肪酸、酸性磷酯其中和反应，在有水时还可能与酯类反应而凝胶化。但在无水的矿油中与硫化脂肪、脂肪酸酯等不存在配伍问题。

C. 高碱磺酸钙Lz5347 ，不适于于配制加有脂肪酸酯类化物的乳化油。因与水时也可能有凝胶化问题。

D. 加入油中后，透明度有所下降，但仍然稳定。Lz5283 在黏度很大的油中（如光亮油）不易溶解。

E. 分散型磺酸钙适合配制水基产品（可溶油，半合成液），适合切削加工及成型加工。

为防止遇水可能产生的凝胶化问题，需要与含硫极压剂复合时，可优先选用硫醚类极压剂（如Lz5340L ）３使用试验

1. 切削油