极压抗磨剂对锂基润滑脂摩擦性能的影响

结论
① 硬脂酸对TCP、ZDDP和T321的极压、抗磨性有增效作用， 在摩擦副金属表面，但硬脂酸与极压、抗磨添加剂存在竞 争吸附，锂基润滑脂的游离酸不宜太高，弱酸性最适宜。
② 在润滑脂中，抗磨、极压添加剂的活性元素在摩擦副表面 形成沉积膜，起到抗磨作用；随添加剂质量分数的增加， 含T321润滑脂SRV试验后磨斑直径逐渐增加，含TCP和 ZDDP润滑脂SRV试验后磨斑直径先减小后增加，ZDDP抗 磨性较好。
TCP质量分数达到2~3％时，摩擦系数曲线在其他曲线下方，摩擦系数 小。TCP质量分数大于3％时，摩擦系数反而增加，添加剂浓度过高，不 利于抗磨膜形成
TCP 在润滑脂中的极压、抗磨特性
含不同质量浓度TCP的弱酸性润滑脂的摩擦系数随时间变化图 w(TCP)/%: (1) 0; (2) 1; (3) 2; (4) 3
弱酸性条件下SRV试验摩擦系数和磨损相应结果
w(ZDDP) /% 0
Max friction coefficient
0.150
Min friction coefficient
0.120
Wear scar diameter/mm
0.52
0.5
0.120
0.110
0.42
1
0.116
0.115
0.43
2
摩擦机制分析
磨损表面磨斑SEM形貌和X能谱图 (a) Alkalescence grease with no additive; (b) Subacidity grease with no additive; (c) Acid grease with no additive;
(d) subacidity grease with 3%ZDDP; (e) Subacidity grease with 2%TCP; (f) Subacidity grease with 1%T321; (g) XPS spectra of area A; (h) XPS spectra of area B; (i) XPS spectra of area C
0.120
0.110
0.42
3
0.130
0.110
0.42
4
0.120
0.110
0.41
5
0.129
0.113
0.48
ZDDP质量分数为5%时，磨斑和摩擦系数均增 加， ZDDP加入不宜过多。
（1）Alkalescence grease；（2）Subacidity grease
TCP 在润滑脂中的极压、抗磨特性
前言
本文考察：
3种常见的极压、抗磨添加剂（T202、TCP和 T321）在弱酸性和弱碱性锂基润滑脂的优良 极压、抗磨性能。
讨论： 产生这种现象的原因及规律。
润滑脂样品的制备
采用150BS和HVI500为基础油，12-羟基硬脂酸与一 定比例氢氧化锂等反应，用适当的硬脂酸控制酸碱 性调制成弱碱性、弱酸性和酸性3种锂基润滑脂。
摩擦机制分析
由上图可见：
用含ZDDP的弱酸性锂基润滑脂润滑时，钢球摩擦表 面没有明显黏着磨损，添加剂中硫、磷、锌与铁、氧等 元素形成抗磨膜；
用含TCP的弱酸性锂基润滑脂润滑时，钢球摩擦表面 出现轻微黏着磨损，添加剂中磷和稠化剂中碳与铁、氧 等元素一起形成抗磨膜
用含T321的弱酸性锂基润滑脂润滑时，钢球摩擦表面 出现明显磨损条纹和磨损磨屑，由添加剂中的硫与铁、 氧等元素形成抗磨膜。
TCP添加剂的含量对润滑脂PB值的影响 （1）Alkalescence grease；（2）Subacidity grease
弱酸性对TCP增效作用
TCP 在润滑脂中的极压、抗磨特性
含不同质量分数TCP的弱碱性润滑脂的摩擦系数随时间变化图 w(TCP)/%: (1) 0; (2) 1; (3) 2; (4) 3; (5) 4; (6) 6
当TCP含量为2％时，润滑脂摩擦系数平缓且较小
TCP 在润滑脂中的极压、抗磨特性
摩擦系数变化
（1）Alkalescence grease with 2% TCP； （2）Alkalescence grease with 3% TCP； （3）Subacidity grease with 2% TCP； （4）Subacidity grease with 3% TCP
中 国 石 化 润响
极 压 、 抗 磨 剂 对 锂 基 润
前言 试验部分 结果与讨论 结论
前言
•锂基润滑脂多选用抗氧抗腐蚀、防腐防锈、抗磨、 极压等性能的添加剂，研制成极压型润滑脂，广泛 应用于各种机械设备的润滑，成为一种多效性润滑 剂，在工业行业应用量大，约占总用脂量的70%。
室温下，分别加入不同浓度的上述3种极压、抗磨添 加剂，搅拌均匀，并用三辊机研磨2遍。
实验仪器和方法
四球试验机 SH/T0202-92和GB-3142方法，测PD或 PB 。
德国Optimal公司SRV实验仪 ASTMD-5707方法，评价各样 品的抗磨性能（摩擦系数和磨斑直径）。
日本S-3400N型电子扫描显微镜，扫描SRV试验后的上试件磨 斑形貌，分析试件磨损。
T321在润滑脂中的极压、抗磨特性
磨斑直径与T321质量分数的关系
w(T321)/% 0 1 2 3
Wear scar diameter/ mm 0.49 0.50 0.53 0.58
可以看出随着润滑脂中T321的质量分数增大，磨斑直径逐渐 增大，且用含T321质量分数3%的弱酸性锂基润滑脂润滑后， 摩擦表面间润滑脂变黑。说明添加剂质量分数增加，磨损增 加。可见，T321提高极压性能是以牺牲表面磨损为基础，添 加剂的最佳添加质量分数为1％，不宜过多。
摩擦机制分析
说明
用含ZDDP或者TCP的弱酸性锂基润滑脂润滑时，形成的化 学反应膜与金属表面联结牢固，使摩擦面平滑降低磨耗并提 高油膜强度，保护表面不致发生严重粘着磨损，ZDDP抗磨 性较TCP好；
用含T321弱酸性锂基润滑脂润滑时，形成剪切强度低的抗 磨表面层，减少摩擦并防止烧结 [12]，但表面层容易被磨损。
酸碱性对润滑脂磨斑直径的影响 （1）Alkalescence grease； （2）Acid grease
含TCP质量分数2％弱酸性润滑脂的抗磨性较好
T321在润滑脂中的极压、抗磨特性
T321质量分数与PD值的关系曲线图 （1）Alkalescence grease；（2）Subacidity grease
添加剂质量分数高对锂基润滑脂的极压性能有利，且添加剂质量分数低时， 弱酸性润滑脂极压性优于弱碱性润滑脂。
T321在润滑脂中的极压、抗磨特性
含T321添加剂的弱润滑脂的摩擦系数图
w(T321)/%: (1) 1; (2) 2; (3) 3
T321质量分数为1%时，摩擦系数变化较平缓，基本在0.113左右，润滑脂形成 边界膜较稳定。当质量分数增大到2%和3%时，曲线变化幅度较大， T321添 加剂中的活性元素与金属表面反应过快，摩擦系数反而增大，波动厉害，对 抗磨性不利。
•磷酸三甲酚酯（TCP）和二烷基二硫代磷酸锌 （ZDDP，T202）具有较好的抗磨性能，不同添加 剂含量具有不同的抗磨效果，且与其他添加剂有较 好的复配性。
•硫化烯烃(T321)对润滑脂有较好的极压性能，与含 磷添加剂有较好的协同效应，产生明显极压、抗磨 作用。
前言
实际生产中常碱性成脂，调入硬脂酸控制成 品酸碱性。极压、抗磨添加剂对弱酸性锂基 润滑脂胶体性能影响较小。因此，3种极压、 抗磨剂在不同酸碱性锂基润滑脂中添加比例 研究不仅对锂基脂实际生产有很好的指导作 用，而且掌握其添加规律可进一步提高锂基 润滑脂使用性能和应用范围。
摩擦机制分析
添加剂
皂纤维
金属表面
金属表面和稠化剂纤维表面竞争吸引添加剂分子示意图
添加剂在皂纤维和金属表面存在竞争吸附 。硬脂酸在皂分子结晶后调 入润滑脂中，吸附力强的-COOH极性基团与皂纤维活性端结合，补充皂 纤维中结晶不完善空穴，稳定晶体，阻止添加剂吸附。硬脂酸与添加剂 之间在金属表面还存在竞争吸附，但硬脂酸质量分数太高，过多吸附在 摩擦副表面阻止添加剂的吸附，不利于抗磨膜的形成
X射线光电子能谱分析磨斑表面元素。
T202在润滑脂中的极压、抗磨特性
含不同浓度ZDDP锂基润滑脂的PB变化趋势图 （1）Alkalescence grease；（2）Subacidity grease；（3）Acid grease
适当添加硬脂酸有利于ZDDP形成抗磨膜
T202在润滑脂中的极压、抗磨特性
摩擦机制分析
润滑脂急冷过程中，温度的突然降低， 基础油对稠化剂的溶解度迅速降低，在 电荷作用下，单体的金属离子与另一单 体羧基氧原子相互吸引而聚集，形成棒 状胶束，胶束之间的亲油端互相吸引
相互缠绕吸引的稠化剂 亲油端为了充分与吸附 油接触，最终结构一般
为螺旋的链状结构
结晶示意图
受结晶速度影响，皂纤维产生结晶不完善点，成为极性添加剂的吸附点