隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代設(shè)備所要求的高速度、高性能、高自動化、高效率和長壽命,在潤滑方面單純用礦物油潤滑材料已難以滿足。在潤滑材料中加入少量其他物質(zhì)就能改善其性能,賦予它新的特性。這些物質(zhì)叫做潤滑油的添加劑。
在油品中增加不同添加劑是改善油質(zhì)的經(jīng)濟有效的手段。一般地說,潤滑油的品種多少,質(zhì)量好壞往往取決于添加劑的品種和質(zhì)量,因而發(fā)展添加劑的生產(chǎn)和使用,已成為合理有效利用資源,提高設(shè)備性能和節(jié)約能源的一個重要途徑。
潤滑油添加劑按作用可分為清凈分散劑、抗氧抗腐劑、極壓抗磨劑、油性劑和摩擦改進(jìn)劑、抗氧劑和金屬減活劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑、防銹劑、降凝劑、抗泡沫劑等分組,下面來介紹常用潤滑油添加劑的作用機理。
1、潔凈分散劑
清凈分散劑包括清凈劑和分散劑兩類。主要用于內(nèi)燃機油(汽機油、柴機油、鐵路內(nèi)燃機車用油、二沖程汽機油和船用發(fā)動機油)。其主要作用是使發(fā)動機內(nèi)部保持清潔,使生成的不溶性物質(zhì)呈膠體懸浮狀態(tài),不致于進(jìn)一步形成積碳、漆膜或油泥。具體說來,其作用可分為酸中和、增溶、分散和洗滌等四方面。
1)酸中和作用:清凈分散劑一般都有一定的堿性,有的甚至是高堿性,它可以中和潤滑油氧化生成的有機酸和無機酸,阻止其進(jìn)一步縮合,因而使漆膜減少,同時還可以防止這些酸性物質(zhì)對發(fā)動機部件的腐蝕。
2)增溶作用:清凈分散劑都是一些表面活性劑,它能將本來在油中不能溶解的固體或液體物質(zhì)增溶于由5-20個表面活性劑分子集合而成的膠束中心,在使用過程中,它將含有羥基、羰基、羧基的含氧化合物、含有硝基化合物、水分等,增溶到膠束中,形成膠體,防止進(jìn)一步氧化與縮合,減少在發(fā)動機部件上有害沉積物的形成與聚集。
3)分散作用:能吸附已經(jīng)生成的積碳和漆膜等固體小顆粒,使之成為一種膠體溶液狀態(tài)分散在油中,阻止這些物質(zhì)進(jìn)一步凝聚成大顆粒而黏附在機件上,或沉積為油泥。
4)洗滌作用:能將已經(jīng)吸附在部件表面上的漆膜和積碳洗滌下來,分散在油中,使發(fā)動機和金屬表面保持清潔。
清凈分散劑的結(jié)構(gòu),基本上是由親油、極性和親水三個基團組成,由于結(jié)構(gòu)的不同,導(dǎo)致清凈分散劑的性能有所不同,一般來說,有灰添加劑的清凈性較好,無灰添加劑的分散性突出。
清凈分散劑的典型代表有磺酸鹽、烷基酚鹽、水楊酸鹽、丁二酰亞胺、丁二酸酯和聚合物。前三種也稱有灰清凈分散劑,后三種稱無灰清凈分散劑。
2、抗氧劑
抗氧劑和抗氧抗腐劑可以抑制油品氧化,主要用于工業(yè)潤滑油、內(nèi)燃機和工藝用油等。
抗氧劑按其作用原理可分為二種類型:1)鏈反應(yīng)終止劑;2)過氧化物分解劑。常用的屏蔽酚型和胺型化合物抗氧劑,屬于鏈反應(yīng)終止劑,可以和過氧化基(ROO.)生成穩(wěn)定的產(chǎn)物(ROOH或ROOA),從而防止?jié)櫥椭袩N類化合物的氧化反應(yīng),如2,6酚、4,4亞甲基雙酚、α-萘胺、N,N-二仲丁基對苯二胺等。
過氧化物分解劑能分解油品氧化反應(yīng)中生成的過氧化物,使鏈反應(yīng)不能繼續(xù)發(fā)展而起到抗氧作用;能在熱分解過程中產(chǎn)生無機絡(luò)合物,在金屬表面形成保護膜而起到抗腐作用;在極壓條件下,在金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成具有承載能力的硫化膜而起到抗磨作用,所以它是多效添加劑??寡蹩垢瘎┑闹饕贩N有二烷基二硫代磷酸鋅鹽(ZDDP)、硫磷烷基鋅鹽、硫磷丁辛基鋅鹽及其系列產(chǎn)品。
酚型和胺型抗氧劑多用于變壓器油、工業(yè)潤滑油、汽輪機油和液壓油等。而二烷基二硫代磷酸鋅鹽等以及其它含硫、磷類或含有機硒類化合物常用于手工業(yè)潤滑油、內(nèi)燃機油及工藝用油。但含二硫代磷酸鹽的潤滑油不適合用于鍍銀肘節(jié)銷的內(nèi)燃機車及潤滑發(fā)動機的連桿頂部鋼套上,二烷基二硫代氨基甲酸鹽能滿足有鍍銀部件的機器使用要求。
3、油性和極壓抗磨劑
1)極壓抗磨劑是指在高溫、高壓的邊界潤滑狀態(tài)下,能和金屬表面形成高熔點化學(xué)反應(yīng)膜,以防止發(fā)生熔結(jié)、咬粘、刮傷的添加劑。它的作用是在摩擦高溫下分解的產(chǎn)物能與金屬起反應(yīng),生成剪切應(yīng)力和熔點都比純金屬低的化合物,從而防止接觸表面咬合和焊熔,有效地保護金屬表面。極壓抗磨劑主要用于工業(yè)齒輪油、液壓油、導(dǎo)軌油、切削油等有極壓要求的潤滑油中,以提高油品的極壓抗磨性能。
極壓抗磨劑一般分為有機硫化物、磷化物、氯化物、有機金屬鹽和硼酸鹽型極壓抗磨劑等。極壓抗磨劑的主要品種有:氯化石蠟、酸性亞磷酸二丁酯、硫磷酸含氮衍生物、磷酸三甲酚酯、硫化異丁烯、二芐基二硫、環(huán)烷酸鉛、硼酸鹽等。
2)凡是能使?jié)櫥驮黾佑湍姸?,減小摩擦系數(shù),提高抗磨損能力,降低運動部件之間的摩擦和磨損的添加劑都叫油性劑。
油性劑是一種表面活性劑,分子的一端帶有極性基團,另一端為油溶性的烴基基團。含有這種極性基團的物質(zhì)對金屬表面具有很強的親和力,它能牢固地定向吸附在金屬表面上,在金屬之間形成一種類似于緩沖墊的保護膜,防止金屬表面的直接接觸,減小摩擦和磨損。
油性劑具有很高的界面活性,它們在金屬表面產(chǎn)生物理吸附或化學(xué)吸附。物理吸附是可逆的,在溫度較低、負(fù)荷較小的情況下,物理吸附起作用;在高溫高負(fù)荷下吸附劑會脫附而失去作用。脂肪酸型的油性劑除了物理吸附外,還有化學(xué)吸附,在較低的溫度下與金屬表面生成金屬皂,提高抗磨性。
常用的油性劑為高級脂肪酸(如硬脂酸、軟脂酸、油酸、月桂酸、棕櫚酸、蓖麻油酸等),脂肪酸的酯(如硬脂酸乙酯、油酸丁酯等),脂肪酸胺或酰胺化合物(如硬脂酸胺、N,N-二(聚乙二醇)十八胺、硬脂酰胺等),硫化鯨魚油、硫化綿籽油,二聚酸、苯三唑脂肪胺鹽及酸性磷酸酯類等。油性劑主要用于工業(yè)潤滑油、液壓油、導(dǎo)軌油、齒輪油等。