润滑油添加剂, 是指降低润滑油在边界润滑条件下摩擦系数的添加剂。市场上出现的润滑油节能减摩添加剂, 一般属于这种添加剂。摩擦副在流体润滑状态下其表面完全被润滑油膜隔离开, 摩擦力与润滑油的粘度成正比, 粘度增高, 则粘滞阻力增大。但若润滑油粘度太低, 或在摩擦副上的负荷很高的情况下, 由于摩擦副间的润滑油膜很薄, 不能保持流体润滑状态, 而形成摩擦副表面直接接触的边界润滑状态, 此时摩擦力与润滑油的粘度无关, 而只取决于润滑油的化学性质, 即润滑油内存在的表面活性物质。由于润滑油内原有的表面活性物质在加工过程中大多被精制除去, 就需要添加摩擦改进剂来改善成品油的润滑性能。润滑油摩擦改进剂就是基于这种原理, 通过添加剂的化学作用, 使摩擦表面的微观凸起部分变软和平滑, 或添加剂吸附在摩擦副表面, 并填平微观凹陷部分改善摩擦副表面油膜状态, 使苛刻的边界润滑条件下的摩擦力减小, 达到提高动力, 降低油耗, 减少磨损的目的。摩擦改进剂填平凹陷还能提高发动机燃烧室的密封性, 保持发动机良好的技术状况。

润滑油摩擦改进剂分固体悬浮型和油溶型两大类。

一、固体悬浮型添加剂

固体悬浮型开发应用得较早, 它是以微粒状态分散在润滑油中。最著名的固体悬浮型添加剂有二硫化钼、石墨和聚四氟乙烯等。二硫化钼和石墨是多层片状晶体, 它们对金属表面有很强的吸附力, 但层间抗剪切力很弱, 故在边界润滑状态下有很好的抗压减摩作用, 并能耐高温。聚四氟乙烯一般被认为不能在金属表面形成吸附膜, 但其微粒在边界润滑条件下能加速摩擦副表面磨合, 改善平滑程度, 降低摩擦。固体悬浮型添加剂的缺点是, 添加剂微粒在储存中有可能凝聚分层, 其减摩作用将有所降低,同时还会使润滑油变得浑浊, 颜色加深, 有损外观。最关键的是还有可能微粒堵塞滤清器或被离心式滤清器从润滑油中分离出来。

二、油溶型添加剂

由于固体悬浮型添加剂其固有的缺点, 近年来该类添加剂逐步被淘汰。大力发展与润滑油完全相溶的油溶型添加剂, 该类添加剂大部分是极性的或含活性元素的油溶性大分子化合物, 如脂肪酸。在油溶液中形成极性基相互结合的二聚物分子对, 与金属表面接触时因极性基与金属表面的吸附力远大于分子间的二聚物作用力, 二聚物逐步分离为单分子, 并在金属表面形成牢固、紧密、定向排列的第一层吸附层, 二聚物随后也排列成 3个、5个 ,,以至以百计的奇数个分子层。当金属表面在压力下相对运动时, 隔离的金属表面上的边界吸附层中定向分子非极性的碳氢链末端很容易相对滑动, 摩擦损失很小, 摩擦系数可能小到 0101~ 0102, 而对于垂直金属面的压力却具有很强的抵抗力。油溶性添加剂的极性越强, 碳氢链越长, 润滑能力越好。极性化合物分子与金属的吸附力随温度升高而减弱, 当油温达到 150~ 200e 时, 极性分子脱落, 吸附膜被破坏而失效。

近年来油溶型添加剂采用有机钼、有机钨、有机硼和无灰的有机酯等一类的化合物作为摩擦改进剂, 不仅在一般温度下具有减摩性, 而且在高温下能起化学反应, 改善摩擦表面的状况, 使摩擦表面变得较为平滑, 摩擦系数在 0105左右。摩擦改进剂虽然常兼有抗磨作用, 但它不同于抗磨和极压抗磨添加剂。减摩剂是靠在边界润滑条件下形成减摩吸附膜或摩擦改进膜; 抗磨剂或极压剂的作用是在润滑膜破裂的情况下, 其所含的活性化学元素 (硫、磷等 )与金属发生化学反应生成抗磨保护膜, 防止摩擦面胶合、卡咬或烧结。抗磨膜比边界润滑膜能支撑更高的负荷, 但摩擦系数远大于边界润滑膜。

对于汽车而言, 边界润滑主要发生在发动机活塞环和它在上止点时对应的缸套部位、主减速器齿轮表面。此外, 发动机启动、停歇和重负荷急加速运行或一定转速下突加负荷时, 曲轴轴承和连杆轴承将会出现边界润滑; 高压缩比发动机气门机构的凸轮轴和挺杆、摇臂与气门挺杆间在重负荷运转时, 摩擦面也处于边界润滑状态。因此在汽车润滑油中加入合适的摩擦改进剂, 是减少摩擦、节约燃料的有效措施, 节油率一般在 1% ~ 4%之间。

根据行业标准 SHO389- 92石油添加剂的分类, 我国的润滑添加剂, 按作用分为清净分散剂、抗氧抗腐剂、金属钝化剂、极压抗磨剂、油性剂和摩擦改进剂、粘度指数改进剂、防锈剂、降凝剂、抗泡沫剂等。清净分散剂包括清净剂和分散剂两类。主要用于内燃机油 (汽油机油、柴油机油、铁路内燃机车用油、二冲程汽油机油和船用发动机油 )。其主要作用是保持发动机内部清洁, 使生成的不溶性物质呈胶体悬浮状态, 不致进一步形成积碳、漆膜或油泥。具体说来, 其作用可分为酸中和、增溶、分散和洗涤等四个方面。

抗氧抗腐剂可以抑制油品氧化, 主要用于工业润滑油、内燃机油和工艺用油。

金属钝化剂也是一种抗氧剂, 它本身并无抗氧化作用, 而是间接地 /钝化0金属活性, 抑制金属及其化合物对油品氧化的催化作用, 减少油品的损坏, 延长油品的使用寿命。

极压抗磨剂是指在高温、高压的边界润滑状态下, 能和金属表面形成高熔点化学反应膜, 以防止发生溶结、咬粘、刮伤的添加剂。它的作用是其分解产物在摩擦高温下与金属发生反应, 生成剪切应力和熔点都比纯金属低的化合物, 从而防止接触表面咬合和焊熔, 有效地保护金属表面。极压抗膜剂主要用于工业齿轮油、液压油、导轨油、切削油等有极压要求的油中, 以提高油品的极压抗磨性能。

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