润滑管理基础 润滑剂——润滑专家王大中访谈
发布时间：2016-11-26来源：装备保障管理网 编辑：王大中
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1、什么是抗泡剂？
内燃机油及工业用油在发动机等设备中使用时，往往要喷散成雾状，这样就使润滑油中混进一部分空气，而形成比较稳定的泡沫流入曲轴箱内和润滑油箱内，结果就会使发动机不能正常操作。加入抗泡剂便可破坏润滑油与空气所形成的泡沫，降低泡沫吸附膜的稳定性，缩短泡沫存在的时间，从而保证设备的正常运转。
2、什么是降凝剂？
润滑油中一般均含有少量的石蜡，当油品温度下降到一定程度后，由于 石蜡结晶析出，油就要失去流动性面凝固。降凝剂的作用主要是降低油品的凝点。
3、什么是防锈剂？
防锈剂能在金属表面形成牢固的吸附膜，以抑制氧及水、特别是水对金属表面的接触、使金属不致锈蚀。防锈剂的分子结构应对金属有充分的吸附性，并对油的溶解性也好。
4、什么是抗氧剂和金属减活剂？
润滑油在使用过程中，在氧的存在下，受热、光、金属的催化作用，油品分子中结构最不牢的碳氢键受到破坏，发生自由基连锁反应，生成氧化物、过氧化物、水等。而后进一步聚合、缩合，形成胶质、油泥、漆膜等，使润滑油的使用性能变坏，使用寿命缩短。
5、什么是粘度指数改进剂？
粘度指数改进剂亦称增粘剂，是油溶性的链状高分子聚合物，其分子量由几万到几百万。在不同温度下具有不同形态，并对粘度产生不同影响，以增加粘度和改进沾温性能，即具有高的粘度指数。
6、什么是油性剂和摩擦改进剂？
凡是能使润滑油在摩擦表面上形成定向吸附膜，从而改善摩擦性能，降低运动部件之间的摩擦和磨损的添加剂都叫油性剂和摩擦改进剂。
7、什么是极压抗磨剂？
极压抗磨剂主要是含硫、磷、氯的有机极性化合物，这类化合物在高的压力下能在金属表面形成比较牢固的化合物膜，它比金属的熔点低，当金属因为摩擦结点受压而温度升高时，这层化合物膜就熔化，生成光滑的表面，减少金属表面的摩擦和磨损。
8、什么叫抗氧抗腐剂？
抗氧抗腐剂具有抗氧化、抗腐蚀性能，并兼有抗磨作用，主要用于内燃机油，其次用于齿轮油、液压油等工业润滑油。
9、清静分散剂有哪些类型？
清静剂和分散剂可统称为清静分散剂，它是发动机润滑油中用量最大的一种添加剂。按其化合物的类型分为：石油碳酸盐、合成磺酸盐、硫磷化聚异丁烯盐、烷基水杨酸盐、环烷酸盐、烯基丁二酰亚胺、硫化烷基酚盐。
10、粘度指数改进剂的生产及应用
上炼研究所分别用自产的粘度指数改进剂分析数据如下表－
表1 SF/CC15W/40配方分析对比数据
|
项目 |
指标 |
ZHB-1103 |
99-1-1 |
99-1-2 |
99-1-3 |
99-1-4 |
99-1-5 |
试验方法 |
|
复合添加剂 |
|
LZ4970S |
|
|||||
|
稠化剂% |
|
9 |
|
|||||
|
运动粘度100℃mm2/s |
≮14.50 |
15.02 |
14.60 |
14.80 |
14.58 |
14.76 |
14.66 |
GB/T265 |
|
CCS(-15℃) mpa·s |
≯3500 |
3500 |
3370 |
3360 |
3280 |
3300 |
3250 |
GB/T6538 |
|
倾点℃ |
≯-23 |
-24 |
-24 |
-24 |
-24 |
-24 |
-24 |
GB/T3535 |
表2 SF/CD15W/40配方分析对比数据
|
项目 |
指标 |
ZHB-1103 |
2-1 |
2-2 |
试验方法 |
|
复合添加剂 |
|
LZ4970S |
|
||
|
稠化剂% |
|
9 |
- |
||
|
运动粘度100℃ mm2/s |
≮14.50 |
15.29 |
15.48 |
15.37 |
GB/T265 |
|
CCS(-15℃) mpa·s |
≯3500 |
3500 |
3400 |
3430 |
GB/T6538 |
|
倾点℃ |
-24 |
-24 |
-24 |
-24 |
GB/T3535 |
从表-1结果表明，五批SHL-615产品用于调合的SF/CC15W/40油品中的各项质量指标合格，具有较好的增稠能力，表现出良好的低温性能，且产品质量稳定；选用批号为99-1-2的产品用来考察添加剂在SF/CD15W/40的使用情况也具有一定的代表性。由于SF/CD油品中功能剂的加入量较大，对稠化剂的配伍性能要求更高，在低温泵送性能方面显示出较为苛刻的要求。而表-8说明改进后生产的SHL-615产品调制SF/CD15W/40低温性能得到了显著改善；与ZHB-1103相比，现生产的SHL-615产品可达到与之相当的水平；在使用过程中反映SHL-615产品中部分外观颜色较深，影响了调合后油品外观。今后生产中应控制好通氧时间与速度。从99年三月份开始，炼兴润滑油厂生产多级内燃机油开始全面以SHL－615替代ZHB－1103，并已生产出合格的15W/40SF/CC产品。
11、复合添加剂有哪些类型？
我国目前生产的复合添加剂品种还很少，按其使用场合，可分为：
汽油机油复合剂、柴油机油复合剂、通用汽车发动机油复合剂、二冲程汽油机油复合剂、铁路机车油复合剂、船用发动机油复合剂、工业齿轮油复合剂、车辆齿轮油复合剂、通用齿轮油复合剂、液压油复合剂、工业润滑油复合剂、防锈油复合剂等共十二类。
12、润滑油添加剂有哪些类型
润滑剂添加剂按其作用的不同分为清静剂和分散剂、抗氧抗腐剂、极压抗磨剂、油性剂和摩擦改进剂、抗氧剂和金属减活剂、粘度指数改进剂、降凝剂、防锈剂、抗泡剂和其它润滑剂添加剂等共十大类。
13、高碱磺酸盐型极压剂的性能及应用
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。
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。
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
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。
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。二、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
|
添加剂 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
硫化烯烃（含S40%） |
5.0 |
/ |
/ |
/ |
2.5 |
2.5 |
2.5 |
|
氯化石蜡（含Cl40%） |
/ |
5.0 |
/ |
/ |
2.5 |
/ |
/ |
|
高碱磺酸钠（Lz5318） |
/ |
/ |
5.0 |
/ |
/ |
2.5 |
/ |
|
高碱磺酸钙（Lz5347） |
/ |
/ |
/ |
5.0 |
/ |
/ |
2.5 |
|
对1020钢的攻丝效率 |
100 |
89 |
103 |
93 |
101 |
130 |
120 |
|
对304不锈钢的攻丝效率 |
80 |
丝锥折断 |
/ |
|
100 |
136 |
121 |
注：基油为HVI ISO VG22 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。
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
|
试验用油的组成： |
A |
B |
|
ISOVG22 |
88.5 |
88.5 |
|
硫化烯烃（40%，S） |
2.5 |
2.5 |
|
*硫化脂肪（10%，S） |
5.0 |
5.0 |
|
氯化石蜡（40%，Cl） |
4.0 |
/ |
|
高碱磺酸钙（Lz5347） |
/ |
4.0 |
|
*非活性硫 |
|
|
|
丝锥寿命（可攻丝的孔数）： |
216 |
379 |
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。
|
|
A |
B |
C |
|
高碱磺酸钙Lz5283% |
14 |
16 |
23.5 |
|
乳化剂% |
12 |
14 |
20.5 |
|
自来水% |
74 |
70 |
56.0 |
表2 水基液试验样品的组成及评定结果
|
|
A |
B |
C |
F 参比油/可溶油 |
|
高碱磺酸钙Lz5283% |
14 |
16 |
23.5 |
|
|
复合乳化剂% |
12 |
14 |
20.5 |
|
|
自来水% |
74 |
70 |
56.0 |
|
|
氯含量% |
/ |
/ |
/ |
10.6 |
稀释比后10:1的工作液评定结果
|
Falex失效负荷Lb |
4000 |
3500 |
4000 |
4250 |
|
四球试验 |
|
|
|
|
|
Pbkg |
80 |
80 |
80 |
80 |
|
Pdkg |
160 |
160 |
160 |
160 |
|
磨损指数 |
34.1 |
32.4 |
34.3 |
34.2 |
|
攻丝效率% |
102 |
118 |
129 |
102 |
*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 高碱磺酸钠因碱性较强，不适于脂的加工 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。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。 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。 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 ）。 三、使用试验1. 切削油 试验油配方
高碱磺酸钙% 4.0
硫化烯烃% 0.5
硫化脂肪（含S10%） 4.5
基础油 余量
以上述试验油进行了多孔钻削试验。工件材质为1117钢，刀具材质为高速钢。对比油样后高活性切削油，含硫1.3%。经过一个月的试用结果后：
|
|
试验油 |
原用油 |
|
钻头平均钻孔数ф |
1450 |
600～800 |
|
表面不平度 μ |
5.5 |
10.2 |
|
切削形态 |
短小易处理 |
带状 |
在上述试验油中再添加2.0%硫烯进行了孔内表面的拉削试用试验。使用条件是：
|
加工材质 |
8637锻钢 |
|
设备 |
水平拉床 |
|
加工量 |
每次切削1.52mm |
刀具使用寿命要求：加工2000个零件。2. 水基液的使用试验以上述用高碱磺酸钙Lz5283 调制的半合成液配方正成为试验用油，进行了多种加工的使用试验。A. 深孔钻 深孔钻削加工的润滑条件非常苛刻，其切削液不仅要有良好的极压润滑性，而且要能及时冲洗排屑并能防止切屑将已加工的表面划伤。一般情况下，深孔钻都采用小黏度的高活性极压切削油。配方E与原用的高活性极压切削油进行了对比。
|
试验的主要条件 |
|
|
加工材质： |
5160合金钢 |
|
孔的尺寸： |
15.24mm×685.8mm |
|
刀具： |
硬质合金刀具有ф3.18的供油孔 |
|
泵压： |
21～258kg |
试验开始时，配方E工作液的稀释比为10:1，10天后将稀释比改为20:1。一个月后，经统计表明，配方E的加工效果（刀具寿命，2件表面质量）相当于或优于原用的极压切削油。B. 螺丝加工
|
试验条件 |
|
|
|
加工材质： |
4140合金钢 |
|
|
加工方式： |
车削 |
|
|
切削速度： |
154m/分 |
|
|
刀具： |
硬质合金 |
|
|
试验结果 |
||
|
商品可溶油： （含S、Cl） |
半合成液配方E |
|
|
稀释比： |
12：1 |
|
|
每次磨刀加工零件个数 |
6 |
24 |
|
表面不平度 μ |
2.54~3.18 |
0.61~1.02 |
此外将不同稀释比的配方E用于汽车板，1010冷轧板的冲压，冲洗等成型加工过程都取得了良好效果。四 小结
1. 高碱磺酸盐型极压剂在金属加工中具有优异的极压润滑性。与含硫极压剂复合使用有显著的协同效应。
3. 高碱磺酸盐型极压剂对人和环境基本无害符合工业卫生及环保要求。