何忠義, 吳奕鋒，周響，穆琳,熊麗萍

(1.華東交通大學理學院，江西 南昌 330013； 2.中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

隨著科技的發(fā)展，人們的環(huán)保意識不斷加強，可生物降解的綠色潤滑油應用日益廣泛[1]。目前，雖然天然植物油有具備作為潤滑油基礎油的諸多條件和優(yōu)點，但植物油氧化穩(wěn)定性差，要使用各種不同的抗氧劑對植物油進行改性。對菜籽油提高抗氧性的改性方法有酰胺化、酯交換、羥基化等[2]。

含氮雜環(huán)化合物[3-6]作為添加劑已經(jīng)成功的應用于潤滑油中。自主合成的一種新型的含有醇和含氮雜環(huán)官能團的化合物3-(2-巰基-苯并噻唑基)-2-乙氧基丙醇(TBE)，將其作為潤滑油添加劑應用于菜籽油和改性菜籽油中，評價了摩擦學性能。此外將TBE與磷酸三丁酯(TBP)進行復配，評價了復合添加劑在各類基礎油中的摩擦學性能，對實際應用具有一定的理論指導價值。

1 實驗部分

1.1 改性菜籽油的制備

將除渣后的純菜籽油(相對分子質(zhì)量860)減壓除水，80 ℃加入醇胺(菜籽油與醇胺的物質(zhì)的量比為1∶0.5)和催化劑甲醇鈉，升溫至110 ℃反應3 h。降溫至50 ℃出料，真空干燥箱中60 ℃干燥24 h。實驗所用試劑均為分析純。按照GB/T 4945—2002測定堿值(KOH)，SH/T 0162—92測定氮含量(mg/g)。實驗結果：純菜籽油(RSO)堿值和氮含量分別為：0.80，0.197 5；二乙醇胺改性菜籽油 (RSO-I)：2.04，5.304；三乙醇胺改性菜籽油(RSO-II)：1.76，4.532。

1.2 摩擦磨損試驗

試驗機為濟南試驗機廠產(chǎn)的MRS-10型四球摩擦磨損試驗機。試驗條件：轉(zhuǎn)速1 450 r/min，室溫，試驗時間30 min。鋼球為上海軸承廠生產(chǎn)的二級GCr15標準鋼球(AISI-52100)，直徑12.7 mm，硬度59～61 HRC。在四球摩擦磨損試驗機上按照GB/T 3142—82標準測定基礎油及含添加劑的基礎油的最大無卡咬負荷(PB值)，按照ASTM D5183-95(1999)標準測定添加劑的減摩性能。

1.3 表面分析

用HITACHI公司的X-650型掃描電子顯微鏡(SEM)分析載荷392N下鋼球磨損表面形貌。

2 結果與討論

2.1 極壓性能

2.1.1TBE單劑極壓性能

室溫下測定了不同含量TBE在3種基礎油中的PB值，見表1。隨含量增加，各油品PB值均逐漸增大，說明TBE能改善3種基礎油的極壓性能；其中RSO和RSO-ⅠPB值增加的幅度最大，說明其極壓性能改善最為明顯。故考察復合劑時只選用RSO和RSO-Ⅰ兩種基礎油進行。

表1 含TBE的各類潤滑油的PB值

2.1.2TBE和TBP復配的極壓性能

設計考察了TBE與含磷添加劑TBP(市售)的復配效應。實驗中TBE與TBP在基礎油中均具有良好的溶解性，添加劑復配總質(zhì)量分數(shù)為1.0%，所采用的油樣編號、不同配方TBE/TBP復合劑的質(zhì)量分數(shù)及PB值見表2。由于環(huán)保等原因添加劑中磷劑的含量有嚴格控制，故在低磷的原則下綜合考慮添加劑效果后采用1.0%作為復配劑總質(zhì)量分數(shù)。

表2 油樣編號、配方組成及PB值

注：編號P1-P5油樣對應的基礎油為RSO；編號Q1-Q5為RSO-I

由表2可以看出：TBE/TBP復配后的PB值均大于單劑TBE和TBP，說明在一定的比例范圍內(nèi)TBE/TBP的極壓性能產(chǎn)生了很好的協(xié)同效應。

2.2 抗磨性能

2.2.1TBE單劑抗磨性能

在3種基礎油中加入質(zhì)量分數(shù)為0.5%，1.0%，2.0%和3.0%的添加劑TBE單劑，392 N載荷下，測定了不同濃度油樣的磨斑直徑(WSD)，結果見圖1。由圖1可見：隨濃度增加各油品的WSD逐漸減小至3.0%時最小。濃度在2.0%后WSD減小趨勢變緩，說明達到該濃度后繼續(xù)增加添加劑含量對抗磨效果影響不明顯，故選用WSD最小的3.0%為優(yōu)選濃度做進一步研究。TBE在RSO和RSO-Ⅰ中響應性較好，WSD比RSO-Ⅱ中小，故考察復配劑抗磨效果時只選用RSO和RSO-Ⅰ兩種基礎油。

圖1 磨斑直徑隨添加劑含量變化曲線

將空白基礎油的數(shù)據(jù)與TBE濃度3.0%對比，WSD隨載荷變化見圖2。由圖2可見：WSD隨著載荷的增加而增大，含有TBE油品的WSD小于純基礎油，抗磨效果普遍較優(yōu)。490 N載荷下，TBE在基礎油RSO和RSO-I中WSD降低明顯，說明在較高載荷下，TBE在這兩種基礎油中有很好的響應性。TBE在RSO-II中的抗磨效果不佳。

圖2 磨斑直徑隨載荷變化曲線

2.2.2TBE和TBP復配的抗磨性能

圖3、圖4為在不同載荷下，不同配方復合添加劑在RSO和RSO-I中WSD變化。復合添加劑復配配方組成及編號見表2。

由圖3、圖4可以看出：復合劑WSD均小于單劑TBE和TBP，復合劑抗磨效果較好。隨著TBE/TBP比例的增加，WSD均經(jīng)過先減小后增大的過程。當比例大于5∶5時，隨著比例增加WSD不降反升，說明5∶5至3∶7可能是最佳配比。

圖3 各種油樣與磨斑直徑之間的關系

圖4 各種油樣與磨斑直徑之間的關系

2.3 減摩性能

2.3.1TBE單劑的減摩性能

392 N載荷下TBE的濃度與平均摩擦系數(shù)的關系、含3.0%TBE的油品及空白基礎油平均摩擦系數(shù)與載荷的關系如圖5、圖6所示。

圖5 平均摩擦系數(shù)隨添加劑含量變化曲線

由圖5可以看出：隨著添加劑濃度的增加摩擦系數(shù)降低，說明TBE具有較好的減摩性能，且在RSO-I中效果最優(yōu)。由圖6可以看出：隨著載荷增大，各油品的摩擦系數(shù)均逐漸增大，達到一定程度后數(shù)值趨于平穩(wěn)。TBE在RSO-I中的摩擦系數(shù)低于RSO，說明RSO-I減摩作用要好于RSO。RSO-II減磨效果不佳，故只選用RSO和RSO-I作為基礎油進行復配劑減磨性能的考察。

圖6 平均摩擦系數(shù)隨載荷變化曲線

2.3.2TBE和TBP復配劑減摩性能

不同載荷下，含不同配方添加劑油品的平均摩擦系數(shù)如圖7、圖8所示。

圖7 RSO中不同油樣平均摩擦系數(shù)之間的關系

圖8 RSO-I中不同油樣平均摩擦系數(shù)之間的關系

由圖7、圖8可見：隨載荷的增加摩擦系數(shù)增加，復合劑摩擦系數(shù)均小于單劑TBE和TBP的，說明復合劑的減摩效果強于單劑，兩種添加劑在減摩方面具有協(xié)同效應。且TBE/TBP比例為5∶5至3∶7時，摩擦系數(shù)減小明顯，此時的協(xié)同作用最強。

2.4 磨斑表面分析

在392 N載荷下，純基礎油和含添加劑的基礎油潤滑下的摩擦表面形貌圖如圖9所示。

由圖9可以看出：不含添加劑的純基礎油RSO與RSO-I潤滑摩擦表面的犁溝較大，磨損程度最重。含單劑TBE的RSO與RSO-I基礎油摩擦表面較平整，輕微燒結，但也存在明顯的犁溝現(xiàn)象。復合劑(配方P4和Q4)的摩擦表面犁溝較淺，相對光滑磨損程度更小。這是由于TBP中含有磷元素，在摩擦過程中能夠形成磷酸鐵復合膜[7]，此膜具有極壓抗磨減摩等功能。此外TBP屬于小分子添加劑，更容易在摩擦表面形成有序膜[8]。磷劑與其他添加劑共存時會產(chǎn)生很好的增效作用，含硫的添加劑通過化學吸附并與鋼球表面發(fā)生摩擦化學反應生成一種無機含硫化合物，與磷酸鹽的復合邊界膜同時在菜籽油極性影響下在摩擦表面進行競爭吸附，從而形成一種具有低剪切力的保護層[7,9]。這樣的復配性配合其自身的抗磨減磨效果，可以增強摩擦表面的保護。

圖9 摩擦表面的SEM照片

3 結 論

a.TBE單劑及TBE/TBP復合劑均能很大程度地提高基礎油的PB值。

b.TBE單劑在基礎油中具很好的抗磨減摩效果，且RSO-I>RSO>RSO-II。復合添加劑隨TBE/TBP比例的變化趨勢可以看出抗磨減磨效果方面存在一個最佳比例。

參 考 文 獻

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