黃文軒

中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院

潤(rùn)滑脂是古老的潤(rùn)滑材料之一。在天然潤(rùn)滑劑的早期發(fā)展歷程中，應(yīng)該特別提到的是潤(rùn)滑脂。早期的潤(rùn)滑脂由羊油和牛油組成（動(dòng)物油脂易于獲得，且有較好的黏附性），有時(shí)也混入石灰。事實(shí)上，第一個(gè)配方潤(rùn)滑劑很可能是潤(rùn)滑脂。大約在公元前1 400年，古埃及就將潤(rùn)滑脂用于戰(zhàn)車車軸的潤(rùn)滑[1,2]。

今天，超過80%的軸承使用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。目前廣泛使用的鋰基潤(rùn)滑脂是在20世紀(jì)40年代初推出的；20世紀(jì)60年代又推出了復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂[3]。

2017年，全球潤(rùn)滑脂產(chǎn)量達(dá)到1.173×106t；中國(guó)潤(rùn)滑脂產(chǎn)量達(dá)到4.081×105t ，占全球潤(rùn)滑脂產(chǎn)量的34.79%，位于全球首位。全球潤(rùn)滑脂仍以鋰基潤(rùn)滑脂和復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂為主，在2017年全球潤(rùn)滑脂產(chǎn)量中占比分別為53.70%和20.62%；潤(rùn)滑脂基礎(chǔ)油類型仍以礦物油為主，占比約90.23%，其余主要為合成或半合成基礎(chǔ)油[4,5]。

潤(rùn)滑油與潤(rùn)滑脂的差異

潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂在功能上的相同之處是都能對(duì)移動(dòng)的金屬部件起潤(rùn)滑作用，但是它們之間也有差異[3,6,7]：

◇從外觀看，潤(rùn)滑油是液體，而潤(rùn)滑脂是固化了的停留在摩擦部位的半固體或固體的潤(rùn)滑劑；

◇從組成看，潤(rùn)滑油含有70%～99%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的基礎(chǔ)油、1%～30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的添加劑；潤(rùn)滑脂通常含有約70%～95%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的基礎(chǔ)油、3%～30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的稠化劑和0%～10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的添加劑。添加劑決定潤(rùn)滑油的類型，如內(nèi)燃機(jī)油、齒輪油、液壓油等；而稠化劑決定潤(rùn)滑脂的類型，如鋰基潤(rùn)滑脂、鈣基潤(rùn)滑脂，復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂等。

◇從添加劑的種類看，潤(rùn)滑油大多數(shù)應(yīng)用油溶性的液體添加劑，很少用固體添加劑來配制，偶爾使用也有沉淀的風(fēng)險(xiǎn)；而潤(rùn)滑脂不但使用液體添加劑，而且大量使用固體添加劑，使用的固體添加劑約有25種，包括二硫化鉬、石墨和PTFE（聚四氟乙烯）粉末等。

潤(rùn)滑脂的組成

潤(rùn)滑脂是由許多不同組分組成的，而每一個(gè)組分都賦予潤(rùn)滑脂某些特性。當(dāng)然，各組分的比例和制造工藝對(duì)潤(rùn)滑脂的性能也有直接影響。潤(rùn)滑脂的組成見圖1[8]。

基礎(chǔ)油

基礎(chǔ)油對(duì)潤(rùn)滑脂產(chǎn)品的性能影響非常大，潤(rùn)滑脂的許多性能取決于基礎(chǔ)油的性質(zhì)。通常將潤(rùn)滑脂基礎(chǔ)油分為礦物基礎(chǔ)油（簡(jiǎn)稱礦物油）和合成基礎(chǔ)油（簡(jiǎn)稱合成油）。礦物油是開采出來的原油，經(jīng)過常減壓蒸餾、溶劑精制、脫蠟和脫瀝青等煉制工藝和精制工藝而制得。通

圖1 潤(rùn)滑脂的組成

本文比較了潤(rùn)滑油與潤(rùn)滑脂在外觀、組成及添加劑種類上的差異，簡(jiǎn)介了潤(rùn)滑脂的組成，重點(diǎn)闡述了潤(rùn)滑脂中應(yīng)用的添加劑的常用類型、作用機(jī)理和性能特點(diǎn)，展望了未來潤(rùn)滑脂及其添加劑的發(fā)展趨勢(shì)。常礦物油按照烴組成的差異可分為環(huán)烷基基礎(chǔ)油、石蠟基基礎(chǔ)油和中間基基礎(chǔ)油。而合成油則是由各種化工原料通過化學(xué)反應(yīng)（例如聚合、縮合、酯化和取代反應(yīng)等），并通過控制生產(chǎn)工藝條件而得到的產(chǎn)物。

由于礦物油具有價(jià)格便宜、易于獲得、潤(rùn)滑性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，目前以礦物油為基礎(chǔ)油的潤(rùn)滑脂占到全部潤(rùn)滑脂的90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）左右。但在一些特殊場(chǎng)合，對(duì)于一些特殊設(shè)備，為了滿足其特殊的應(yīng)用要求，潤(rùn)滑脂的基礎(chǔ)油必須全部或部分采用合成油。

礦物油

制造潤(rùn)滑脂使用的基礎(chǔ)油一般是按使用條件進(jìn)行選擇，有的只用一種基礎(chǔ)油，也有的將幾種基礎(chǔ)油調(diào)合使用。在低溫、輕負(fù)荷、高速軸承上使用的潤(rùn)滑脂，選用低黏度、低傾點(diǎn)、黏溫性較好的基礎(chǔ)油；在中等負(fù)荷、中速和溫度不太高的機(jī)械上使用的潤(rùn)滑脂，選用中等黏度的基礎(chǔ)油；在高溫、重負(fù)荷、低速下的潤(rùn)滑脂，選用高黏度基礎(chǔ)油；對(duì)于使用溫度范圍較寬的潤(rùn)滑脂，要求基礎(chǔ)油黏溫性好、低溫流動(dòng)性好、傾點(diǎn)低以及高溫下蒸發(fā)小和不易氧化，這種情況一般使用合成油。

石蠟基基礎(chǔ)油和環(huán)烷基基礎(chǔ)油相比，石蠟基基礎(chǔ)油黏度指數(shù)高，潤(rùn)滑性能和黏溫性能好，但傾點(diǎn)高，而環(huán)烷基基礎(chǔ)油傾點(diǎn)低，低溫性能好。

在潤(rùn)滑脂生產(chǎn)中，基礎(chǔ)油與金屬皂之間的親和能力是決定潤(rùn)滑脂優(yōu)劣的關(guān)鍵性因素。環(huán)烷基基礎(chǔ)油傾點(diǎn)低，又以環(huán)狀結(jié)構(gòu)為主，因此用環(huán)烷基基礎(chǔ)油生產(chǎn)的潤(rùn)滑脂不僅傾點(diǎn)低，而且不容易析出油分。優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑脂幾乎都選用環(huán)烷基基礎(chǔ)油作為基礎(chǔ)油，尤其是低溫潤(rùn)滑脂，要求必須使用環(huán)烷基基礎(chǔ)油。在潤(rùn)滑脂皂化過程中，產(chǎn)生皂類的數(shù)量在很大程度上受到稠化劑與調(diào)配用基礎(chǔ)油相容性的影響。環(huán)烷基基礎(chǔ)油分子對(duì)金屬皂類的親和力較大，隨著皂類數(shù)量的增加，油品的機(jī)械穩(wěn)定性得以改善，因此可增加油品的工作負(fù)載。環(huán)烷基基礎(chǔ)油的較高溶解度使得在特定數(shù)量的昂貴皂類成分中可調(diào)入更多的油品，而不會(huì)改變油脂的稠度，有助于降低配方成本。環(huán)烷基基礎(chǔ)油實(shí)際上不含蠟，因此，用環(huán)烷基基礎(chǔ)油生產(chǎn)的潤(rùn)滑脂具有優(yōu)良的低溫潤(rùn)滑性能，這對(duì)使用于寒冷地區(qū)的集中潤(rùn)滑脂供應(yīng)系統(tǒng)特別重要[9]。

最近有資料報(bào)道，在潤(rùn)滑脂中也使用高黏度的光亮油，而且占相當(dāng)?shù)谋壤?。?rùn)滑脂配方中光亮油原料的主要用途是增加黏度。使用光亮潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑脂在運(yùn)行中沒有工作溫度的波動(dòng)（即，應(yīng)用中的溫度曲線相對(duì)平坦），因此，當(dāng)潤(rùn)滑脂用于高溫時(shí)，它們與稠化劑混合。使用光亮油最多的是重負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)油和汽車齒輪油，其次是加工油、工業(yè)用齒輪油、船用氣缸油及潤(rùn)滑脂（圖2）。2017年光亮油庫(kù)存供應(yīng)略微超過需求，2017年所有光亮油的消費(fèi)量約為270萬(wàn)t[10]。

合成油

隨著現(xiàn)代工業(yè)、交通及航空工業(yè)的發(fā)展，對(duì)可在高溫、低溫、寬溫及真空等條件下使用的潤(rùn)滑脂的需求越來越大。礦物油可以滿足一般機(jī)械的潤(rùn)滑要求，而在-60 ℃以下及150 ℃以上的溫度區(qū)域，合成油已取代礦物油作為生產(chǎn)潤(rùn)滑脂的基礎(chǔ)油。雖然合成油具有比礦物油更優(yōu)異的抗氧化性能和高、低溫性能等優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格比較昂貴，限制了在潤(rùn)滑脂中的使用。一些特殊的潤(rùn)滑脂，如耐高溫、高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速、高真空、高能輻射、強(qiáng)氧化腐蝕等苛刻條件的潤(rùn)滑脂產(chǎn)品，必須使用合成油作為基礎(chǔ)油。

稠化劑

稠化劑與基礎(chǔ)油一樣，對(duì)潤(rùn)滑脂的性能有重要的影響?？梢哉f，稠化劑的發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)潤(rùn)滑脂行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。稠化劑的主要作用是浮懸油液并保持潤(rùn)滑脂在摩擦表面密切接觸和較高的附著能力（與潤(rùn)滑油相比），因而能防止?jié)櫥魇?、滴落或?yàn)R散。幾種不同稠化劑制備的潤(rùn)滑脂性能的比較見表1[11]。

圖2 2017年按產(chǎn)品類型劃分的全球光亮潤(rùn)滑油的需求

添加劑

添加劑可以在潤(rùn)滑脂中起多種作用，包括增強(qiáng)現(xiàn)有的理想性能，抑制現(xiàn)有的不良性能，并賦予新的性能[12]。

一般來說，凡適用于潤(rùn)滑油的添加劑也適用于潤(rùn)滑脂。但由于潤(rùn)滑脂的用途與多數(shù)潤(rùn)滑油產(chǎn)品（如內(nèi)燃機(jī)油、液壓油等）不同，因此，潤(rùn)滑脂產(chǎn)品中一般不使用清凈劑、分散劑和消泡劑等。由于潤(rùn)滑脂的流動(dòng)性比潤(rùn)滑油差，因此潤(rùn)滑脂中添加劑的加劑量也較大。另外，潤(rùn)滑脂是非牛頓流體和膠體分散體.而許多添加劑是極性化合物，加入時(shí)會(huì)對(duì)潤(rùn)滑脂膠體結(jié)構(gòu)起破壞作用，導(dǎo)致潤(rùn)滑脂稠度和滴點(diǎn)下降、分油量增加、機(jī)械安定性變差、使用性能變壞，因此添加劑必須與潤(rùn)滑脂的稠化劑相兼容。潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂使用添加劑的另外一點(diǎn)不同是潤(rùn)滑脂可使固體添加劑較好地分散在其中，一些油溶性差的添加劑在潤(rùn)滑油中不能使用，但可用于潤(rùn)滑脂中。此外，向潤(rùn)滑脂內(nèi)加入添加劑還要考慮到：

◇添加劑的副作用。添加劑大多為極性物質(zhì)。潤(rùn)滑脂是膠體分散體系，稠化劑——基礎(chǔ)油二相分散體系的平衡可能會(huì)因此發(fā)生變化。因此，除了研究添加劑改善某一性能的效果之外，還必須研究添加劑對(duì)潤(rùn)滑脂穩(wěn)定性的影響，如對(duì)膠體安定性、機(jī)械安定性和稠化能力等的影響。

◇添加劑加劑量和種類。潤(rùn)滑油的添加劑雖然多半適用于潤(rùn)滑脂，但因潤(rùn)滑脂組成中的極性物質(zhì)有可能與添加劑產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)，在很多情況下要達(dá)到同樣的效果，潤(rùn)滑脂所需添加劑的加劑量與潤(rùn)滑油的也會(huì)不同。又如潤(rùn)滑油在必要時(shí)可使用高酸值或高堿值的添加劑，而潤(rùn)滑脂不能使用。

◇加入添加劑的工藝條件。添加劑大多屬于受熱不穩(wěn)定的化合物，而潤(rùn)滑脂制備過程大多是加熱到熱熔融狀態(tài)后再冷卻研磨制成，因此必須考慮加入添加劑的工藝條件。一般需先將添加劑溶于潤(rùn)滑脂的基礎(chǔ)油內(nèi)，然后在制脂冷卻過程中或循環(huán)冷卻時(shí)，將溶有添加劑的基礎(chǔ)油以冷卻方式加入脂內(nèi)。

表1 幾種基礎(chǔ)油稠化潤(rùn)滑脂性能的比較

潤(rùn)滑脂中應(yīng)用的添加劑

潤(rùn)滑脂常用添加劑的類型有結(jié)構(gòu)改善劑 、抗氧劑、金屬減活劑、摩擦改進(jìn)劑、極壓抗磨添加劑 、防銹劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑、黏附劑、固體添加劑和抗水聚合物等[13]。

結(jié)構(gòu)改善劑

結(jié)構(gòu)改善劑又稱穩(wěn)定劑或膠溶劑。它的作用是改善潤(rùn)滑脂的膠體結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到改善潤(rùn)滑脂的某些性能的目的。

結(jié)構(gòu)改善劑是一些極性較強(qiáng)但分子較小的化合物，如有機(jī)酸、甘油、醇、胺等。水也是一種常用的結(jié)構(gòu)改善劑。結(jié)構(gòu)改善劑的作用機(jī)理是：由于它含有極性基團(tuán)，能吸附在皂分子極性端間，使皂纖維中的皂分子的排列距離相應(yīng)增大，使基礎(chǔ)油膨化到皂纖維內(nèi)的量增大。此外，皂纖維內(nèi)外表面增大，皂油間的吸附也就增大。因此，在結(jié)構(gòu)改善劑存在時(shí)，可使皂和基礎(chǔ)油形成較穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)改善劑的類型隨稠化劑和基礎(chǔ)油而不同，如：甘油是一些皂基潤(rùn)滑脂的結(jié)構(gòu)改善劑；鋰基潤(rùn)滑脂中常加微量環(huán)烷酸皂；鈣基潤(rùn)滑脂中加少量水或醋酸鈣；鋇基潤(rùn)滑脂中加醋酸鋇；膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂中加微量水；鋁基潤(rùn)滑脂中加油酸等。

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)改善劑的加劑量過多或過少都對(duì)潤(rùn)滑脂的質(zhì)量有不利影響。例如，結(jié)構(gòu)改善劑過少，皂的聚結(jié)程度較大，膨化和吸附的油量較少，皂-油體系不安定；反之，結(jié)構(gòu)改善劑過多，也會(huì)造成膠體結(jié)構(gòu)的破壞，潤(rùn)滑脂的稠度降低。因此，結(jié)構(gòu)改善劑的加劑量要適當(dāng)。一般結(jié)構(gòu)改善劑的加劑量是由試驗(yàn)來確定的。

抗氧劑

潤(rùn)滑脂中抗氧劑的作用機(jī)理同潤(rùn)滑油一樣，主要是終止氧化反應(yīng)之鏈鎖反應(yīng)的反應(yīng)鏈，從而終止氧化反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，以延長(zhǎng)潤(rùn)滑脂的使用壽命。潤(rùn)滑脂的氧化主要是基礎(chǔ)油氧化的結(jié)果。由于皂基潤(rùn)滑脂中的金屬對(duì)氧化有催化作用，能加速基礎(chǔ)油的氧化，因此潤(rùn)滑脂比潤(rùn)滑油更易氧化。根據(jù)稠化劑中金屬種類的不同，催化效果也有所差異，如鋁、鈣等金屬皂化劑比鈉、鋰皂化劑的催化作用弱。

用于潤(rùn)滑脂的抗氧劑的類型包括有機(jī)胺、酚化合物、硫代氨基甲酸鹽、有機(jī)硫化物、磷化物等。有機(jī)胺，如N-苯基-α-萘胺、烷基苯胺等是一類高溫抗氧劑，在高溫下最有效，使用溫度可達(dá)150 ℃以上。酚化合物，主要是高相對(duì)分子質(zhì)量酚和烷基苯酚類化合物，在低溫下最有效，而高相對(duì)分子質(zhì)量酚比單酚類化合物的熱穩(wěn)定性好。有機(jī)硫化物有吩噻嗪類等。一般在潤(rùn)滑脂中將烷基酚型、仲胺型和取代酚型幾種抗氧劑復(fù)合使用，以適應(yīng)更寬溫度范圍下的工作要求。在某些情況下多種抗氧劑有協(xié)和作用，如0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）取代苯酚和0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）芳胺具有協(xié)和作用，見圖3[6]。

潤(rùn)滑脂中常用的抗氧劑品種見表2[2,14]。

硫代氨基甲酸鹽是具有抗氧、抗磨和抗腐蝕性能的多功能添加劑，以含鉬和鋅化合物居多。硫代氨基甲酸鹽可提高潤(rùn)滑脂的極壓性能，有時(shí)也可能影響其他性能，如抗氧性能，這就需要通過加入胺化合物來改善?？寡鮿?duì)一種有機(jī)黏土潤(rùn)滑脂氧化穩(wěn)定性的改善見表3[2]。

圖3 取代苯酚和芳胺復(fù)合的協(xié)和作用

表2 潤(rùn)滑脂中常用的抗氧劑

從表3可以看出，在有機(jī)黏土潤(rùn)滑脂中加入1.4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的2-正丁基雙二硫代氨基甲酸鉬（Molyvan A）后，潤(rùn)滑脂的極壓性和抗磨性都有改善，但在氧化穩(wěn)定性評(píng)定中，壓力降增大，氧化穩(wěn)定性下降。在潤(rùn)滑脂中再加入0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的烷基二苯胺（Molyvan NA）后，四球機(jī)燒結(jié)負(fù)荷保持不變，而壓力降減少了34 kPa，說明在保持了極壓性能的前提下，改善了氧化穩(wěn)定性。

金屬減活劑

金屬減活劑是由含S、P、N或其他一些非金屬元素組成的有機(jī)化合物。由于皂基潤(rùn)滑脂中的金屬對(duì)氧化有催化作用，加速基礎(chǔ)油的氧化，為了提高抗氧化效率，還需要抑制金屬的催化作用。在潤(rùn)滑脂中，多數(shù)是將抗氧劑與金屬減活劑復(fù)合使用，以實(shí)現(xiàn)增效作用。所謂的金屬減活劑有兩種：螯合劑和鈍化劑.螯合劑通過與金屬反應(yīng)捕獲催化金屬來形成活性較低的物質(zhì)。鈍化劑作用于金屬表面，或在金屬表面形成保護(hù)層[15]。因而它不僅抑制了金屬或其離子對(duì)氧化的催化作用，成為有效的抗氧劑，同時(shí)也是一類很好的銅腐蝕抑制劑、抗磨劑、防銹劑。以下幾類物質(zhì)可作為潤(rùn)滑脂中有效的金屬減活劑：

◇含有氮或硫、胺、硫化物和磷酸鹽的有機(jī)化合物；

◇2,5-二巰基-1,3,4-噻二唑的衍生物；

◇三唑，苯并三唑和甲苯基三唑；

◇二亞水楊基丙二胺。

摩擦改進(jìn)劑

一般在潤(rùn)滑油中摩擦改進(jìn)劑的作用原理也適用潤(rùn)滑脂，具體可參考參考文獻(xiàn)[2]及本專欄第9講：摩擦改進(jìn)劑的分類、作用機(jī)理、主要品種及應(yīng)用，本文在此不作詳述。

極壓抗磨劑

極壓抗磨劑包括含硫化合物、含磷化合物、有機(jī)金屬化合物、硼酸鹽和其他化合物。為了改進(jìn)潤(rùn)滑脂的抗磨性和極壓性，可以混合使用2種或更多的添加劑。潤(rùn)滑脂中常用的抗磨劑和極壓劑見表4[14]。

二烷基二硫代氨基甲酸鹽是近20多年來引人注目的一類通用多效添加劑，已成功地用于許多潤(rùn)滑脂、發(fā)動(dòng)機(jī)油及工業(yè)潤(rùn)滑油中。二烷基二硫代氨基甲酸的二價(jià)和三價(jià)金屬鹽，是潤(rùn)滑劑的多效能添加劑，如二丁基二硫代氨基甲酸鉬、銻、鉛等化合物，具有抗氧化、抗磨和極壓劑的功能，有的還具有金屬鈍化劑的功能。鋅鹽和鎘鹽主要用作抗氧劑，但也兼有一些抗磨和極壓性能。鉬、鉛、銻鹽主要用作抗磨極壓添加劑，但也兼有一些抗氧化性能。鋅鹽還可起到金屬鈍化劑的作用。

表3 抗氧劑對(duì)有機(jī)黏土潤(rùn)滑脂的氧化穩(wěn)定性的改善

表4 潤(rùn)滑脂中常用的抗磨劑和極壓劑

應(yīng)該注意的是，同一類型的添加劑及不同類型添加劑在同一種潤(rùn)滑脂中或不同潤(rùn)滑脂中的效果是不一樣的，同一個(gè)添加劑對(duì)某些潤(rùn)滑脂效果好，而在另一種潤(rùn)滑脂中效果差甚至相反。單一添加劑有時(shí)能夠滿足應(yīng)用和規(guī)范的要求，但添加劑的復(fù)合使用既可以產(chǎn)生協(xié)和效應(yīng)又會(huì)產(chǎn)生對(duì)抗效應(yīng)，從而對(duì)加劑量造成影響。通常多功能EP潤(rùn)滑脂的復(fù)合添加劑包含5種不同的添加劑單劑，約占產(chǎn)品重量的4%。一個(gè)典型的多功能EP潤(rùn)滑脂復(fù)合劑組成見表5[6]。

以下幾個(gè)例子是單一添加劑和幾個(gè)添加劑復(fù)合使用的情況[2]。

將4個(gè)含有機(jī)鉬的不同添加劑以相同的加劑量加入同一個(gè)復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂中，考察其抗磨性能，結(jié)果見表6。

由表6可見，Molyvan L的抗磨性能最好，Molyvan A抗磨性能最差。這可能是因?yàn)镸olyvan A是粉末物質(zhì)，在潤(rùn)滑脂中任何不均勻性的分散可能導(dǎo)致潤(rùn)滑脂的磨痕直徑增大。

通常，2種或2種以上添加劑復(fù)合后比單一添加劑有更好或更差的性能，因?yàn)橛械目赡苁菂f(xié)和效應(yīng)，而有的則可能具有對(duì)抗效應(yīng)。幾種添加劑在復(fù)合鋁基基礎(chǔ)脂中的應(yīng)用效果見表7。Desiluble 88（磷酸鹽/硫代硫酸鹽混合物）與MoS2復(fù)合后在復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂和復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂中的極壓抗磨性能見表8。

由表7可見，單一的Irgalube63的極壓/抗磨性能比單一的Irgalube TPPT好；而Vanlube 829與Irgalube TPPT 復(fù)合及Vanlube 829與Irgalube 63復(fù)合后的的極壓性能都比單一的Vanlube 829或Irgalube TPPT的效果好，由于負(fù)荷增加，所以抗磨性能變差了。

表5 多功能EP潤(rùn)滑脂：典型的復(fù)合劑

表6 復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂中添加不同有機(jī)鉬化合物的抗磨性能

表7 幾種添加劑在在復(fù)合鋁基基礎(chǔ)脂中的應(yīng)用效果

由表8可見，Desiluble 88與MoS2復(fù)配，在復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂中的極壓性能不變而抗磨性能變差，表現(xiàn)出對(duì)抗效應(yīng)，而在復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂中的極壓及抗磨性能都得到改善，表現(xiàn)出協(xié)和效應(yīng)。

此外，不同類型的潤(rùn)滑脂（如鋁基和鋰基潤(rùn)滑脂）對(duì)有灰和無灰極壓抗磨劑的感受性是有差異的。有灰極壓抗磨劑Desiluble 88和無灰極壓抗磨劑Irgalube 63在復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂與復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂中的應(yīng)用效果見表9。

由表9可見 Desiluble 88將復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂和復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的極壓性能提高了很多，而Irgalube 63對(duì)極壓性能雖然有提高，但幅度相對(duì)較小。

防銹劑[2,16]

一般來說，潤(rùn)滑脂本身就有較厚的覆蓋油膜.具有防銹性，故在通常條件下不添加防銹劑。但近年來都要求潤(rùn)滑脂具有良好的防銹性，因而提出了添加防銹劑的要求。有時(shí)為了提高潤(rùn)滑脂的極壓性能，可能會(huì)加入極壓劑，導(dǎo)致對(duì)金屬材料的腐蝕，為此也需要加入防銹劑。但由于防銹劑是極性化合物，或多或少地對(duì)潤(rùn)滑脂的膠體結(jié)構(gòu)有破壞作用。

防銹劑與其他添加劑一樣，也很少單獨(dú)使用，而是將幾種添加劑復(fù)合使用，不僅是防銹劑之間復(fù)合，也采用不同類型的添加劑復(fù)合使用以達(dá)到增效作用。以下幾個(gè)例子說明了防銹劑與其他類型添加劑之間的復(fù)合效果。

金屬減活劑與極壓抗磨劑復(fù)合能抑制對(duì)銅片的銹蝕，含MoDTC的聚脲基潤(rùn)滑脂與DMS2-GL復(fù)合的效果見表10。

由表11可見，在聚脲基潤(rùn)滑脂中加入MoDTC后，銅片腐蝕試驗(yàn)不合格，但在將MoDTC與DMS2-GL（二硫化2,5-二巰基-1,3,4-三噻重氮 二聚物和聚乙二醇 ）復(fù)合后，其銅片腐蝕從4a級(jí)降到1b級(jí)，有很大的改善。

表8 Desilube 88和MoS2復(fù)配在復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂/復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂中的極壓抗磨性能

表9 硫-磷型添加劑在復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂與復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂中的應(yīng)用效果

極壓抗磨劑Vanlube 73[三（二烷基二硫代氨基甲酸）銻 ]與防銹劑Na-sul ZS-HT（二壬基萘磺酸鋅/羧酸鋅復(fù)合物 ）在12-羥基硬脂酸鋰基脂中的復(fù)合應(yīng)用效果見表11。

由表11可見，將Vanlube 73與Na-sul ZS-HT復(fù)配使用，與單獨(dú)使用Vanlube 73相比，燒結(jié)負(fù)荷PD仍保持在2 450 N，而磨痕直徑從0.73 mm下降到0.47 mm，抗磨性能得到大大改善。

碳酸鈣能提高復(fù)合鋁基基礎(chǔ)脂的極壓抗磨性能；而Amine O和Sarkosyl O這2種防銹劑能使復(fù)合鋁基基礎(chǔ)脂通過ASTM D1743防銹試驗(yàn)，但對(duì)抗磨性能有不利影響。碳酸鈣與Amine O和Sarkosyl O在復(fù)合鋁基基礎(chǔ)脂中的復(fù)合應(yīng)用效果見表12。

表10 含MoDTC的聚脲基潤(rùn)滑脂與DMS2-GL復(fù)合的效果

表11 極壓抗磨劑與防銹劑在12-羥基硬脂酸鋰基脂中復(fù)合后應(yīng)用效果

表12 極壓劑與防銹劑復(fù)合后的協(xié)合作用

由表12可見，碳酸鈣與Amine O和Sarkosyl O這2種防銹劑復(fù)配使用，既提高了復(fù)合鋁基基礎(chǔ)脂的極壓抗磨性能，又通過了ASTM D1743防銹試驗(yàn)，起到了良好的協(xié)同作用。

黏度指數(shù)改進(jìn)劑[12,17,18]

黏度指數(shù)改進(jìn)劑通常是油溶性有機(jī)聚合物。在潤(rùn)滑脂中，聚合物可以與皂增稠劑形成互相滲透的網(wǎng)絡(luò)，提高黏性、抗水性以及增加油的增稠能力、改善黏溫性能和氧化穩(wěn)定性等。為了改善油脂的抗水性，聚合物必須形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)可以通過結(jié)晶相[例如半結(jié)晶OCP（烯烴共聚物）]和較少溶解的硬相[例如SEBS（苯乙烯/乙烯/丁烯共聚物）]，通過氫鍵（例如酸酐接枝的OCP）或通過長(zhǎng)鏈纏結(jié)進(jìn)行物理交聯(lián)來形成，見圖4。

如將1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的高相對(duì)分子質(zhì)量聚異戊二烯加入植物油基潤(rùn)滑脂中，在水噴淋試驗(yàn)中，油脂損失從83%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）下降到17%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。通過將1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的乙丙共聚物添加到礦物油基潤(rùn)滑脂中，油脂損失從73%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）下降到15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

在基礎(chǔ)潤(rùn)滑脂A中加入不同的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，樣品的水噴淋、水沖洗性能和錐入度見表13。

圖4 聚合物與皂稠化劑形成互相滲透的網(wǎng)絡(luò)示意

表13 不同黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)基礎(chǔ)潤(rùn)滑脂A性能的影響

由表13可見，相對(duì)于基礎(chǔ)潤(rùn)滑脂A，所有聚合物添加劑的添加都改善了水噴淋性能。OCP-P聚合物的表現(xiàn)尤其突出，它是1種專利產(chǎn)品，可顯著改善水沖洗和水噴淋性能。

黏附劑

對(duì)于開式齒輪、鏈條、齒條、彈簧和軌道等機(jī)械裝置來說，長(zhǎng)期受到慣性和振動(dòng)的影響。潤(rùn)滑脂極易脫落而失去潤(rùn)滑作用。為防止?jié)櫥w散、改進(jìn)潤(rùn)滑性和延長(zhǎng)潤(rùn)滑壽命，需要在潤(rùn)滑脂中加入一定量的黏附劑。另外，潤(rùn)滑脂在重型設(shè)備中使用時(shí)通常要承受強(qiáng)大的沖擊力。當(dāng)使用黏附劑時(shí)，潤(rùn)滑脂能獲得額外減震的緩沖性能。潤(rùn)滑脂的黏附性能夠改善潤(rùn)滑脂對(duì)金屬的附著力，使?jié)櫥菀妆Ａ粼谀Σ帘砻?，從而避免軸承及配件處潤(rùn)滑脂被甩落，同時(shí)加有黏附劑的潤(rùn)滑脂的抗水性得以大大提高。黏附劑都是一些高分子化合物，常用的有高相對(duì)分子質(zhì)量聚異丁烯（PIB）、聚丁烯、乙烯-丙烯共聚物、OCP。

潤(rùn)滑脂著色劑[19]

現(xiàn)代潤(rùn)滑脂中通常不需要加入一些著色劑，但有些潤(rùn)滑脂由于稠化劑本身帶顏色，或因所使用的添加劑、基礎(chǔ)油具有某種特殊顏色而顯示出不同的顏色。只有少數(shù)一些需要特殊外觀的產(chǎn)品或廠家為了將本廠產(chǎn)品與其他廠家產(chǎn)品加以區(qū)別，才加入一些著色劑，賦予潤(rùn)滑脂各種顏色。著色劑的種類非常多，生產(chǎn)廠家也分布在各地，每年都有新的著色劑品種出現(xiàn)，但是真正能用于潤(rùn)滑脂的種類并不多。由于潤(rùn)滑脂中使用的著色劑都是油溶性的，并且要求很容易顯色，所以著色劑的加劑量都很小，不會(huì)對(duì)潤(rùn)滑脂的其他性能有所影響。以黃色顏料（油沙黃和油溶黃）為例，加入后會(huì)賦予潤(rùn)滑脂各種黃顏色外觀，最常用于鈣基潤(rùn)滑脂中（正因?yàn)殁}基潤(rùn)滑脂通常呈現(xiàn)黃顏色，所以人們通常把潤(rùn)滑脂叫做黃油）。其他常用的潤(rùn)滑脂著色劑還有橙色黃（油溶橙）、紅色顏料（油溶紅和油溶紅G）和綠色顏料等。

固體添加劑

有些資料認(rèn)為，潤(rùn)滑脂由基礎(chǔ)油、稠化劑、添加劑和填充劑4部分組成[20]。填充劑實(shí)際上也是添加劑的一個(gè)品種，是潤(rùn)滑脂使用的固體添加劑。固體添加劑是用于改善潤(rùn)滑脂的極壓抗磨性能和降低摩擦的有機(jī)化合物或無機(jī)化合物，當(dāng)潤(rùn)滑劑漏失時(shí)起保護(hù)作用。為了改善潤(rùn)滑脂在高溫下的潤(rùn)滑性和極壓抗磨性、降低摩擦系數(shù)和增強(qiáng)密封性，經(jīng)常向潤(rùn)滑脂中添加非油溶性固體添加劑。固體添加劑具有多方面的作用。當(dāng)潤(rùn)滑脂在高溫下，經(jīng)受沖擊負(fù)荷或振動(dòng)負(fù)荷時(shí)，固體添加劑具有補(bǔ)強(qiáng)功能，可以防止摩擦件過熱、異常磨損或卡咬。在大型挖土機(jī)的軸承中，載荷的快速加載會(huì)在溶解的極壓添加劑反應(yīng)生成犧牲膜以前引起金屬的擦傷。因此，固體添加劑在潤(rùn)滑脂中被用來提供在沖擊載荷過程中金屬表面的物理分離，這些潤(rùn)滑劑一般能夠在金屬表面形成膜來降低滑動(dòng)摩擦。

大多數(shù)時(shí)候，添加固體添加劑的主要目的是提高潤(rùn)滑脂的承載性能，特別是在滑動(dòng)和沖擊載荷的情況下。對(duì)于速度慢、負(fù)荷大的應(yīng)用場(chǎng)合，添加固體潤(rùn)滑劑（如二硫化鉬）可能是防止磨損問題的唯一方法。固體添加劑形成易于剪切的結(jié)構(gòu)平面，像甲板上的撲克牌一樣相互滑動(dòng)，見圖5[6]。

固體添加劑品種很多，本文著重介紹石墨、二硫化鉬（MoS2）、氮化硼（BN）和聚四氟乙烯（PTFE）等4種固體添加劑在潤(rùn)滑脂中的應(yīng)用[13,21]。

石墨

石墨是碳的同素異構(gòu)體，它具有良好的耐壓抗磨性、化學(xué)和輻射穩(wěn)定性，不溶于水、抗強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，一般作為抗磨添加劑加入潤(rùn)滑脂中。石墨加入潤(rùn)滑脂后，由于石墨的晶體對(duì)于粗糙不平的金屬表面有填平作用，因而提高了潤(rùn)滑脂的耐壓強(qiáng)度。石墨的高溫穩(wěn)定性特別好，它是溫度越高強(qiáng)度越大的稀有物質(zhì)，從常溫到2 500 ℃的溫度范圍內(nèi)，其抗拉、抗彎和抗壓強(qiáng)度均隨溫度的上升而增大，最大值可達(dá)常溫的2倍。在潤(rùn)滑脂中一般加入鱗片狀石墨或膠體石墨1%～3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），最多可加到10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。由于石墨脂主要用在高負(fù)荷的機(jī)械設(shè)備上，因而多用高黏度潤(rùn)滑油。又由于石墨能在金屬表面形成堅(jiān)固的潤(rùn)滑膜，并有抗水性能，因此石墨脂也適合應(yīng)用于水壓機(jī)、礦山機(jī)械、壓延機(jī)等重型機(jī)械軸承和大型齒輪。

石墨也被用作鈦復(fù)合潤(rùn)滑脂的添加劑。一般的應(yīng)用中，非極壓條件下，鈦復(fù)合潤(rùn)滑脂一般不含任何添加劑或石墨；在特殊應(yīng)用中，如水泥廠的矢圈輪（Girth Gear）和鋼廠設(shè)備的極壓重負(fù)荷條件下，摻合了一定比例石墨的鈦復(fù)合潤(rùn)滑脂取得了理想的應(yīng)用效果。

石墨和MoS2按一定比例調(diào)配具有協(xié)和效應(yīng)，在潤(rùn)滑脂中摻入3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）石墨和2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）MoS2后，燒結(jié)負(fù)荷PD從3 087 N提高到6 860 N，而磨痕直徑從0.6 mm降到0.5 mm。

圖5 固體添加劑潤(rùn)滑機(jī)理示意

二硫化鉬

MoS2的潤(rùn)滑性在抗磨固體添加劑中居首位，僅在特殊條件下才次于石墨和BN。MoS2由硫和鉬原子組成的蘭灰色六方晶形，無論把MoS2研磨得多么細(xì)，它仍具有一定的層狀結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑性質(zhì)。天然或合成高純度MoS2含量不低于98.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。粉末狀MoS2可用作潤(rùn)滑脂的組分，其主要粒度范圍為1～8 μm。在大氣壓下，MoS2的使用溫度范圍可達(dá)-150～300 ℃。在這種條件下，MoS2能黏附在很多金屬表面，并且所形成的固體潤(rùn)滑膜的強(qiáng)度超過3 450 MPa。MoS2的潤(rùn)滑性能在許多場(chǎng)合下優(yōu)于石墨。當(dāng)溫度低于400 ℃時(shí)，對(duì)于高承載潤(rùn)滑條件下來說，MoS2是最有效的。但MoS2在350 ℃時(shí)會(huì)發(fā)生氧化，故其高溫特性比石墨差；而且其價(jià)格也比石墨貴。MoS2還能夠在干燥或真空環(huán)境中起到潤(rùn)滑作用，而石墨卻不能。因此，MoS2多用于金屬模具的潤(rùn)滑，而很少用于消耗量大的坯料的潤(rùn)滑。MoS2在高載荷下可以生成鐵的硫化物（如FeS）或鐵-鉬硫化物，從而防止燒結(jié)。

潤(rùn)滑脂中膠體MoS2的加劑量一般在1%～10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），添加最多的是鈣基潤(rùn)滑脂、鋰基潤(rùn)滑脂、復(fù)合皂基潤(rùn)滑脂等。

氮化硼

BN又稱為白石墨或一氮化硼、氮化硼超微粉末、氮化硼棒、六方氮化硼，是一種柔軟、白色、光滑的粉末，也是具有獨(dú)特性能的陶瓷潤(rùn)滑添加劑。當(dāng)石墨和MoS2的性能不能滿足要求時(shí)，BN可以作為一種應(yīng)用于特殊領(lǐng)域的典型固體潤(rùn)滑劑。

BN具有如下特點(diǎn)：

◇抗氧化溫度可高達(dá)1 000 ℃，在高溫時(shí)具有良好的潤(rùn)滑性。

◇具有很強(qiáng)的中子吸收能力。

◇化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)各種無機(jī)酸、堿、鹽溶液及有機(jī)溶劑均有相當(dāng)?shù)目垢g能力，對(duì)幾乎所有的熔融金屬都呈化學(xué)惰性，能耐高溫至2 000 ℃。在氮?dú)饣驓鍤庵惺褂脮r(shí)，BN的使用溫度可達(dá)2 800 ℃。

因此，在干燥或潮濕的環(huán)境中，BN都能實(shí)現(xiàn)有效的潤(rùn)滑。BN比石墨和MoS2具有更好的抗氧化性能，并在其允許的工作溫度范圍內(nèi)保持著潤(rùn)滑性，這使得BN可被應(yīng)用于很高的工作溫度時(shí)的潤(rùn)滑；由于BN的熔點(diǎn)高于3 100 ℃，因此其可被用作潤(rùn)滑脫模劑。但BN價(jià)格較貴。

聚四氟乙烯

與石墨、MoS2、BN等無機(jī)固體潤(rùn)滑劑不同，PTFE是一種有機(jī)高聚物。20世紀(jì)40年代初期，PTFE就被用作潤(rùn)滑劑。PTFE的耐磨性差，但化學(xué)穩(wěn)定性很好，在高達(dá)260 ℃的溫度下仍能表現(xiàn)出良好的潤(rùn)滑性能。PTFE比其他任何固體潤(rùn)滑劑的靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)都要小。PTFE與MoS2、石墨的黏合膜摩擦系數(shù)的比較見表14。

表14 幾種固體潤(rùn)滑劑的黏合膜摩擦系數(shù)的比較

PTFE的摩擦系數(shù)隨負(fù)荷增加而下降，隨摩擦速度的增加而上升，可廣泛用作潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油的固體潤(rùn)滑添加劑。

幾種代表性的固體潤(rùn)滑劑添加劑的基本潤(rùn)滑性質(zhì)見表15[22]。

潤(rùn)滑脂添加劑的類型和品種匯總

將應(yīng)用在潤(rùn)滑脂中的所有添加劑類型及品種列入表16中[14]。

潤(rùn)滑脂及其添加劑應(yīng)用的未來趨勢(shì)[18]

☆未來對(duì)潤(rùn)滑脂的需求與流體潤(rùn)滑劑是相似的。人們對(duì)潤(rùn)滑脂的期望是，在更高的壓力下有更長(zhǎng)的使用壽命、更高的工作溫度和更少的脂消耗量。這就要求潤(rùn)滑脂使用更穩(wěn)定的稠化劑、合成基礎(chǔ)油和性能更好的極壓抗磨劑，以延長(zhǎng)其功能壽命。

☆潤(rùn)滑脂使用的添加劑可能會(huì)有逐漸過度到向不含金屬添加劑的趨勢(shì)。隨著人們對(duì)潤(rùn)滑脂的期望越來越高，用無灰添加劑取代金屬基表面活性添加劑的難度越來越大，價(jià)格也越來越昂貴。

☆隨著應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)潤(rùn)滑脂性能的要求越來越嚴(yán)格，需要潤(rùn)滑脂在較高溫度下工作更長(zhǎng)時(shí)間。設(shè)備制造商正在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)更小、更輕部

件，以提供更高的功率密度。較高的功率密度意味著較高的工作溫度，將對(duì)所使用的潤(rùn)滑脂的類型和質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。為滿足以上要求，目前正在研制具有更好熱穩(wěn)定性的潤(rùn)滑脂添加劑。

表15 代表性固體潤(rùn)滑劑添加劑的性質(zhì)

表16 潤(rùn)滑脂用添加劑的類型及品種

（續(xù)表16）

☆軸承用戶希望獲得使用壽命更長(zhǎng)的潤(rùn)滑脂，以減少油脂消耗和浪費(fèi)，減少頻繁的再循環(huán)，降低對(duì)環(huán)境的影響。將抗磨劑和抗氧劑合理復(fù)配，可以顯著提高潤(rùn)滑脂壽命。同時(shí)，這些添加劑必須具有較低的人體毒性和生態(tài)毒性，符合環(huán)境的要求。

☆高性能潤(rùn)滑脂如復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂、復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂、磺酸鈣基潤(rùn)滑脂和聚脲基潤(rùn)滑脂將逐漸取代具有較不理想特性的潤(rùn)滑脂。這種趨勢(shì)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)和可持續(xù)性：前者有利于制造更緊湊、更高效的機(jī)械，同時(shí)還能提供更高的功率輸出；后者將迫使人們尋求長(zhǎng)壽命或終身密封潤(rùn)滑脂。這將增加對(duì)更先進(jìn)的添加劑的需求，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同稠化劑類型潤(rùn)滑脂的性能要求。即使是復(fù)合磺酸鈣基潤(rùn)滑脂也可能需要加入額外的添加劑，以使其適合極端情況。