固体添加剂在润滑脂中的应用研究

合成润滑材料2SYNTHETIC LUBRICANTS2008年35卷第4期文章编号:1672- 4342008)04 - 0012- 05固体添加剂在润滑脂中的应用研究射凤.2季峰2(1中国矿业大学,徐州21008;2 徐州空军学院，徐州21000)摘要:介绍了固体添加剂在润滑脂中的应用研究情况,并讨论了固体添加剂的配伍性、表面修饰以及自修复问题。关键词:固体添加剂;润滑脂;应用中圈分类号:TE 624.83文献标识码:A固体润滑剂以其良好的润滑性和耐化学安定按照化合物的分类进行介绍。性已经得到了广泛认可,但在实际应用中,由于它1.1 金属类固体润滑剂们在润滑油中分散的不均匀性而受到限制。研究金属作为润滑材料早已应用在轴承上,而现在发现,即使是颗粒很细的粒子,在润滑油中最终也已开始逐步应用于航天工业。金属类润滑剂作为会产生沉淀。而在半流体脂中,超细粒子的分散稳润滑材料具有如下特点:(1)作为固体润滑材料使定性有了很大的改善,因而被作为润滑脂添加剂广用的金属具有面心立方晶格,因而它们的晶格都具泛应用和研究。当初,添加固体润滑剂的油脂都是有各向同向性。从晶体没有方向性这-性质来看,为在高温和高负荷条件下使用。现在为提高润滑金属具有与高粘度流体相似的润滑行为;(2)金属性能,常规领域中也开始利用添加固体润滑剂的油之所以具有固体润滑作用,主要因为它的剪切强度脂。分散在润滑油脂中的固体润滑剂反复进行着低。金属的纯度越高其剪切强度越低,越容易在粘着、微细化和从摩擦表面脱离的过程2]。金属内部产生滑移,因而它具有自行修补性;(3)常见的含固体润滑剂的润滑脂有石墨钙基润蒸发率低,因而它们能适用于几百摄氏度的高温和滑脂.4号石墨烃基润滑脂、MoS复合钙基润滑脂、真空环境工作。而金属的许多化合物则继承了单MaS2,锂基润滑脂、MoS2合成复合铝基润滑脂和膨质金属的这些优点,有些甚至更优于金属单质,下润土润滑脂等。在高负荷情况下,添加固体润滑剂面将具体讨论。.都具有减少磨损的效果，而且添加量越大,效果越1.1.1金属单质类固体润滑剂明显。因此,在以固体润滑剂做润滑主体的情况以往的研究和实践表明,金、银、铅、锌、锡和铟下,其添加量越多越好。但是,如果固体润滑剂的等软金属才可以作为固体润滑剂。但目前的研究添加量过多,润滑油脂作为载体的作用就会明显减表明,将纳米级的镍、铜、铋及其合金粒子作为添加弱,因而必须合理地确定固体润滑剂与载体的比剂可以更显著地改善润滑剂的摩擦学性能。目前例。因此,对固体润滑剂的种类、固体添加剂的复纳米粒子作为润滑脂添加剂的研究还相对较少,考虑到纳米粒子添加到润滑脂中具有分散稳定、不易配修饰.修复等研究进行了综述。沉淀的优点将会在润滑脂中有较好的应用前景。1单体润滑剂类在过去,单体润滑一直都是润滑领域中的主要石油大学机电工程学院的王德国教授等人31方法。顾名思义,单体润滑就是在需要润滑的方位用Falex摩擦磨损试验机考察了镍、钴、铬、钼、铁/上,选取合适的固体润滑剂类型,直接覆被于摩擦钴及铁/镍合金纳米粒子作为添加剂加人润滑脂的表面上,或加人润滑油脂中,以完成润滑目的。单摩擦学行为,结果表明,镍、钴、铬、钼、铁/镍和铁/体润滑由于其添加剂固定,性质稳定,易于为人们中国煤化工掌握,且经济节约等优点,即使在现在,某些领域MYHC N M H G士研究生,从事润中,仍倾向于使用单体润滑。本部分将单体润滑剂滑剂添加制的研究与开发,已发表论文数篇。2008年35卷第4期谢凤等.固体添加剂在润滑脂中的应用研究钴合金纳米粒子在润滑脂中具有较好的稳定性,能初步的探讨。通过四球机试验对加人超细二硫化够提高润滑脂的润滑效果,其减摩抗磨及承载能力钨粉末的高温锂基润滑脂在常温和高温下摩擦磨均比基础脂有较大的改善纳米粒子的最佳质量分损性能的研究认为,常温下,基础脂中加人二硫化数约为3%,合金纳米粒子比金属单体纳米粒子的钨粉末可提高润滑脂的承载能力,并大大降低了润.润滑效果好;金属纳米粒子的润滑作用机理是其在滑脂的摩擦因数;高温下,添加了二硫化钨的润滑摩擦表面形成不同于金属本体的表面层,即形成合脂的极压性能和常温下基本-样,抗剪切能力稍有金层和表面膜,能够提高表面硬度,改善表面塑性下降;在高温下二硫化钨能表现出良好的摩擦磨损变形特性,具有自修复功能,降低表面粗糙度,使抗性能是由于它可与金属表面迅速反应生成较厚、熔粘着效果大大提高。点高、剪切强度低,与金属表面结合牢固的无机膜,江汉石油钻头股份公司的樊凤山4用纳米金保护其表面不会发生胶合,并且由于二硫化钨缓慢属添加剂对润滑脂进行改性，分析了纳米金属添加氧化形成氧化钨( WO,),氧化钨的形成能抑制二硫剂对润滑脂性能的影响,认为纳米金属添加剂对不化钨的进-步氧化,并且氧化钨具有很低的摩擦因同润滑脂润滑性能的改善效果不同,对普通润滑脂数和与二硫化钨相似的润滑性能。的效果比较明显,对于润滑性能比较优异的润滑脂1.2 无机非金属类的作用不大;加人纳米金属添加剂对润滑脂的性能无机非金属类物质主要是以碳族为主的层状有不同程度的影响,有的金属纳米粒子会严重影响无机非金属单质或化合物，它们之所以具有良好的润滑脂的氧化安定性,有的金属纳米粒子会严重影润滑性能,主要是因为其具有独特的层状结构。以响润滑脂的结构稳定性能,使润滑脂稠度变小,机层状二氧化硅为例,层状二氧化硅的结构主要是硅械安定性能变差。和氧有序排列,彼此相连形成一层，每层之间由相1.1.2金属化合物许多金属化合物因其优良的润滑性能,正越来互作用较弱的范得华力相连,其内部结构的结构单越多地应用于各种润滑场合。这类润滑剂继承了位都是SiO,四面体,硅占据四面体的中心，四个氧金属基的低剪切强度外,由于其金属价态和分子结原子则占据四个顶角。层状二氧化硅是-种极为构的变化,使其抗氧化安定性等得到了改善。有序排列的聚合结构,它是许多Si0, 四面体通过金属化合物类润滑添加剂主要代表物质有二共用顶角氧原子而连接成层状结构。因此,在摩擦硫化钼、二硫化钨、氧化锑和氧化铜等，在实际生产过程中,层与层之间容易产生滑移而降低剪切强度,以达到润滑减摩的目的。此类润滑添加剂的代和研究中被广泛应用。石油大学的王德国教授等人51考察了几种耐表物质有石墨.SiO2、金刚石等。近年来通过研究，高温效果较好具有不同晶体结构的纳米金属氧化亦发现其它族非金属化合物有良好的抗磨性,如物作为润滑脂添加剂的摩擦学行为,并对纳米粒子BN等。BN的结构有六方晶系.棱面晶系、立方晶的耐磨减摩作用机理进行了探讨。指出氧化物纳系(硬度与金刚石相同,可作研磨材料用)和乱层结米粒子在润滑脂中具有较好的稳定性;所采用的几构等,作为润滑剂使用的BN是专指六方晶系而种氧化物纳米粒子能够提高润滑脂的润滑效果,或言,结晶体很类似石墨。BN 微粉具有良好的耐热摩抗磨及载荷承载能力均比基础脂有较大的改善;性化学稳定性和电绝缘性,适宜作高温润滑剂,并纳米粒子的润滑效果与其粒径及晶体结构都有关可作减摩绝缘隔热材料,或做特种树脂的填充料。系;氧化物纳米粒子的润滑作用机理是其在摩擦表1.2.1 石墨面形成不同于金属的表面膜,即形成金属陶瓷颗粒石墨(含氟化石墨)是具有六方晶系的晶体结的复合材料沉积膜能够提高表面硬度,改善表面构,因为与基础面平行的面间结合力弱,所以这些的特性,具有自修复功能,降低了表面粗糙度,使抗晶体在其面间都很容易被剪切,亦即摩擦力小。同中国煤化工所以承载能力中南大学的熊文等人6则研究了超细二硫化强,剂的最佳性质。钨粉末(0.3 pμm~ 0.5 pum )作为极压添加剂,对高石墨MH.CN MHC式用于各种润温锂基润滑脂摩擦性能的影响,并对其作用机理作滑场合。.合成润滑材料14SYNTHETIC LUBRICANIS2008年35卷第4期上海大学润滑研究室的张玉伟等人对石墨粉1.3 有机类在半流体脂中的分散稳定性和摩擦行为进行了考有机物类润滑材料历来是比较传统的润滑添察,研究了其抗磨性(四球机长期磨损)、承载能力加剂,因其较稳定的物化性质被广泛地应用于润滑(Pp值)和摩擦因数,同时通过台架试验,发现石墨领域。其最大优点是除了以粉末形式作为润滑添超细粒子润滑添加剂具有良好的润滑特性和分散加剂加人到其他润滑剂中外,一般都作为基材,添稳定性”。加其他固体润滑剂(如二硫化钼等)后制作成高分1.2.2二氧化硅.子基复合润滑材料。主要代表有各种高分子材料、胶体二氧化硅是用于生产润滑脂的非皂基无各种树脂和塑料、三聚氰胺氰尿络合物(MCA)等。机稠化剂,因其受热不熔化,将其添加至润滑脂中后勤工程学院的蒋明俊等人[0]考察了4种硫后,不仅能够改善润滑脂的抗磨和承载性能，而且.代氨基甲酸盐(钼锌、锑.铅)分别对锂/钙基脂、复可以提高基础脂的热安定性。王德国教授固用合锂基脂、复合锂/钙基脂摩擦学性质的影响,并利Falex摩擦磨损试验机考察了球形和微孔型非晶纳用热分析和质谱分析研究了二烷基二硫代氨基甲米SiO2粒子及其与油酸复配,作为润滑脂添加剂酸盐的热性质及分子裂解规律,探讨了这些性质和的摩擦学行为,并对其耐磨减摩作用机理进行了探规律与抗磨极压性的关系,还对摩擦试验后钢球磨讨,表明SiO2纳米粒子在润滑脂中具有较好的稳斑进行了SEM分析,从而揭示硫代氨基甲酸盐的定性;Si02纳米粒子能提高润滑脂的润滑效果,减抗磨作用机理。4种硫代氨基甲酸盐均能不同程摩抗磨性能及承载能力比基础脂有较大的改善;度地提高润滑脂的抗磨极压性,这是因为二烷基二SiO2纳米粒子在添加质量分数约为4%时具有最佳硫代氨基甲酸盐在摩擦作用下分解,生成烃类碎的效果,与油酸复配具有较好的协同效应;Si02纳片、金属硫化物以及硫与摩擦表面反应生成FeS表面膜,从而提高润滑脂的抗磨性。其中钥盐的效果米粒子的润滑机理是其在摩擦表面形成复合材料最好,原因是钼盐分解时有MoS2生成,而MoS2具层,与油酸复配后在摩擦界面的吸附膜,可进一步有填平和润滑作用。改善界面的特性。2复配、修饰和自修复类1.2.3金刚石尽管单体润滑剂具有许多优点,但在长期的实采用爆炸法合成的纳米金刚石颗粒或称超精践过程中,人们逐渐发现单体润滑也存在许多不尽细金刚石(简称UDD),是- -种具有实用价值的新兴如人意的地方。首先,单体润滑虽然性质稳定,但纳米材料,近年来受到了国内外学者的广泛关注。某一种润滑添加剂的应用场合过于单一,而将多种哈尔滨工业大学的张峰等人[9]利用自制的球/棒疲添加剂按比例混合后则对于深入认识固体润滑添劳试验机,研究了纳米金刚石粉对钢球接触疲劳寿加剂与扩大其应用范围具有重要的理论与实际意命的影响。借助于扫描电子显微镜和能谱仪，分析义,因而研究人员已经广泛开展了各种经典润滑添了纳米金刚石粉抗滚动接触疲劳的机理,表明与基加剂的复配规律的研究。其次,纳米材料具有的小础脂相比,添加纳米金刚石粉后钢球的疲劳寿命都尺寸效应、表面与界面效应、氢键以及其他化学键得到了改善。并利用微粒吸附作用、渗人作用和极力,易团聚形成凝聚体和附聚体,在润滑剂中失去压抗磨性能,解释了纳米金刚石粉提高钢球接触疲纳米微粒具有的功能,并且可能成为磨料或堵塞油劳寿命的原因。指出以纳米金刚石粉作为添加剂，路系统。因此,提高纳米微粒在润滑剂中的分散稳在润滑过程中能起到较好的抗疲劳作用，点蚀坑多定性是其工业化应用所急需解决的问题。研究表为鳞状剥落,裂纹减小,对两种基础脂的疲劳寿命明,通过表面修饰处理后的这类添加剂均能够达到都有明显的改善;纳米金刚石微粒通过修复和镶嵌较好的效果。第三,也有部分学者在研究自修复剂作用,增强润滑脂的润滑性能,同时避免了裂纹的的相关应用,这样不仅能够降低磨损,而且能够在.进一步萌生,减缓了裂纹扩展速度,提高了接触疲使用过程中修复尸塵捐的界面白修复材料正引起劳寿命;纳米金刚石粉末对3号通用锂基脂的抗疲越来越中国煤化工劳能力的改善好于对7014宽温航空润滑脂抗疲劳2.1身IYHCNMHG能力的改善。近十年来有关各种减摩剂复合使用能更有效2008年35卷第4期谢凤等.固体添加剂在润滑脂中的应用研究15地提高油品的燃料经济性的报道越来越多,但要提交换和物质交换,从而在摩擦表面上形成正机械梯高燃料经济性增幅的保持性,还必须防止和减少各度的金属保护膜、金属氧化物保护膜、有机聚合物种减摩剂之间因相互作用而引起的消耗。因此,要膜物理或化学吸附膜等,以补偿摩擦副的磨损与发展有多种用途的减摩剂,并选择合适的抗氧体系腐蚀,形成磨损自修复效应。摩擦成膜自修复实际以及其他添加剂与之复配,尽可能发挥每一种添加上是一种条件自修复,摩擦副相对运动的存在和润剂的最大作用。滑材料(含添加剂)的参与是产生自修复的必要条陈惠卿"对二硫化钼添加剂在锂基脂、聚脲件。自修复膜的产生既有抗磨减摩的作用,又有补基脂、复合锂皂脂膨润土脂中与有机钼、有机锌等偿磨损的作用。添加剂的配伍性能进行了考察结果表明MaS2,与何灼成等人叫探讨了自修复添加剂在润滑脂有机钼、有机锌等添加剂在膨润土、聚脲基脂中都中的应用,发现向普通润滑脂中加入自修复添加有良好的协同效应,可有效提高润滑脂的抗磨减摩剂,在相同条件下,可以把轴承的使用寿命延长3.性能。倍~4倍。2.2修饰欧忠文等人5!通过润滑油品配方设计和有效纳米微粒在液相润滑剂中的沉降速度慢、悬浮利用摩擦产生的物理化学作用,提出了摩擦自适时间长、粒径不随时间的增加而增大,则认为分散应摩擦成膜自修复原位摩擦化学自修复3种自体系的稳定性好。而对于润滑脂,则可以认为加入修复原理,并依据自修复原理提出了纳米润滑材料纳米微粒后对其机械安定性和胶体安定性的影响的自修复设计构思。越小,则分散体系的稳定性越好。通常采用修饰剂2.4其他边缘研究.在纳米微粒表面的吸附、反应包覆等方法,形成以在常温下,润滑脂是一种似凝胶态。-些固体纳米微粒为胶核外端为亲油基的胶团结构而提高填料,如氧化物、碳酸盐、硼酸盐和微米级的石墨、二硫化钼等通过均化器、胶体磨或三辊磨均匀分散分散稳定性。河南大学的曹智等人[口]合成了表面修饰Si02 .在工业化的润滑脂产品中以提高润滑脂的润滑性纳米微粒,利用四球摩擦磨损试验机考察了SiO2能，因此纳米微粒更容易均匀分散在润滑脂中。纳纳米微粒作为锂基脂添加剂的摩擦磨损行为,用扫米微粒表面能大,表面活性高,其减摩抗磨以及提描电子显微镜、能量色散谱仪和X射线光电子能谱高载荷能力理应优于目前常用固体填料。但是其仪对钢球磨损表面进行了分析。结果发现,SiO2纳高活性、亲水性表面是否会对润滑脂的抗氧化.抗水和防锈性能产生影响;是否会对润滑脂的胶体安米微粒作为锂基脂添加剂具有良好的抗磨损性能，定性和机械安定性产生影响等方面的研兖报道非能够显著提高锂基脂的失效载荷。这是由于在摩常少,因此研究纳米微粒自身结构对润滑性能影擦过程中,Si02纳米微粒富集在磨损表面并形成边响、纳米微粒在润滑剂中的分散稳定性、抗氧性、热界润滑膜,对磨损表面起到修复作用,从而使得锂安定性等方向上很有发展前景。基脂的抗磨和承载能力明显提高。胡萍等人")采用X-射线衍射仪、扫描电镜、聊城大学的刘红华等人[B]用四球摩擦磨损试大型偏光显微镜.差热和失重分析仪等现代仪器对验机考察了二烷基二硫代磷酸(DDP)修饰FeS纳米聚四氟乙烯( PIFE)基固体润滑剂材料的成分、组织微粒作为润滑油添加剂的摩擦学行为。同样,DDP结构和组分的物理化学性能及力学性能等进行了修饰FeS纳米微粒在极低的添加量时即具有良好表征及分析。结果表明, PITFE、石墨、二硫化钼的颗的抗磨效果,但不能降低基础油的摩擦因数;磨损粒尺寸均基本保持在30 pum内;碳纤维直径较均表面分析表明,钢球表面形成了边界润滑膜,使摩匀,基本保持在8 μm~ 10 pum,但长度不均匀;加入.擦学性能得到明显改善。填料的固体润滑剂比纯PIFE吸水率高、熔融温度2.3自修复降低中国煤化千水率大小顺序为磨损部件的摩擦成膜自修复原理是在摩擦过石墨YH≥铜粉;PTFE基程中,利用摩擦产生的机械摩擦作用摩擦化学作复合CN M H G填料加入量的增用和摩擦电化学作用,摩擦副与润滑材料产生能量加而增 加;在PIFE树脂中加人无机填料均可明显合成润滑材料16SYNTHETC L.UBRICANTS2008年35卷第4期提高其抗压强度,但并不是加人量越多,抗压强度参考文献提高越明显。李新芳等人[”用量子化学的密度泛函理论计石森森.固体润滑技术.北京:中国石化出版社2000.8~-152黄文轩,张英华.固体润滑剂添加剂综述润滑油.999,算了12种有机二硫化物和铁原子簇的分子轨道指14(5):5~11数及其与铁原子簇的化学吸附作用能,探讨了这种3王德园,冯大鹅.几种金属纳米粒子做润滑脂添加剂的作用能与抗磨性能的关系。运用轨道能量近似原试验研究.机械工程材料,005.29(4):58~ 59则,讨论了有机二硫化物与铁原子的作用方式，以s 樊凤山.纳米金属添加剂对润滑脂性能影响的分析.合前线电子密度超离域性指数和原子净电荷作为判成润滑材料,003,30(3):7~9据,分析了12 种有机二硫化物与铁原子间键合的;王德国,冯大鹏.几种金属氧化物纳米粒子作润滑脂添强弱、反应性的大小等表征有机二硫化物与金属作加剂的试验研究.润滑与密封,005,(2):65~66i熊文,毛大恒.二硫化钨对高温锂基润滑脂摩擦性能的用强弱的参数。结果表明有机二硫化物与铁接触影响.南方金属,2004,(6):5~7时,在较缓和条件下,s-S键优先断裂,与金属发7张玉伟,付尚发.几种超细粒子在半流体脂中的摩擦行生化学吸附形成配位键,起到抗磨作用;在高负荷为.润滑与密封,002,(6):43~-46下,与金属发生常规条件下不能发生的化学反应，3 王德国. SiO2 纳米粒子作润滑脂添加剂的试验研究.石即C-S键断裂生成无机膜,起到极压作用,且随着油机械200432(增刊):1~2.碳链的增长,有机二硫化物的抗磨性能愈来愈好，)张峰,宋宝玉.含纳米金刚石粉润滑脂对钢球接触疲劳的影响.哈尔滨工业大学学报,2005,37(10):1321 ~ 1323但极压性能愈来愈差。运用量子化学计算得到的10蒋明俊,郭小川硫代氨基甲酸盐对润滑脂摩擦学性能预测结果与摩擦学试验结果具有良好的一致性,可的影响.润滑油,2003.18(4):26~ 28为同类极压添加剂化合物的分子设计提供较为可11陈惠卿.二硫化钼在润滑脂中的应用.合成润滑材料，靠的参考依据和理论方法。2002,29(1):13~ 19 .3结束语12曹智,张治军.表面修饰Si02纳米微粒对锂基脂抗磨性固体润滑剂以其优异的热化学稳定性、润滑能影响的研究摩擦学学报,2005 ,25(5):390~ 393性,并且在润滑脂中具有良好的分散稳定性,在润13刘红华, 邵鑫.表面修饰FeS纳米微粒的研究(I)一摩滑脂中的应用研究较为广泛。特别是随着纳米润擦学特性研究.润滑与密封,005.(6):84- 85滑技术的快速发展,固体润滑添加剂的应用研究倍14何灼成,郭小川.自修复添加剂及在润滑脂中的应用.合成润滑材料,2003,30(2):29~31受关注。目前而言,各种固体润滑添加剂在润滑脂15欧忠文，徐滨士.磨损部件自修复原理与纳米润滑材料中的摩擦学性能研究较多,对润滑脂的高温性能、的自修复设计构思.表面技术,2001 ,30(6):47 - 49胶体安定性、抗水性、氧化安定性以及添加剂间的16胡萍,姜明.固体润滑材料内部因素对摩擦性能影响的配伍协同性等方面的研究较少。因此,在润滑脂中分析表征.润滑与密封,2005,(6):64~ 66广泛使用固体润滑添加剂仍需进行深人的研究与17李新芳.王学业.有机二硫化物润滑舔加剂抗磨极压性能的密度泛函理论研究结构化学,004,23(9): 1044~ 1050开发。Application Research of Solid Additives in GreaseXie Feng'2 Ji Feng'(1 China Univesity of Mining and Tehnlogy .Xuhou 2108, China ;2 Xushou Air Fore Clle ,Xuzhou 2000, China)Abstract: It is intoduced the application research of solid additives in lubricating grease, and discussed the is-sues of synengism, surface modification and self - repair of solid additives.Key words: solid additive; lubricating grease; application长城润滑油夺得“畅行2008”活中国煤化工2008年11月14日,由中国国际公共关系协会举办的“第MYHCN M H G大赛”评价结果.在北京揭晓,由中国石化长城润滑油主办的“畅行2008"活动夺得“传播金奖”桂冠。