机械设备润滑油的添加剂
经过分馏、精制、脱蜡和补充精制得到的基础油并不是成品润滑油,在很多情况下是 满足不了各种设备的润滑要求的。因此,为了使润滑油具有设备所需要的性能,人们研制 或选用多种具有特殊性能的化合物,并添加到基础油中去。这些化合物就是本节所介绍 的润滑油添加剂。润滑油品质量的优劣决定于基础油的精制水平和添加剂的品种、质量。 润滑油添加剂大多是各种有机化合物,为了达到应有的效能,添加剂必须能很好地溶于 (或分散于)油中,在储存及使用时稳定,不易发生变化,并且不损坏润滑油的其他性能。
一、清净分散剂
清净分散剂亦可细分为清净剂、分散剂,它是润滑油添加剂中最主要的添加剂之一,更是发动机油必需的添加剂。
发动机在工作过程中,其内部总会出现一些污垢。这些污垢主要是燃料(甚至包括部分进入燃烧室的发动机油)的不完全燃烧产物以窜气形式通过活塞环及缸壁的间隙,进入曲轴箱和发动机油箱;另一部分则是润滑油在发动机内苛刻的工况条件下生成的氧化产物。它们以漆
膜、积炭和油泥的形式吸附于活塞上,并粘附、沉积于曲轴箱和机油箱。清净剂在高温运转条件下能够防止或抑制机油氧化而生成沉积物,并且能够把在活塞及气缸壁上形成的漆膜和积炭"洗涤"下来,从而使发动机内部表面保持清洁。
分散剂能够吸附在较低的运转温度下形成的油泥,防止其凝聚成油泥沉积物,并使其分散开来,悬浮于机油中。这时虽然机油的颜会变深(黑).但却不会堵塞机油管路和滤清器,也不会使油的粘度上升。
清净剂多半是金属有机化合物,而分散剂则多为不含金属的有机聚合物(即所谓的无灰分散剂)。无论是清净剂或是分散剂,几乎都是一些油溶性的皂类化合物。它们的化学结构都是一些具有长的烃基链的某种酸的盐类物质。从它们的阳离子看,基本上是钙、钡、钠、镁、锌和胺的盐类;从它们的酸的类型来看,又可分为磷酸盐、硫代磷酸盐、酚盐和水杨酸盐、丁二酸的胺盐(主要是它的酰亚胺)。
此外,清净剂多是高碱性物质。它们不仅具有好的清净性,而且能够中和因燃料燃烧后生成的硫、氮氧化物遇到同时产生的水分所变成的各种酸。从而保护发动机免受这些酸的腐蚀。
二、抗氧化添加剂
润滑油的抗氧剂类型较多,如酚型、胺型、硫磷酸盐型、硼酸酯型、嗪型等。
抗氧剂按其作用机理,可分为自由基中止型和过氧化物分解型。按其使用温度,可分为一般抗氧剂和高温抗氧剂。按其应用可分为抗氧防胶剂,用于防止油品在厚油层条件下的氧化;抗氧防腐剂,用于防 止上油品在薄层条件下的氧化。我国的抗氧剂就是按后一种方法分类的。
1.抗氧防胶剂
其典型代表为2,6-二叔丁基对甲酚,广泛用于变压器油、汽轮机油、液压油、通用机床油和某些工艺用油等。这种抗氧化剂能提高润滑油的氧化性,延长油品的使用寿命和防止胶状沉淀物的生成。如果与金属钝化剂复合使用则效果更好。该剂的最高使用温度为120℃左右,过高温度即分解失效。
2.抗氧防腐剂
主要用于内燃机油等高温与氧接触的润滑油。作用是提高润滑油的热氧化性,防止金属摩擦面的腐蚀,延长润滑油和机器的使用寿命。常用的是二烷基二硫代磷酸锌。
这类添加剂具有优良的抗氧化能力,同时还具有优良的防腐蚀、抗磨损性能。与清静分散剂复合使用,可以配制出高质量的内燃机油。
三、降凝剂
油品发生凝固有两方面的原因∶一是油品随着温度的下降,粘度不断增加,温度下降到一定程度,也就是粘度增大到使油品很难流动时,就可以说是"凝固"了。 另一种情况是油品常常在它粘度增大到很难流动之前,就由于其中所含的蜡在温度下降时不断析出并呈片状和针状结晶,在油中相互连接而形成三维网状结构,吸附和包住了那些仍能流动的油,造成了油品整体上的凝固。可以说油品的凝固经常就是由于其中蜡的结晶而造成的。
为了得到低凝点的润滑油,通常采用两种方法∶一是进行深冷脱蜡,但这会减少基础油的收率,也可能使油品的某些性能变差。另一种方法就是采用降凝剂来降低油品的凝固温度。
降凝剂实际上也是一些和蜡结构很相似的烃类。其作用是它吸附于油中蜡的表面上,从而改变蜡结晶的增长方向,阻止其网状结构的增长,破坏结晶的结构,使之成为微小的、不影响油品流动的结晶。
常用的降凝剂有∶烷基萘、聚甲基丙烯酸酯、聚α—烯烃等。
四、粘度添加剂(粘度指数改进剂)
粘度添加剂加进油品中后,可以增加油品的粘度,也可以改善油品的粘温性能。因此,人们通常称粘度添加剂为增粘剂,但更准确的名称应该是粘度指数改进剂。
粘度指数改进剂都是一些油溶性适度的链状高分子聚合物。它在油中成不规则的线团状,就像棉纱球一样,并随着所用基础油的种类及所受温度的不同,其分子可采取线状伸胀或收缩的状态存在。比如,当温度上升、基础油粘度下降时,粘度添加剂在油中的溶解度增大,棉纱状的聚合物松开,体积变大,从而增加了油品流动的阻力,也就意味着增加了油品的粘度,起到了增加粘度指数的作用。
应该注意的是,粘度添加剂存在一个剪切稳定性(即抗剪切性)的问题。
目前常用的粘度添加剂有∶聚异丁烯、乙烯丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯基正丁基醚和苯乙烯共聚物等。
汽车机油添加剂五、油性添加剂
在低温轻载荷的运转条件下摩擦副处于流体润滑状态时,仅靠润滑油的粘性(油品粘度的体现)就可满足其润滑要求。但当负荷、温度增大时,,两个作相对摩擦运动的金属表面则不易保持流体润滑,而呈边界润滑状态。因此,润滑油的润滑性能几平完全和粘度无关,而主要取决于润滑油"油性"的好坏。通常认为"油性"是由于润滑油中极性化合物的吸附而产生的一种减少摩擦和磨损的效果。
这种极性化合物,我们称它为油性剂。油性剂多数都是由长链烃和极性基团组成。它的极性基能与摩擦金属表面发生物理的或化学的吸附(脂肪酸类化合物能和金属表面发生化学吸附,形成暂时性的脂肪酸金属皂),形成比较坚固而致密的单分子或几个分子的薄层,使金属之间的滑动具有很低的摩擦系数,并降低磨损。
但是,油性剂一般只能在载荷和冲击振动不很大、温度不很高的条件下有效果。而当摩擦
部件的温度达到150℃、载荷接近 25MPa时会脱附而失去油性作用,因此应采用极压抗磨剂解决问题。
油性剂多是一些长链脂肪酸,如油酸、硬脂酸,或者是油醇等高级醇、胺、酯、硫化油脂、卤化油脂等。
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