二烷基二硫代氨基甲酸鉬的摩擦性能研究

熊晶+等

摘要：利用四球機、SRV摩擦磨損試驗等方法考察了二烷基二硫代氨基甲酸鉬在基礎(chǔ)油和全配方汽油機油中的減摩性能，并對其減摩機理進行了探討。結(jié)果表明： 二烷基二硫代氨基甲酸鉬能有效降低基礎(chǔ)油和成品汽油機油的摩擦系數(shù)，具有優(yōu)異的減摩性能。

[HT5”H]關(guān)鍵詞：二烷基二硫代氨基甲酸鉬；SRV摩擦磨損實驗；減摩性能

[HT5”H]中圖分類號：TE6282文獻標識碼：

Study of Tribological Behavior of olybdenum Dialkyldithiocarbamate （oDTC）

XIONG Jing WEI Wen-yu2； JING Ying-ying CHENG Liang LI Peng ZHNG Dong-heng1

（1PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute， Dalian 11603 China； 2PetroChina Lubricant Company， Beijing 100028， China）

bstract：The friction-reducing properties of base oil and fully formulated gasoline engine oils with molybdenum dialkyldithiocarbamate （oDTC） were investigated through four-ball test and SRV friction-wear test and the friction-reducing mechanism was also studied The results showed that oDTC can reduce coefficient of frictions when it is used both in

base oil and fully formulated gasoline engine oils， and exhibits excellent friction-reducing capability

Key words：oDTC； SRV friction-wear test； friction-reducing property

0引言

減少排放、降耗節(jié)能已經(jīng)成為推動汽車工業(yè)技術(shù)發(fā)展的直接動力。隨著石油資源的日益稀缺，汽車的燃油經(jīng)濟性已經(jīng)成為國際關(guān)注的問題，而有效減低燃油消耗已經(jīng)成為汽車制造和相關(guān)產(chǎn)業(yè)需要解決的問題。改進汽車設(shè)計、駕駛習(xí)慣以及改善燃料油的燃燒狀態(tài)都能提高燃油經(jīng)濟性；另一方面，降低發(fā)動機中各部件之間的摩擦損失，從潤滑的角度降低摩擦內(nèi)耗提高能量利用率而達到節(jié)能的效果也是研究的熱門問題[1]。據(jù)統(tǒng)計，約有20%～25%的汽車燃料釋放的能量消耗在發(fā)動機零部件的摩擦[2]。通常，減低發(fā)動機零部件之間的摩擦主要是通過改進潤滑油的性能實現(xiàn)的，主要途徑包括降低油品黏度以及添加一定量的摩擦改進劑。通常在流體潤滑條件下，潤滑油的黏度越低、黏度指數(shù)越高，則其燃油經(jīng)濟性越好；在邊界潤滑和混合潤滑區(qū)域，通常通過加入摩擦改進劑與金屬表面發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)吸附在金屬表面形成保護膜，從而降低摩擦表面的摩擦系數(shù)，實現(xiàn)節(jié)省燃料的目的。

二烷基二硫代氨基甲酸鉬（oDTC）作為一種新型的摩擦改進劑，具有較好的油溶性、突出的減摩性、抗氧化性、高溫穩(wěn)定性以及不含磷元素，因而受到廣泛關(guān)注[3-]。oDTC的減摩作用目前一般被認為是金屬的選擇性遷移。在潤滑過程中oDTC在摩擦表面微凸體頂分解出oS2、oO2、oS3、oO3等產(chǎn)物進入涂層表面形成易剪切的金屬膜，有些產(chǎn)物聚集在表面的微凹谷內(nèi)從而使摩擦表面更光滑，故能持久有效地減小摩擦系數(shù)。本文考察了oDTC在基礎(chǔ)油和成品油中的摩擦性能，并對摩擦表面的形貌進行了研究，結(jié)果顯示oDTC在基礎(chǔ)油和成品汽油機油中均具有很好的減摩性能，能明顯改善摩擦表面的擦傷和劃痕；同時，對oDTC銅片腐蝕及抗氧性能也進行了研究。二烷基二硫代氨基甲酸鉬的結(jié)構(gòu)見圖1。

1試驗部分

11基礎(chǔ)油和添加劑

試驗選用的基礎(chǔ)油為大連石化的HVI150SN I類基礎(chǔ)油；成品油分別選取SL 10W-30、S 10W-0、SN 0W-0三種不同黏度級別的產(chǎn)品；oDTC選取太平洋聯(lián)合（北京）石油化工有限公司長鏈型poupc-1002（o含量102%；S含量107%）。參照文獻[5]，優(yōu)選oDTC的添加量為07%（質(zhì)量分數(shù)，下同）。

12儀器和設(shè)備

紅外測試在Nicolet6700測試儀上進行。

最大無卡咬負荷PB、燒結(jié)負荷PD值分別采用四球機承載能力測試方法GB/T 312-198長磨測試采用SH/T 0189-1992。

2結(jié)果與討論

21紅外分析

圖2中2923 cm-1和2856 cm-1分別對應(yīng)甲基的不對稱伸縮振動和對稱伸縮振動，1521 cm-1的強吸收為C=S雙鍵的伸縮振動特征吸收峰，1380 cm-1和162 cm-1分別為甲基的對稱變形振動和亞甲基的剪式振動，1155 cm-1為C-N鍵的伸縮振動，972 cm-1為o=O（S）特征吸收峰。紅外分析的結(jié)果與oDTC主體結(jié)構(gòu)基本對應(yīng)。

四球?qū)嶒?/p>

PB、PD測試結(jié)果如表含有07%oDTC的基礎(chǔ)油最大無卡咬負荷PB值和燒結(jié)負荷PD值均有一定幅度的提高，特別對于成品油SN 5W-0，加入oDTC后PD值增加了近500 N，推測為oDTC與成品油中的抗磨劑（如ZDDP）協(xié)和作用的結(jié)果[6]。摩擦表面的掃描電鏡圖分別如圖3和圖，可以發(fā)現(xiàn)加入oDTC后摩擦表面狀態(tài)均有較大改善：磨斑直徑降低的同時劃痕明顯變淺，顯示了oDTC良好的減摩性質(zhì)。

22減摩性能結(jié)果

222摩擦系數(shù)

以150SN為基礎(chǔ)油，通過SRV（5707方法，載荷為200 N，溫度50 ℃，時間2 h，行程為1 mm，頻率50Hz）測定摩擦系數(shù)的變化，結(jié)果見圖5。其中基礎(chǔ)油150SN的摩擦系數(shù)較大，基本維持在018附近，而加入07%oDTC后摩擦系數(shù)明顯降至011左右且保持基本穩(wěn)定，表面形貌如圖6，可以看出未加oDTC表面磨痕寬且明顯，而加入oDTC后磨痕寬度從799 μm減小至2895 μm，減摩作用非常明顯。

鑒于150SN+oDTC在 D5707方法磨痕寬度較小，成品油中的對比測試方法改為自建方法：載荷增大至00 N，溫度50 ℃，時間5 min，行程為15 mm，頻率50 Hz。三種成品油加入oDTC后，經(jīng)過一段時間的磨合，oDTC與摩擦表面作用形成穩(wěn)定的保護膜，使摩擦表面光滑并且持久有效地降低摩擦系數(shù)，如圖7所示。三種配方表現(xiàn)的結(jié)果均相同，摩擦系數(shù)降低非常明顯，從接近012左右下降至00左右，說明oDTC在不同配方的適應(yīng)性能較好。同時，從掃描電鏡圖8和圖9也可以發(fā)現(xiàn)加入oDTC后磨斑表面較為平整，犁溝也很淺，磨損明顯減輕。

能譜分析

使用EDX能譜對四球長時間磨損后磨斑表面進行表面元素分析，獲得膜層表面元素對比見表2。膜層中檢測到C、N、O、Fe、S、Si、o、Cr等元素的存在，其中Si、Fe和Cr 來自鋼球本身， S和o元素來自于潤滑油。通過對比發(fā)現(xiàn)加入了oDTC后磨斑表面的S和o的含量明顯增多，而氧元素的含量沒有太明顯變化，推測oDTC分解后主要形成的是鉬硫化合物形成復(fù)合邊界潤滑膜，從而有效提高減摩抗磨作用。在SN 5W-0成品油的磨斑表面發(fā)現(xiàn)有116%質(zhì)量分數(shù)的鉬，明顯高于基礎(chǔ)油150SN中鉬含量，說明在SN 5W-0成品配方中已經(jīng)加入過鉬的化合物。見圖10、圖11。

22抗氧及腐蝕性能研究

oDTC的抗氧及腐蝕性能研究分別通過SH/T 0719-2002和GB/T 5096-1985進行，結(jié)果如表3。兩種成品油的氧化誘導(dǎo)期在加入oDTC后均有所提高，特別是SN 5W-0提高較明顯，結(jié)合參考文獻[7]推斷氧化誘導(dǎo)期提高是oDTC與芳胺類抗氧劑協(xié)同作用的結(jié)果。

在基礎(chǔ)油中加入oDTC后銅片腐蝕的級別從1a變?yōu)?b，說明oDTC中硫為活性硫。具有一定的腐蝕性。而在成品油中，銅片腐蝕結(jié)果均為1a，應(yīng)該是成品油中含有腐蝕抑制劑阻止了活性硫的腐蝕。建議在配方設(shè)計中應(yīng)注意考察oDTC中活性硫的影響。

3結(jié)論

（1）二烷基二硫代氨基甲酸鉬能有效降低基礎(chǔ)油和成品油的摩擦系數(shù)，具有優(yōu)異的減摩性能；

（2）二烷基二硫代氨基甲酸鉬的減摩機理可能歸結(jié)其在摩擦表面分解成鉬硫化合物形成的保護膜；

（3）二烷基二硫代氨基甲酸鉬具有抗氧協(xié)同作用，同時含有活性硫，應(yīng)注意考察其對銅片的腐蝕問題。

參考文獻：

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