-0-第32卷第3期后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)Vol. 32 No. 32016年5月JOURNAL OF LOGISTICAL ENGINEERING UNIV ERSITYMay 2016文章編號(hào):1672 - 7843(2016)03 - 0049 - 05doi: 10. 3969/j. issn. 1672 - 7843.2016. 03. 008MoDDP作潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能邵毅",陳國需",程鵬",杜鵬飛“(后勤工程學(xué)院a.軍事油料應(yīng)用與管理工程系,b.化學(xué)與材料工程系,重慶401311)摘要利用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對MoDDP的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了考察;使用掃描電子顯微鏡(SEM)和能量色散X射線分析儀(EDS)分析了磨斑表面微觀形貌及元素組成,探討了MoDDP的潤滑作用機(jī)理。結(jié)果表明:MoDDP具有良好的抗磨減摩和極壓性能,392N載荷下抗磨減摩效果最佳;1%和0.75%分別為油品最佳減摩和最佳抗磨的MoDDP添加量。SEM和EDS分析結(jié)果表明,S、P、Mo等MoDDP特征元素參與了摩擦過程,反應(yīng)生成的含S、P、Mo化合物在提高油品潤滑性能方面發(fā)揮了重要作用。關(guān)鍵詞有機(jī)鉬;摩擦學(xué)性能;表面分析;潤滑機(jī)理中圖分類號(hào):TH117文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ATribological Properties of MoDDP as Additive in Lubricating OilShao Yi" ,Chen Guo-xu* , Cheng Peng" , Du Peng-fei(a. Dept. of Oil Application & Management Engineering,b. Dept. of Chemistry & Material Engineering,LEU,Chongqing 401311 ,China)Abstract In this paper, the tribological properties of MoDDP were investigated with four-ball test machine and the micro-mor-phologies and element contents of wear scar sufaces were analyzed with SEM and EDS. The results of tribological tests indicate thatMoDDP possesses excellent antiwear, friction-reducing and extreme pressure properties, especially under the load of 392 N;1% and0.75% are respectively the best friction reducing addition and best antiwear addition of MoDDP. The results of SEM and EDS analy-sis show that elements including S, P, Mo have participated in the friction process, and compounds containing elements ofS, P, Moformed in the process have played an important role in improving lubricating properties of oils.Keywords organic molybdenum; tribological property; surface analysis; lubricating mechanism有機(jī)鉬化合物因其具有良好的潤滑性能，近年來受到了潤滑油脂添加劑行業(yè)的廣泛關(guān)注。含油溶性有機(jī)鉬的潤滑油在內(nèi)燃機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件中發(fā)揮了優(yōu)良的減摩抗磨作用,顯著提升了燃油經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)延長了發(fā)動(dòng)機(jī)壽命"4。依據(jù)添加劑組成中硫、磷元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同,油溶性有機(jī)鉬產(chǎn)品基本可分為3類:含硫磷型有機(jī)鉬,含硫不含磷型有機(jī)鉬,非硫磷型有機(jī)鉬,其各自具有代表性的產(chǎn)品分別為二烷基二硫代磷酸鉬(簡稱MoDDP)、二烷基二硫代氨基甲酸鉬(簡稱MoDTC)和鉬胺絡(luò)合物15-”。本文利用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對含硫磷型有機(jī)鑰MoDDP的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了評價(jià),并在磨損表面微觀分析的基礎(chǔ)上對其潤滑作用機(jī)理進(jìn)行了探討。1試驗(yàn)部分1.1基礎(chǔ)油 和添加劑選用中等黏度指數(shù)油MVI500作為基礎(chǔ)油,產(chǎn)品由中石化荊廣]煉油廠生產(chǎn),部分理化性能如表1所示。添加劑MoDDP由湖南華京粉體有限公司提供,其中S、P、Mo元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12.77%,5.46%,10.20% ,分解溫度為246 C,紅外光譜表征結(jié)果如圖1所示。其中,471,652, 864, 1 008 cm-'處的吸收峰分收稿日期:2015-12-01基金項(xiàng)目:重慶市博士后基金項(xiàng)目(Xm201318)作者簡介:邵毅,男 ,碩士生,主要從事潤滑油脂添加劑研究。中國煤化工通信作者:陳國需,男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事油品添加劑和摩擦化學(xué)研究。YHCNMHG-0-50后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)2016年別對應(yīng)Mo- S環(huán)的特征吸收，P=S、Mo=0的伸縮振動(dòng)和C- -O- -P的反伸縮振動(dòng),相應(yīng)特征峰的出現(xiàn)說明所用添加劑即為MoDDP。表1 MVI 500基礎(chǔ)油理化性能1002PMTab. 1 Physico-chemical characteristics of MVI 500 base oil8Mil密度(20 C)/運(yùn)動(dòng)黏度(mm's")項(xiàng)目黏度指數(shù).傾點(diǎn)/C60(g.cm^')(開口)/9C 40 C100 C指標(biāo)0.895 196.69.3463864 Mo= =(20GB/T 1884- GB/T 3536-GB/T 265- GB/T 1995- GB/T 3535-試驗(yàn)方法2000200819881998200640302010波數(shù)/cm-圖1 MoDDP紅外光譜圖Fig. 1 FTIR spectrum of MoDDP1.2 摩擦磨損試驗(yàn).按照GB/T 12583- 1998《潤滑 劑極壓性能測定法(四球法)》”測定MoDDP作潤滑油添加劑時(shí)的Pp、PD值。試驗(yàn)條件:載荷分別為196,329,588N;轉(zhuǎn)速為1200r/min;長磨時(shí)間為60min;溫度為室溫。1.3表面分析利用HITACHIS--3700N型掃描電子顯微鏡(SEM)對磨損表面微觀形貌進(jìn)行觀察,放大倍數(shù)分別為100和1000倍;采用能量色散X射線分析儀(EDS)分析鋼球磨斑表面元素組成和質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2結(jié)果與討論2.1 MoDDP 對減摩性能的影響各試驗(yàn)載荷下,含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)MoDDP油樣的摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化如圖2所示。.12|二0.250.140.12T0.11二0.75%0.12濫三0.1030樂0.08≠0.10基0.09國0.08華0.0.08第0.07赴0.060.02-551015202530350.02551015202530350.04-5101520253035時(shí)間/s時(shí)間/s .(a)196 N(b)392 N(c)588 N2不同載荷下含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)MoDDP油樣的摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化Fig. 2 Variation of friction factor of oil samples containning diferent mass fraction of MoDDP with time under different loads由圖2(a)可知,載荷為196N時(shí),隨著MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大,油樣摩擦因數(shù)呈不斷下降的變化趨勢。添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí),增大MoDDP加入量可使油樣摩擦因數(shù)明顯減小;添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.75%后,增大MoDDP加入量油樣摩擦因數(shù)的降低幅度顯著減小，表明MoDDP對摩擦因數(shù)的降低效果隨MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大呈下降趨勢。由圖2(b)可知,載荷為392N時(shí),各油樣的減摩性能出現(xiàn)了明顯分化。MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.5%的油樣其摩擦因數(shù)曲線均處于高位,且波動(dòng)較大; MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5%的油樣其摩擦因數(shù)均較小,磨合階段結(jié)束后,曲線變化平穩(wěn)。由圖2(c)可知,載荷為588N時(shí),MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的油樣在長磨試驗(yàn)中失效,故相應(yīng)摩擦因數(shù)的變化于此不再體現(xiàn)。對比圖2(a)~(e)可知,高載荷條件下,各油樣的減摩作用均有所降低; MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，載荷對油樣摩擦因數(shù)的影響相對更小。圖3給出了不同載荷下,各油樣的平均摩擦因數(shù)隨MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系。由圖可知,在中低載荷下,隨著MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,各油樣的平均摩擦因數(shù)呈先快速下降后逐漸平緩的變化趨勢。MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),油樣在196,392N載荷下的平均摩擦因數(shù)分別較相同載荷下基礎(chǔ)油的平均摩擦因數(shù)降低了53.1%和59.7%,減摩效果明顯。載荷為588N時(shí)，隨著MoDI中國煤化工平均摩擦因數(shù)呈先下降后略升高的變化趨勢,并在MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)取得THCNMH G-φ--0-第3期邵毅等MoDDP作潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能510.1王N.7外王13{X10-x10572624口感0.0822_出0.5n 0|.2080.4L門門門1602770510152.0253.000.10.250.50.751.02.0+1質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%圖3不同載荷 下油樣的平均摩擦圖4 不同載荷下鋼球磨斑直徑隨圖5油樣P。 、P.值隨MoDDP因數(shù)隨MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化Fig. 3 Variation of average frictionFig. 4 Variation of wear scar diameterFig.5 Variation of values of Pa,Pfactor of oil samples with mass fractionwith mass fraction of MoDDPof MoDDP under different loadsunder different loads2.2 MoDDP 對抗磨性能的影響各試驗(yàn)載荷下,鋼球磨斑直徑隨MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化如圖4所示。由圖可知,鋼球磨斑直徑隨MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大呈先快速下降后趨于穩(wěn)定的變化趨勢。MoDDP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%時(shí),油樣在392,588N載荷下均獲得最小磨斑直徑,196N載荷下的磨斑直徑亦較小。由此可知,MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%時(shí),油樣抗磨效果最佳。2.3 MoDDP 對極壓性能的影響圖5為油樣P、P,值隨MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化情況。由柱狀圖可知,隨著MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,油樣Pn值不斷增大。MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%時(shí),油樣Pn值由基礎(chǔ)油時(shí)的549N上升為980N,增幅達(dá)78.5%。由散點(diǎn)圖可知,MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%時(shí),油樣PD值由基礎(chǔ)油時(shí)的1569N增至1961N,增幅約為25%。由此可知,MoDDP可有效提高油品極壓性能,尤其對P值的提升更為顯著。2.4微觀表面分析圖6為不同試驗(yàn)條件下得到的鋼球磨斑掃描電鏡照片,放大倍數(shù)分別為100和1000倍。將基礎(chǔ)油在392N載荷下潤滑所得磨斑及MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%的油樣在196,392,588N載荷下潤滑所得磨斑分別記為樣品A,B,C,D。10μm1)>x100(2)x1 000(1)x100(a)樣品A(b)樣品B(c)樣品C(d)樣品D圖6不同試驗(yàn)條件下鋼球磨斑的SEM照片F(xiàn)ig. 6 SEM images of wear scar obtained from different test conditions對比圖6(a)和(c)中100倍電鏡照片可知,載荷為392N時(shí),加入MoDDP的油樣潤滑所得磨斑直徑明顯小于基礎(chǔ)油潤滑所得鋼球磨斑直徑;1000倍電鏡照片顯示,基礎(chǔ)油潤滑所得鋼球磨斑邊緣擦傷明顯,磨斑內(nèi)部部分區(qū)域出現(xiàn)剝落狀磨損;加入MoDDP的油樣潤滑所得磨斑的邊中國煤化工存在MYHCNMH G-φ--0-后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)2016年微小孔洞,整體較平滑,未出現(xiàn)明顯擦傷，上述表面微孔可能是由于SP活性元素與摩擦表面發(fā)生作用而生成。對比圖6(b)、(c)、(d)可知, MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%時(shí),隨著載荷的增大,相應(yīng)磨斑逐漸變大。中低載荷下，所得磨斑的表面較為平滑,無明顯擦傷;觀察圖6(d)中1 000倍電鏡照片可知,高載荷下,所得磨斑的表面較粗糙,擦傷現(xiàn)象明顯,由此說明MoDDP更適合在中低載荷下使用。此外,利用EDS對圖6中各樣品的磨斑表面進(jìn)行元素分布檢測,結(jié)果如圖7所示,各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定結(jié)果如表2所示。對比圖7(a)、(c)可知,相同載荷下,基礎(chǔ)油潤滑得到的磨斑表面所含元素主要有鋼.球本身的Fe、Cr、Mn、0等元素和基礎(chǔ)油碳鏈裂解產(chǎn)生的C元素,而在含添加劑油樣潤滑下,所得磨斑表面除含有鋼球及基礎(chǔ)油特征元素外,還存在Mo、S、P等元素,說明MoDDP參與了潤滑過程。結(jié)合前述磨斑大小和表面微觀形貌分析可知, MoDDP對提升油品潤滑性能效果顯著。123456789 10能量/keV(a)樣品A .(b)樣品B_cort825(c)樣品C(d)樣品D圖7 不同試驗(yàn)條件下鋼球磨斑的EDS圖譜Fig. 7 EDS patterns of wear scar obtained from different test conditions表2磨斑表面元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab. 2 The mass fraction of the element of wear scar surfaces%CMoieA1.791.7693.521.260.221.340.201.7793.671.11.50.56.331.6587.911.21 .1.55 .0.665.250.941.8988.50由圖7和表2中磨斑樣品B,C,D的EDS分析結(jié)果可知,不同試驗(yàn)載荷下磨斑表面均出現(xiàn)了S、P、Mo等MoDDP特征元素,說明其參與了摩擦過程,生成了含S、P、Mo的反應(yīng)產(chǎn)物,對油樣潤滑性能的提升發(fā)揮了積極作用。比較元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)可知,Mo.S元索在磨斑表面的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體高于P元素,表明MoS元素在提高油樣抗磨減摩性方面的作用大于P元素,又因Mo元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯大于S、P元素,故認(rèn)為摩擦過程中生成的含Mo化合物可能是促使MoDDP表現(xiàn)出優(yōu)秀潤滑性的主要原因。觀察磨斑表面Mo元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況發(fā)現(xiàn)，隨著載荷的增大,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先增后減的變化趨勢,這可能是因?yàn)槟Σ粮北砻娴臐櫥ぴ诓煌d荷下的磨損速率和生成速率的關(guān)系發(fā)生變化所引起的。載荷為392N時(shí),MoDDP的潤滑活性較載荷為196N時(shí)更高,因而潤滑膜的生成速率大于其磨損速率,從而促使?jié)櫥ど闪吭黾?，磨斑表面上的Mo元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大;載荷為588N時(shí),由于工作條件更加苛刻,潤滑膜的磨損速率加快并超過了其生成速率,從而造成磨損增大,磨斑表面潤滑膜含量減少,最終導(dǎo)致磨斑表面的Mo元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降”。中國煤化工YHCNMHG-φ--0-第3期邵毅等MoDDP作潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能532.5 MoDDP潤滑機(jī)理分析基于上述摩擦學(xué)試驗(yàn)和微觀表面分析結(jié)果,對MoDDP添加劑的潤滑機(jī)理作如下推測:MoDDP屬于硫磷型添加劑，,在低負(fù)荷條件下主要通過分子中的s、P元素吸附于摩擦副表面,形成物理(化學(xué))吸附膜發(fā)揮減摩作用;中高負(fù)荷下,MoDDP在摩擦過程中出現(xiàn)的瞬間高溫高壓作用下發(fā)生分解,部分分解產(chǎn)物沉積在摩擦副表面起到減摩作用,另一部分與摩擦副表面發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng),生成由含Mo.S、P物質(zhì)組成的化學(xué)反應(yīng)膜,表現(xiàn)出優(yōu)秀的極壓抗磨性能0-1。3結(jié)論1)MoDDP添加劑具有優(yōu)秀的抗磨減摩和極壓性能，可有效提升油品潤滑性能。MoDDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),油樣減摩性能最佳;質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%時(shí),油樣抗磨性能最佳。2)MoDDP在中低負(fù)荷下潤滑性能較好,因此適合在相對溫和的工況下使用。負(fù)荷的適當(dāng)增大有助于生成潤滑性能良好的含Mo化合物,促使油樣潤滑性能提升;載荷為588N時(shí),由于潤滑膜磨損速率大于生成速率,油樣抗磨減摩性能明顯下降。3)MoDDP主要通過形成物理(化學(xué))吸附膜和由含s、P、Mo的物質(zhì)組成的化學(xué)反應(yīng)膜,發(fā)揮其優(yōu)良的抗磨減摩和極壓性能。參考文獻(xiàn)[1]劉玉峰,姚文釗，李靜,等.有機(jī)鉬添加劑減摩性能研究[].潤滑油, 2009 ,24(2):50- -64.Liu Yu-feng, Yao Wen zhao, Li Jing,et al. 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