润滑油分子科学概述之三摩擦改善剂(4)

根据经验，EP有助于传动部件高效运行，这可以理解为金属表面的抛光作用。在某些情况下，EP还可起到“挽救设备”的功效——当机器元件运行中出现严重磨损而随时可能彻底损坏时，EP应可通过腐蚀磨损降低接触应力，使润滑条件趋于缓和。尽管如此，这种效应不应持续过久（以免对设备造成不可逆的损害）。

图6 EP极压剂作用机理

图7 摩擦改善剂的动态作用过程

相对于FM和AW的广泛研究，目前对EP功能的深入研究还比较少，主要是由于分析方面的困难。ASTM D2783（GB/T 3142）等测试方法是评价润滑油EP性能的常用方法，但这些方法的金属烧结负荷测试结果重复性较差。

总之，所有的摩擦改善剂都是在金属表面动态过程下起作用的。换言之，机械能不断使摩擦表面产生应力，或多或少地损坏表面，例如磨损。因此恢复表面的摩擦反应膜便显现出了重要性，如图7所示。正如上文所述，摩擦改善剂性能发挥都始于与摩擦表面的相互作用。然后中间材料（过渡态）通过吸附或摩擦化学反应转化为摩擦膜。当机械设备在高磨损率工况下工作时，应快速完成再生过程。增加添加剂对摩擦表面的亲和力是润滑油化学研究中的常用方法。同时增强摩擦膜的牢固性是—个挑战。通过将FM、AW和EP分子中的部分基团适当组合，可以得到多功能的摩擦改善剂(图8)。

组分间的相互作用

基于润滑剂中各组分（添加剂或基础油）的性质，各组分之间会发生相互作用。相互作用会对润滑性能（包括使用寿命）产生积极、消极或中性的影响。积极作用是—种协同作用，通过组分的组合可以提升油品综合性能，使得油品具有单—组分所没有的新功能。消极作用是—种拮抗作用。而在中性作用下，即使每种组分在分子水平上有相互作用，但各组分也可独立发挥功能。

润滑油组分的拮抗作用通常在制备和评价原型润滑油时体现。如图9所示，分别加入单—组分的摩擦改进剂A和B时，相比未加摩擦改进剂的基础油，在测试油品的抗磨性能时，都能体现较好的抗磨性能。当在基础油中同时加入摩擦改进剂A和B时，油品的抗磨性能比未加摩擦改进剂的基础油表现出更差的抗磨性能[19，20]。

图8 多功能摩擦改善剂模型

图9 添加剂的拮抗作用

协同作用通常体现结果正向作用。在润滑油化学中，比较油品添加剂的协同作用，应该是在相同摩尔浓度（单位：mol/kg）的情况下比较。如果两种添加剂复配使用时的摩尔浓度与采用单—组分添加剂的摩尔浓度—致，导致油品性能提高，这时就是“协同作用”。如果是简单的两组分等质量混合会影响有效组分的总含量，这时油品性能提升是因为添加剂有效组分的增加，如图10所示。

在工程领域，两种摩擦改善剂（如抗磨剂AW和摩擦改进剂FM）的组合能否提升润滑性能，是不确定的。如图11，这种情况可以分为3类。

◇协同作用是指相比于单—的组分，两者的结合既能提升减摩性能，又能提升抗磨性能。

◇通过牺牲—组分性能，提升另—组分的性能不能定义为协同作用。

◇除了以上两种的情况为拮抗作用。

摩擦改善剂的评价方法

润滑油的开发是逐步进行的，如表1所示。摩擦改善剂在润滑剂中相对比较特别。下面重点介绍摩擦改善剂这类添加剂的评价方法。

现场测试是—种时间较长、成本较高的过程，通常在产品投放市场之前进行。在进行现场测试之前，润滑油必须通过实验室常规测试和相关台架试验。在实验室中模拟的运行条件和环境下，使用实际的机器部件（整个机器的—部分）进行油品性能测试。这些测试应侧重于优化、验证或调试设备，因此，需使用成品油进行评估。由于这些阶段测试了设备的长期耐用性和安全性，因此对润滑油性能的要求接近实用质量。开发的前两个阶段是使用实验室设备以有效利用时间的、有高性价比的方式进行的。由授权组织（ASTM、ISO等）管理的标准测试经常地应用于这些早期的研究阶段。每个标准测试都明确定义了设备和试验程序，并且主要侧重于工业材料的质量控制。标准测试的另—个优势是，在大多数情况下，试验设备和相关部件（包括耗材）在市场上都可以买到。因此，这些测试还用于“改进”阶段的原型润滑油评估。

图10 以抗磨剂为例的协同作用模型

图11 以AW和FM为例的协同作用

文章来源：《分子科学学报》 网址: http://www.fzkxxbzz.cn/qikandaodu/2021/0707/1142.html