不同工艺制备的硫化烯烃的摩擦学特性研究

第 22卷 第 4期 2002年 7 月 摩 擦 学 学 报 TRIBOL0GY Vol 22， No 4 July，2002 不同工艺制备的硫化烯烃的摩擦学特性研究 续 景h。，张龙华 ，伏喜胜 (1．中国科学研究院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，甘肃 兰州 730000； 2．中国石油兰州润滑油研究开发中心，甘肃 兰州 730060) 摘要 ：采用四球摩擦磨损试验机对用高压法及传统法生产的硫化烯烃进行了摩擦学性能对比试验，采用x射线光电 子能谱分析了 2种不同工艺制备的硫化烯烃的作用机理 ，初步探讨了其应用． 关键词：硫化烯烃；齿轮油；极压抗磨剂；摩擦学特性 中图分类号：TE624．82 文章标识码：A 文章编号：1004—0595(2002)04—0311—03 车辆齿轮油添加剂主要经历了 S—P—C1型、S—P— C1一Zn型及 S—P型等几个阶段，而齿轮油所用添加剂 离不开含硫极压抗磨剂，目前国内外含硫极压抗磨剂 多采用硫化异丁烯[1]．但采用二氯化硫(S：C1：)和异 丁烯于甲醇催化剂下进行反应、再经一系列处理而得 到的传统硫化烯烃在生产过程中有三废产生，且工艺 复杂[2]．最近兰州润滑油研发中心成功开发了一种工 艺简单、污染小、生产成本低、产品性能与传统硫烯相 当的高压法生产硫化烯烃的新工艺[3]．本文作者对新 工艺和传统工艺生产的产品进行了性能比较及作用 机理的探讨． 1 实验部分 1．1 原材料 所用原材料为高压硫烯(由兰州润滑油研发中心 生产，硫含量为 46．53 )，传统硫烯(山东东风化工 厂生产，硫含量为 42．16 )，500SN基础油(产自独 山子炼油厂，100℃时运动粘度为 1O．87 mm。Is)． 1．2 润滑油载荷性能测定 试验在 MMw一1型立式万能摩擦磨损试验机上 进行，在四球机逐级加载条件下测定润滑油摩擦系 数、磨损量和失效负荷(按照AsTMD5183—95 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 )． 试验前使用 26 白油进行 1 h摩擦磨损试验，使钢球 产生 1个基础磨斑，然后在基础磨斑上进行油品的逐 级加载试验，同时测量并 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 每一级负荷下的摩擦系 数，最大负荷为 981 N，试验结束后测量 3个下试球 的平均磨斑直径，把试验过程中油膜破裂时的载荷记 为润滑油的失效负荷．本方法运用于测定油样的综合 性能(包括极压、抗磨、摩擦改进性能)． 1．3 表面分析 在负荷 392 N下进行四球长时抗磨损试验，试验 结束后用石油醚超声清洗试球．在 PHI一5702型多功 能X射线光电子能谱仪上对上试球磨痕进行XPS分 析，选用 MgKa激发源，通过能量 29．35 eV，以污染 碳的C 。结合能 284．60 eV作为内标． 2 结果与讨论 2．1 不同工艺制备的硫化烯烃的极压抗磨性能 将采用不同工艺制备的硫化烯烃以不同质量分 数加入 500SN基础油中，分别进行四球试验机摩擦 磨损试验和铜片腐蚀试验，结果列于表 1．可以看出， 随着添加量的增加，高压硫烯的烧结负荷高于传统硫 烯的烧结负荷，抗磨性能与传统硫烯相当，但防腐性 能较差，表明高压硫烯具有优 良的极压抗磨性能，但 活性高于传统硫烯． 2．2 不同工艺制备的硫化烯烃的摩擦特性 在齿轮油通用复合剂的研制过程中，硫化烯烃添 加量的增大对降低油品在不同负荷下的摩擦系数有 利[3]，这说明硫化烯烃不仅在高负荷条件下起作用， 在低负荷条件下同样也起作用．我们将采用不同工艺 制备的硫化烯烃以质量分数 3 添加到 500SN基础 油中调制成待测油样，然后进行润滑油承载性能测定 试验，结果见图 1．可以看出：在相同添加量和相同试 验条件下，传统硫烯在低负荷下的摩擦系数较高压硫 收稿日期t2001—09—17I惨回日期：2001—12—29／联系人续景，E—mailt xi@luberdi．corn．Cl1． 作者简介。续景，女，1967年生，在职研究生，从事齿轮油的研究与开发工作． 维普资讯 http://www.cqvip.com 312 摩 擦 学 学 报 第 22卷 Traditional sulfurized olefin High pressure sulfurized oleIin 656．6 882．0 833．0 637．0 754．6 784．0 3087．0 4900．0 4900．0 3087．0 4900．0 6076．0 0．61 3b 0．74 0．88 0．59 4c 0．84 0．96 烯的摩擦系数小，说明其减摩效果较好，但传统硫烯 在负荷超过 687 N后失效，这是由于传统硫烯在高负 荷下的承载性能差，而高压硫烯的失效负荷比传统硫 烯的高，表明高压硫烯在高温高负荷下具有优良的抗 卡咬能力． 2．3 抗磨作用机理 由于高压硫烯与传统硫烯的结构不同，高压硫烯 98 l96 294 392 490 588 687 785 883 98 p／N Fig 1 Variation of friction coefficients with load 图 1 摩擦系数随负荷变化的关系曲线 产物的结构通式为R— x—R(其中R为丁基；X一1、2、 3、4)，传统硫烯的结构通式为 R— x一[R— ] 一R(其中 R为丁基；X，y一1～6；，l=1～10)E纠，因此，高压硫烯 与传统硫烯作为极压抗磨剂在摩擦表面的作用机理 不同，图 2所示为在含硫烯添加剂的基础油润滑下的 钢球磨损表面典型元素的XPS图谱．可见，对应于高 压硫烯和传统硫烯的钢球磨损表面膜中都出现了分 别位于 168．5 eV、162．6 eV和 161．3 eV的S2 谱峰， 分别归属于FeSO ，FeS。和FeS，其中高压硫烯对应 的表面膜中FeS。和 FeS的相对含量较高(图 2曲线 1)，表明高压硫烯的抗氧化能力优于传统硫烯(图 2 曲线 2)． 2．4 高压硫烯在齿轮油中的应用 高压硫烯在齿轮油中的应用方式有 2种，其一是 采用高压硫烯调制车辆齿轮油，将高压硫烯以 5．O 剂量与其他功能添加剂复配，按总剂量为 7．4 (质 量分数计，下同 )调制 85W／90 GL一5型车辆齿轮油， 一 ： I7， I7U I6， loU Binding energy／eV Fig 2 XPS spectra of S2口on steel worn surface (Upper curve refers to high pressure sulfurized olifin， lower curve to traditional sulfurized olifin) 图 2 含不同硫烯添加剂的基础油润滑下 钢球磨损表面 s。 的 XPS图谱 所得油品达到了GL一5油的模拟评定指标要求，其试 验结果见表 2． 其二是采用高压硫烯调制重负荷齿轮油，将高 压硫烯以2．o 剂量与其他功能添加剂复配，按总剂 量 2．4 调制 N320型重负荷工业齿轮油．所调制的 油品已达到了 GB59O3—95规格要求，其试验结果见 表 3． 3 结论 a． 高压硫化烯烃具有较传统硫化烯烃优良的 极压抗磨性，且活性更高． b． 高压硫化烯烃的抗氧化能力比传统硫烯抗 氧化能力好． C． 高压硫化烯烃可用于调制齿轮油，但必须与 适量的腐蚀抑制剂相匹配． ㈣ ∞～u ¨ m ∞ 们 ％ ：兮 O O O O O O O O O ，，_=0 墨 00u=0llulJ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 4期 续 景等： 不同工艺制备的硫化烯烃的摩擦学特性研究 313 表 2 高压硫烯在车辆齿轮油的应用结果 Table 2 The re set of high pressure sulfurized olefinused for vehicle gear oils 表3 高压硫烯在重负荷工业齿轮油中的应用 Table 3 The result of high pressure sulfurized olefin used for 320 high burden industry gear oils 参考文献： KUANG Yi-jiu．Study on the formulation of 85W／90 GL一5 automobile gear oil[J]．Lubricating Oil，1992，7(2)l 25—30． ZHANG IMi—ling，FU Xi—sheng． Improvement on production technique of sulfurized olefin and its substitute abroad[J]． Lubricating Oil，1997，12(6)l 44—49． FENG Yi，ZHANG Bai—ling，SU Gang．Development of high pressure sulfurized isobutene~J]．Lubricating Oil，2001，16 (1)t 38—4O． Daris．Sulfurized compositsons[P]．USP 4344 854，1982． Kojima．Process of processing silver halide photographic material and photographic processing compositson having a fixing ability[P]．USP 5338 648，1 994． [6] RAP Wen—qi(饶文琦)，REN Tian—hui(任天辉)，et a1．The effect of molecular structure of ix—-e[emem N··containing heterocyclic compounds on their wear properties(六元含氮杂 环化合物的分子结构对其抗磨性能的影响)[J]．Tribology(摩 擦学学报)，2001，21(2)。118—121． [7] LI Jiu—sheng(李 久 盛 )，REN Tian—hui(任 天 辉)，et a1． Tribological properties of benzotriazole and its derivatives as additives in rapeseed oil(苯并三氮唑及其衍生物在菜籽油中的 摩擦学性能研究)[J]．Tribology(摩擦学学报)，2001，21(3)； 187．19O． Tribological Characteristics of Sulfurized Olfins Synthetized by Different Techniques XU Jing ，ZHANG Long—hua。，FU Xi—sheng。 (j．Laboratory of Solid Lubricant，Lan Zhou Institute Chemical Physics，Chinese Academy of Scinces，LanZhou 730000，China； 2 Lanzhou Branch of PetroChina Lubricating Oil Research and Development Institute，Lanzhou 730060，China) Abstract：The tribological characteristics of a high pressure sulfurized olefin as an additive in 500SN base stock were comparatively investigated with that of a traditional sulfurized olefin．The cause leading to the differences in the tribological behavior was discussed，and the application of the high pressure sulfurized olefin as a formulation component in gear oils was introduced as wel1． Key words：sulfurized olefin；gear oil；EP／AW additive；tribological characteristics Author：XU Jing，female，born in 1967，postgraduate，newboyzlh@163．com． ] ] ] ] ] 1 2 3 4 5 [ [ [ [ [ 维普资讯 http://www.cqvip.com