极压抗磨添加剂二聚酸钾的研究

水一乙二醇液压液极压抗磨添加剂二聚酸钾的研究周灿丰薛龙(北京石油化工学院机械工程系102600)孟宪堂(中国矿业大学北京校区摩擦磨损研究室1130083)摘要：本文对合成的一种应用于水一乙二醇液压液的极压抗磨添加剂二聚酸钾进行了润滑性能测试和抗磨作用机理研究，四球实验表明，一聚酸钾的水溶性能和抗磨性能优于水溶性改性ZDDP和Lubrizol5642，以二聚酸钾作为极压抗磨添加剂的水一乙二醇液压液KGY的润滑性髓与N46抗磨液压油相当。钢球磨斑表而元素EDS分析表明，在极压条件F，一聚酸钾与摩擦表面发生某种摩擦化学反应，形成了一层有机类抗磨膜。关键词：极压抗磨剂，水一乙二醇液压液，二聚酸钾，润滑性能ResearchofDimerAcidPotassium--anExtremePressureAnti-wearAdditiveofWater-glycolHydraulicFluidZhouCanfengXueLong(BeijingInstituteofPetrol-ChemicalTechnology)MengXiantang(chinaUniversityofMiningTechnology)Abstract:Thelubriciiyandanti-wearmechanismofdimeracidpotasium-anextremepressure(EP)additiveofwater-glycolhydraulicfluidweredescribedinthispaper.Four-ballnmchinetestsshowedflintwater-solubifityandlubricityofdimeracidpotassiumarebetterthanwater-solubleZDDPandLubrizol5642,alsoshowedthatlubricilyofwater-glycolhydrauiicfluidKGYinwhichdinneracidpotassiumisaddedasextremepressureadditiveisequaltoN46anti-wearhydraulicoil.EDSanalysisofwearscarshowedthatdinneracidpotassiummightreactwithrubsurfaceandformanorganicanti-wearfilmonextrempressurecondition.Keywords:EPAnti-wearAdditiveWater-glycolHydraulicFluidDimerAcidPotassimnLubricity随着工业市场对抗燃液压液需求量的日益增大，水一乙二醇液压液因为凝点低、抗燃性能好、价格低廉，将在抗燃液压液中占据主导地位，目前，制约水一乙二醇液压液普遍应用于功率越来越大、压力越来越高的现代机械设备的主要原因足，水一乙二醇型液压液的润滑性能和油膜承载能力与矿油型液压油相比还有一定差距。研制性能优良的水溶性极压抗磨添加剂是当务之急。从分子设计的观点[1]-[3]来看．水溶性极压抗磨添加剂包括三类基团：一C00一、一NH2一和一(CH2CH2O)n一等水溶性基团，脂肪羧基、多碳芳香族羧基等油性基团，含S、P、Cl等极压活性元素的极压性基团。在本文作者研制水一乙二醇液压液KGY一1[4]的前期工作中，使用的水溶性极压抗磨添加剂是对油溶性极压抗磨添加剂ZDDP(二烷基二硫代磷酸锌)进行水溶性改性而成的[5]，KGY一1使用的水溶性改性ZDDP的分子结构包括水溶性基团、油溶性基团和极压性基团，以它为檄压添加剂的KGY一1虽然具备一定的极压抗磨能力，但是与N46抗磨液压油相比仍有差距。这是因为虽然水溶性改性ZDDP中的S能够在边界润滑条件下形成抗剪切膜，但是S存在引发腐蚀磨损的危险。本文作者以一聚酸钾作为新型的极压添加剂，合成了抗磨性能优良的水一乙二醇液压液KGY，在分析二聚酸钾分子结构和实验的基础上，对其抗磨机理进行了探讨。1二聚酸钾合成及其分子结构特征二聚酸钾自动控温合成系统如图l所示。用小烧杯量取二聚酸55．6g，向小烧杯中加入蒸馏水130g，用玻璃棒搅拌均匀；将小烧杯放置在添加有作为传热介质的适量的水的大烧杯巾(小烧杯和大烧杯组成水浴烧杯)，搅拌电机转速为300r／min，温度控制在70～80℃；加热l5min后，将事先配置好的25．48g苛性钾溶液缓慢注人二聚酸中，并均匀滴人作为反应结构调节剂的乙醇4g，再加热l5min，得到187g棕黄色粘稠液体，即水溶性极压抗磨添加剂二聚酸钾。其中，一C00是亲水基团，一CH2(CH2)7一和一CH2CH=CH(CH2)7一是油性基团，苯环结构则具有一定油性且热稳定性好。2四球实验与磨斑表面元素测试水一乙二醇液压液中使用的添加剂都必须是水溶性的，KGY的极压抗磨剂是自制的二聚酸钾，消泡剂是环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)与硅油反应得到的化合物再进行乳化后的产物[2]。采用二甘醇作为降凝剂，其降凝作用与乙二醇相同，但成本较低、对环境污染较轻。KGY的主要成分如表1所示，KGY外观清亮透明，呈真溶液状。以1．5％的相同比例，将美国产Lubrizol5642、水溶性改性ZDDP和二聚酸钾，加人同一种水一乙二醇基础液中，进行四球实验。其结果如表2所示。表2表明，二聚酸钾水溶性好而且无气味，润滑性能优异，长磨效果尤其好。表3是水一乙二醇液压液KGY、市售水一乙二醇液压液产品H和N46抗磨液压油的四球实验数据，数据表明KGY润滑性能与N46抗磨液压油相当．图2是钢球磨斑表面的SEM照片。图2表明，以H产品作为润滑剂的磨斑表面擦伤严重，以KGY和N46作为润滑剂的磨斑表面比较光滑、平整。图3表示的是，以KGY作为测试用润滑剂进行四球实验后，GCrl5钢球磨斑表面元素的EDS分析图谱。从图3可以看示，在EDS谱中，除Fe、Cr谱峰外，还有C、O谱峰，表明磨斑表面可能形成了某种有机物类抗磨膜。3二聚酸钾极压抗磨作用的初步探讨KGY四球机长磨实验磨斑直径小，是因为一CH2(CH2)7一和一CH2CH=CH(CH2)7一等油性基团具备良好的减摩抗磨作用，而且脂肪长链中所含吸附基一COOH能够与摩擦表面发生化学吸附而形成油性分子膜。KGY四球机卡咬实验OK值大，表明二聚酸钾极压抗磨效果好。但是，钢球磨斑EDS分析结果表明，二聚酸钾极压抗磨的机理与水溶性改性ZDDP不同，抗磨膜是有机类膜，而不是ZDDP极压活性元素S在边界润滑条件下与摩擦表面反应生成无机抗磨膜。二聚酸钾水解生成二聚酸，二聚酸在高温、高压的极压条件下起到电子受体作用，与被活化了的摩擦表面Fe2+原子发生摩擦化学反应，生成化学反应皂膜一二聚酸铁。二聚酸铁分子中所含羧酸根阴离子的D、π共轭效应增加了二聚酸铁皂膜的稳定性。4结论二聚酸钾是润滑性能优良的水溶性抗磨添加剂，以二聚酸为极压抗磨剂的水一乙二醇液压液KGY润滑性能与N46抗磨液压油相当。二聚酸钾的油性基团具备良好的减摩抗磨作用，在极压条件下，二聚酸与摩擦表面反应生成的二聚酸铁皂膜能起极压抗磨作用。参考文献[1]易伦等，水溶性抗磨添加剂的研究，润滑与密封．l994．N04．06～10。[2]李茂生，润滑添加剂的结构与性能，润滑与密封．l994，N06，022—260[3]刘忠等，水溶性润滑添加剂的分子设计浅说，润滑与密封，l995．N03，p31—34。[4]孟宪堂等，水一乙二醇抗燃液压液低温润滑性能的研究．机械，1996，Vol23，增刊，pl一4。[5]周灿丰，水一乙二醇液压液的抗磨机理和流变学研究[学位论文]，北京：中国矿业大学北京研究生部，p30～35。