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常见极压添加剂的种类及选择原则

来源: 科美克 浏览:2400 发布日期:2018-10-26 14:18:12

极压添加剂是指在高温、高压的边界润滑状态下,能与金属表面形成高熔点化学反应膜,防止接触面在高负荷下发生熔结、卡咬或刮伤的添加剂。

它的作用是其分解产物与金属反应,生成剪切应力和熔点比纯金属低的化合物,从而防止接触表面咬合和焊接熔,来保护金属表面。

含硫、磷、氯的极压剂

常见的极压剂,主要是硫系极压剂、磷系极压剂、氯系极压剂、有机金属极压剂、多种活性元素极压剂等。

这类添加剂是含有硫(S)、磷(P)、氯(Cl)元素的化合物,随着温度的上升,会发生分解生成固体化学反应膜。


1.含氯添加剂


通过金属表面的化学吸附或分解的Cl和HCl与金属表面反应,生成FeCl2或FeCl3反应膜,从而达到抗磨和极压作用。

氯化铁膜有层状结构,临界剪切强度低,摩擦系数小。

 

氯化物在150℃左右反应,当温度达到350℃时,反应膜会被破坏。破坏的反应膜遇水容易分解成Fe(OH)3和HCl,失去润滑作用并对金属产生腐蚀。


2.含硫添加剂


一般认为含硫极压剂的性能与硫化物的C-S键有关,较弱的C-S键容易生成反应膜,达到抗磨效果。

 

硫化物在200℃开始反应,一般在300-400℃起作用,在750℃下仍有抗磨作用。当温度达到900℃左右时,化学膜就失效了。


3.含磷极压剂


其首先在铁表面吸附,在边界条件下C-O键发生断裂生成亚磷酸铁或磷酸铁的有机反应膜,起抗磨作用。

在极压条件下,有机膜进一步反应,生成无机磷酸铁反应膜,起极压作用。

 

一般来说,磷化物的热稳定性越差,抗磨性能越好。其中使用最广泛的有:烷基亚磷酸酯、磷酸酯、酸性磷酸酯等。

 

磷的作用温度介于硫、氯之间。

 

当上述几种添加剂同时使用时,比单独使用单一的极压剂效果更好。但需要根据金属种类来选择。例如硫在钢上使用有效,需避免在镍合金上使用,其会妨害一种低熔点的易熔物生成;同时也应避免在铜合金上使用,以免生成硫化污染物。


4.成膜机理及选择原则


金属在进行加工时,温度会急剧上升,同时表面暴露出新的金属。

若采用活性很高的极压添加剂,则可以迅速与金属反应生成反应膜,达到保护目的。

当加工条件相对温和时,采用脂肪油和矿物油的混合物即可;当温度高于150℃时,需采用反应性强的氯系、硫系极压剂。

 

化学反应和载荷性能关系图

化学反应和载荷性能关系图

 

按成膜机理可将极压添加剂分为两种:

1.  和加工表面直接反应生成化学膜,如含硫化合物或含氯化合物。

2.  通过加工中热降解作用形成化学膜,如二硫化磷酸盐、含磷有机化合物等。

此外还有一类极压剂,主要成分是羧酸类与胺反应后的产物,水溶性好,通常用作水基润滑剂组分。


惰性极压剂


在重负荷金属加工中,某些特殊结构的高碱性磺酸盐(包括钙、钡、钠盐),能在金属界面形成物理覆盖的碳酸盐保护膜,具有低剪切强度,同时可与传统极压剂复合使用。

 

这类高碱值磺酸盐表现出的良好的载荷性,因为金属加工摩擦过程中,磺酸盐可促使其胶溶的无机碳酸盐与金属表面的氧化铁反应生成多种金属氧化物及铁酸盐。同时磺酸部分也参与反应形成FeS(硫化亚铁)。这些化合物阻止金属基体的直接接触而起到极压润滑作用。


相对于传统的极压剂,例如氯化石蜡被欧洲国家列入致癌物质而禁用,惰性极压剂的安全性相对更好。

 


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