有機鉬:潤滑油添加劑中的“神奇元素”
一、有機鉬在潤滑油添加劑領(lǐng)域的發(fā)展歷程
(一)早期探索階段
有機鉬在潤滑油添加劑領(lǐng)域的應用有著(zhù)一段不斷探索發(fā)展的歷程。早在早期探索階段,人們就發(fā)現了鉬元素在減少摩擦、抵抗磨損等方面具備一定潛力,從而開(kāi)始嘗試將其應用于潤滑油添加劑之中。
當時(shí)的技術(shù)背景下,初代含鉬添加劑多以二硫化鉬(MoS?)的形式出現,它是由天然鉬精礦粉經(jīng)化學(xué)提純后改變分子結構而制成的固體粉劑,色黑稍帶銀灰色,有金屬光澤,觸之有滑膩感,是一種良好的固體潤滑劑。不過(guò),這種初代產(chǎn)品面臨著(zhù)諸多問(wèn)題,其作為固體無(wú)法溶入油中,哪怕是所謂的 “納米級” 二硫化鉬也會(huì )或多或少產(chǎn)生沉淀,這使得它在潤滑油中的應用受到極大限制,難以充分發(fā)揮潤滑作用。并且在使用過(guò)程中,二硫化鉬不僅對所潤滑的機器設備和加工的產(chǎn)品會(huì )產(chǎn)生污染,最新的研究還表明其在廢油脂排放處理過(guò)程中,對環(huán)境也會(huì )產(chǎn)生比較嚴重的污染。此外,由于二硫化鉬是固體粉末,在高速高壓條件下對于降低噪音也十分不利,再加上純度方面受成本考慮,大部分含有很高的石墨成分,影響了潤滑劑的性能以及持久性。所以,最初含鉬添加劑雖展現出一定的減摩極壓性能,但整體應用局限較大,僅能在一些潤滑脂中還有所采用,這便是有機鉬在潤滑油添加劑領(lǐng)域早期應用的雛形與面臨的狀況。
(二)各代產(chǎn)品演變
隨著(zhù)對潤滑油添加劑性能要求的不斷提高以及相關(guān)技術(shù)的持續進(jìn)步,含鉬添加劑經(jīng)歷了從第一代到后續幾代產(chǎn)品的更迭發(fā)展。
第一代產(chǎn)品是二硫化鉬固體粉末,前面提到它雖能體現比較理想的減摩極壓性能,但溶解性等問(wèn)題使其在潤滑油中的應用受限,目前只有在一些特種潤滑脂中還在采用。
第二代產(chǎn)品為硫 - 磷 - 氧(S - P - O)有機鉬,代表性的產(chǎn)品是二烷基二硫代硫酸氧鉬(MODDP),從上世紀 70 年代開(kāi)始,國外廠(chǎng)家著(zhù)手生產(chǎn)該產(chǎn)品。它相較于二硫化鉬粉末,油溶性能得到了一定提高,不過(guò)并沒(méi)有從根本上解決溶解性問(wèn)題,在工藝不穩定時(shí)還會(huì )出現沉淀或產(chǎn)品分解產(chǎn)生氣體的情況。而且由于其含磷量較高,容易致使尾氣催化器中毒,所以在如今的國外市場(chǎng)應用也較少。
到了上世紀八、九十年代,潤滑油添加劑生產(chǎn)商研發(fā)生產(chǎn)出了第三代產(chǎn)品 —— 烷基二硫代氨基甲酸鉬(MoDTC),這是一種含硫(S)不含磷(P)有機鉬。它雖然解決了含磷帶來(lái)的尾氣催化器中毒問(wèn)題,但自身又存在油溶性、減摩性和抗氧化性能不佳的缺陷,同時(shí)還有銹蝕和腐蝕方面的風(fēng)險,影響了其更廣泛的應用。
本世紀推出的第四代鉬 —— 低硫(S)、不含磷(P)、含氮(N)有機鉬則展現出了更優(yōu)異的性能表現。該產(chǎn)品相當穩定,徹底解決了油溶性問(wèn)題,磷含量也極低,幾乎為零,最大的優(yōu)勢在于含氮而具有很好的高溫抗氧化性能,能廣泛使用于對 S、P 有限制的高級別 SN 潤滑油內,代表著(zhù)有機鉬添加劑當前的發(fā)展趨勢,也更契合如今對潤滑油品質(zhì)以及環(huán)保等多方面要求不斷提升的市場(chǎng)環(huán)境。
總之,含鉬添加劑的各代產(chǎn)品在不斷演變中,各自有著(zhù)不同的特點(diǎn)、優(yōu)勢以及被市場(chǎng)逐漸接納或淘汰的原因,推動(dòng)著(zhù)有機鉬在潤滑油添加劑領(lǐng)域持續發(fā)展進(jìn)步。
二、常見(jiàn)有機鉬潤滑油添加劑的種類(lèi)及特性
(一)含硫磷鉬(MoDDP)
二烷基二硫代磷酸鉬(MoDDP),其化學(xué)構成中包含鉬(Mo)、硫(S)、磷(P)等元素,是一種典型的有機鉬化合物。從化學(xué)結構角度來(lái)看,它具有特定的分子排列與化學(xué)鍵合方式,使其具備獨特的化學(xué)性能。
在潤滑油中,MoDDP 有著(zhù)較好的溶解情況,相較于早期的二硫化鉬(MoS?)固體粉劑,它能更均勻地分散在油液里,這為其發(fā)揮減摩抗磨等作用提供了良好基礎。說(shuō)到減摩抗磨性能,MoDDP 表現較為突出,它可以在金屬摩擦表面形成一層保護膜,有效降低金屬之間的直接摩擦,減少磨損情況的發(fā)生,進(jìn)而延長(cháng)機械設備的使用壽命。
在實(shí)際應用方面,MoDDP 常用于各類(lèi)對潤滑要求較高、工況較為復雜的機械設備所使用的潤滑油中,例如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機、工業(yè)齒輪箱等。然而,它也存在一定局限性,由于含有磷元素,在一些尾氣排放控制嚴格的應用場(chǎng)景下,可能會(huì )導致尾氣催化器中毒,影響尾氣處理效果。而且在工藝不穩定時(shí),還可能出現沉淀或者產(chǎn)品分解產(chǎn)生氣體等情況,影響其使用效果和穩定性。
(二)含硫不含磷鉬(MoDTC)
二烷基二硫代氨基甲酸鉬(MoDTC)是一種含硫(S)但不含磷(P)的有機鉬化合物,化學(xué)名字為 [(CH3) 2NCS2] 2Mo,不僅含有鉬元素,還包含 S 和 N 等原子元素,形成了獨特的含硫有機配位化合物結構。
MoDTC 具備良好的抗氧化性,可穩定烴基在高溫下產(chǎn)生自由基,避免潤滑油出現分解氧化現象,使得潤滑油能在高溫環(huán)境下保持較好的性能狀態(tài)。在不同的基礎油中,它有著(zhù)不一樣的反應特點(diǎn),比如在一些礦物油和合成油里,其與基礎油的相容性較好,能夠較好地發(fā)揮自身性能,不過(guò)在溶解性、減摩性和抗氧化性能方面,相較于理想狀態(tài)還存在一定的提升空間,自身存在油溶性、減摩性和抗氧化性能不佳的缺陷,同時(shí)還有銹蝕和腐蝕方面的風(fēng)險。
與其他同類(lèi)產(chǎn)品相比,MoDTC 的獨特之處在于解決了含磷帶來(lái)的尾氣催化器中毒問(wèn)題,使其能應用在對尾氣排放有嚴格要求的設備潤滑中。但不足點(diǎn)是其在減摩、抗氧化以及抗腐蝕等綜合性能的平衡上還有待優(yōu)化,這在一定程度上限制了它在一些對潤滑油性能要求極高的精細設備潤滑領(lǐng)域的廣泛應用。
(三)非硫磷鉬(Mo-Am)
非活性有機鉬即有機鉬混合物(Mo-Am),它有著(zhù)自身獨特的基本情況。在與其他添加劑協(xié)同作用時(shí),能展現出較為優(yōu)異的性能,比如和一些抗氧化劑、抗磨劑共同使用時(shí),可以發(fā)揮出更好的減摩、抗氧化以及抗腐蝕等協(xié)同效果,使潤滑油整體性能得到顯著(zhù)提升。
自身穩定性方面,Mo-Am 在不同的溫度、壓力以及復雜的工況環(huán)境下,都能保持相對穩定的化學(xué)狀態(tài),不易分解或者失效,為長(cháng)期穩定的潤滑作用提供保障。從環(huán)保角度來(lái)看,它不含硫、磷等可能對環(huán)境造成不良影響的元素,在如今環(huán)保要求日益提高的背景下,具備很大的優(yōu)勢,符合綠色潤滑的發(fā)展趨勢,可應用在一些對環(huán)保要求較高的機械設備潤滑場(chǎng)景中,像城市公共交通車(chē)輛、環(huán)保型工業(yè)設備等的潤滑系統里。
三、有機鉬作為潤滑油添加劑的作用機理
(一)正常工況下的作用
在正常工況,也就是常規的機械運轉條件下,有機鉬發(fā)揮著(zhù)重要的減摩、抗磨作用,以保障機械部件能夠穩定運轉。有機鉬通常以液態(tài)形式存在于潤滑油中,由于其自身具備特殊的化學(xué)結構與性質(zhì),能夠在摩擦表面形成物理、化學(xué)吸附膜。
從物理吸附角度來(lái)看,有機鉬分子中的極性基團會(huì )與金屬摩擦表面產(chǎn)生吸附作用,就如同微小的 “吸附力場(chǎng)”,使其附著(zhù)在金屬表面。而化學(xué)吸附則是基于有機鉬分子與金屬表面原子之間發(fā)生化學(xué)反應,進(jìn)而形成化學(xué)鍵合,這種化學(xué)鍵合讓吸附膜更加牢固地存在于摩擦表面。
例如在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的正常運轉過(guò)程中,機油里添加的有機鉬會(huì )在活塞環(huán)與氣缸壁等摩擦部位,通過(guò)上述物理、化學(xué)吸附的方式形成保護膜。這層膜能夠有效隔開(kāi)金屬與金屬之間的直接接觸,極大地降低了摩擦系數,減少了磨損情況的發(fā)生,使得發(fā)動(dòng)機各部件可以順暢、穩定地運行,延長(cháng)了發(fā)動(dòng)機的使用壽命,也有助于維持機械設備整體良好的工作狀態(tài)。
(二)苛刻工況下的表現
當機械處于高速、高溫、高壓等比較嚴苛的工作環(huán)境時(shí),有機鉬更是展現出獨特的優(yōu)勢。在這樣的苛刻工況下,摩擦副表面會(huì )承受極大的壓力、摩擦力以及高溫影響,此時(shí)有機鉬能夠在摩擦副表面發(fā)生分解反應,進(jìn)而形成納米級二硫化鉬(MoS?)化學(xué)反應膜。
這種納米級的 MoS?化學(xué)反應膜有著(zhù)特殊的層狀微晶結構,它會(huì )以極薄的層次疊置于金屬表面,每層厚度大約為 0.625 納米,層間距離為 1.32 納米。這種特殊的結構會(huì )改變摩擦運動(dòng)方式,將原本的滑動(dòng)摩擦轉變成滾動(dòng)摩擦,就如同在金屬表面鋪上了一層微小的 “滾珠”,使得摩擦系數得以大幅度降低。
比如在工業(yè)生產(chǎn)中的大型高速齒輪箱運轉時(shí),齒輪之間的摩擦會(huì )產(chǎn)生大量的熱,并且承受著(zhù)極高的壓力,常規的潤滑方式可能難以滿(mǎn)足要求。而含有有機鉬的潤滑油在這種情況下,有機鉬分解形成的納米級二硫化鉬化學(xué)反應膜,就能有效地保護齒輪表面,抑制因高溫導致的機油性能下降,提高齒輪的極壓性能,避免齒輪出現膠合、磨損等故障,確保齒輪箱在苛刻工況下依然可以可靠地工作。
四、有機鉬在潤滑油添加劑應用中的優(yōu)勢
(一)對發(fā)動(dòng)機的保護作用
有機鉬在潤滑油添加劑應用中,對發(fā)動(dòng)機有著(zhù)極為重要的保護作用。在發(fā)動(dòng)機運轉過(guò)程中,各個(gè)零部件之間會(huì )不可避免地產(chǎn)生摩擦,而有機鉬能夠憑借其獨特的性能,有效減少這種摩擦帶來(lái)的磨損。例如,有機鉬可以在活塞環(huán)與氣缸壁、曲軸與軸瓦等關(guān)鍵摩擦部位,通過(guò)物理吸附與化學(xué)吸附的方式,形成牢固且穩定的保護膜。這種保護膜能夠將金屬與金屬之間的直接接觸進(jìn)行有效阻隔,使得摩擦系數顯著(zhù)降低,進(jìn)而減少零部件的磨損情況。
從提高零部件抗損耗能力方面來(lái)看,有機鉬在長(cháng)期的使用過(guò)程中,持續發(fā)揮著(zhù)減摩抗磨的作用,避免了因頻繁摩擦導致的零部件表面損傷、疲勞等問(wèn)題,使得像發(fā)動(dòng)機的活塞、曲軸等關(guān)鍵部件能夠在相對良好的工況下運行,大大提高了它們抵抗損耗的能力。通過(guò)減少磨損、增強抗損耗能力,有機鉬添加劑能有效延長(cháng)發(fā)動(dòng)機的整體使用壽命,這對于車(chē)輛等依靠發(fā)動(dòng)機作為動(dòng)力核心的設備來(lái)說(shuō)意義重大,不僅可以降低維修成本、減少設備更新頻率,還能保障設備在較長(cháng)時(shí)間內穩定可靠地運行,充分體現了有機鉬在發(fā)動(dòng)機保護方面的重要性。
(二)抗氧化與延長(cháng)換油期
有機鉬含有一些特定的元素,使其在提升機油抗氧化性能方面有著(zhù)出色表現。部分有機鉬添加劑中含有的氮元素,其所在的化學(xué)基團具有高溫抗氧的特性,能穩定烴基在高溫下產(chǎn)生自由基,避免潤滑油出現分解氧化現象,使得機油在高溫環(huán)境下也能較好地維持自身性能狀態(tài)。
當發(fā)動(dòng)機運轉時(shí),在曲軸箱內,有機鉬添加劑可以減少各部件之間的摩擦,摩擦的減少意味著(zhù)熱量的產(chǎn)生也相應降低,從而有助于降低機油的工作溫度。而較低的溫度環(huán)境能延緩機油的變質(zhì)速度,減少機油中輕質(zhì)成分的揮發(fā),讓機油能夠在更長(cháng)時(shí)間內保持良好的潤滑、散熱等性能。
綜合來(lái)看,有機鉬對機油抗氧化性能的提升以及在曲軸箱內發(fā)揮的減摩降溫作用,能夠有效地延緩機油變質(zhì)、減少揮發(fā),進(jìn)而實(shí)現延長(cháng)換油周期的效果。這樣一來(lái),車(chē)主可以減少換油的次數,不僅降低了機油更換成本,還節省了相應的時(shí)間和精力,帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的便利和經(jīng)濟效益,也契合當下人們追求高效、經(jīng)濟的設備維護理念。
(三)節能與提高燃油經(jīng)濟性
行車(chē)試驗的數據表明,燃料燃燒所產(chǎn)生的能量大約僅有 60% 左右能夠轉化為動(dòng)能,而其中約 30% 的動(dòng)能會(huì )被白白消耗在各種摩擦副中。有機鉬作為潤滑油添加劑,在減少摩擦方面有著(zhù)顯著(zhù)效果。它可以在摩擦副表面形成保護膜,將原本的滑動(dòng)摩擦改變?yōu)闈L動(dòng)摩擦,大大降低了摩擦系數,從而有效減少了能量在摩擦過(guò)程中的損耗。
例如,在車(chē)輛日常行駛中,添加了有機鉬添加劑的潤滑油,能讓發(fā)動(dòng)機內部各部件運轉更加順暢,減少因克服摩擦力而額外消耗的能量,使得車(chē)輛在相同的行駛條件下,所需要的燃油量相應減少,進(jìn)而實(shí)現節約能源、提高燃油經(jīng)濟性的目的。據相關(guān)試驗顯示,有機鉬添加劑能達到 3 - 5% 的燃油節省效果。在如今全球能源緊張的大背景下,節能已然成為各個(gè)行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的課題,有機鉬在潤滑油添加劑中的應用,通過(guò)提高燃油經(jīng)濟性這一優(yōu)勢,很好地順應了當下節能的大趨勢,對于推動(dòng)交通運輸等領(lǐng)域的可持續發(fā)展有著(zhù)積極意義。
五、有機鉬應用中的注意事項及前景展望
(一)應用中的注意要點(diǎn)
在使用有機鉬作為潤滑油添加劑時(shí),有諸多注意要點(diǎn)需要格外留意,以保障其能發(fā)揮良好性能且避免產(chǎn)生負面影響。
對于不同類(lèi)型的車(chē)輛而言,其發(fā)動(dòng)機的設計、工況特點(diǎn)以及對潤滑油的要求都存在差異。比如,高性能跑車(chē)的發(fā)動(dòng)機往往在高轉速、高負荷下運行,對潤滑油的抗磨、抗氧化以及散熱性能要求極高,使用有機鉬添加劑時(shí),需要確保添加量精準,因為添加過(guò)多可能會(huì )導致機油粘度過(guò)高,影響發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力輸出以及散熱效果;而對于普通家用轎車(chē),發(fā)動(dòng)機工作環(huán)境相對溫和,但同樣要依據車(chē)輛的使用年限、行駛里程等來(lái)合理控制有機鉬的添加量,若車(chē)輛使用時(shí)間較長(cháng),發(fā)動(dòng)機內部零部件已有一定程度磨損,適當增加有機鉬添加量能更好地起到保護作用,可若是新車(chē),過(guò)量添加則可能造成不必要的浪費甚至對發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生腐蝕風(fēng)險。
在不同工況方面,車(chē)輛長(cháng)時(shí)間在高溫環(huán)境下行駛,如夏季高溫時(shí)段長(cháng)途跋涉或者頻繁在擁堵路況下走走停停,發(fā)動(dòng)機溫度容易過(guò)高,這就要求有機鉬添加劑具備良好的高溫穩定性以及抗氧化性,否則容易出現分解失效的情況,無(wú)法持續發(fā)揮減摩抗磨作用;而在寒冷環(huán)境中啟動(dòng)車(chē)輛時(shí),有機鉬的溶解性和分散性要能保證在低溫下也不受影響,否則可能出現沉淀,影響機油的正常潤滑性能。另外,對于一些工業(yè)設備,像處于重載、高速運轉的大型齒輪箱,有機鉬的添加量和類(lèi)型選擇就要充分考慮其極壓抗磨性能,確保能有效保護齒輪表面,防止膠合、磨損等故障出現;而在一些輕載、低速運轉的設備中,則可以適當降低有機鉬的使用濃度,達到經(jīng)濟且有效的潤滑目的。
從與不同基礎油搭配來(lái)看,礦物油、合成油等各類(lèi)基礎油自身的化學(xué)性質(zhì)、成分有所不同,和有機鉬的相容性也不一樣。有些基礎油本身的抗氧化性能較差,搭配有機鉬時(shí),就需要選擇抗氧化性好的有機鉬產(chǎn)品,以協(xié)同提升整體潤滑油的抗氧化能力;若基礎油的清潔分散性不佳,有機鉬的加入不能影響其對發(fā)動(dòng)機內部積碳、油泥等雜質(zhì)的清潔能力,并且要防止因相互作用而產(chǎn)生沉淀等不良現象。同時(shí),在調配過(guò)程中,要嚴格按照規定的工藝順序和操作規范進(jìn)行添加,確保有機鉬能均勻分散在基礎油中,充分發(fā)揮其功效。
總之,只有充分考慮上述這些關(guān)鍵因素,合理使用有機鉬添加劑,才能讓其在潤滑油中真正起到提升性能、保護設備的作用。
(二)未來(lái)發(fā)展前景
隨著(zhù)全球環(huán)保要求日益提高以及油品性能不斷升級,有機鉬作為高端特種添加劑在未來(lái)潤滑油市場(chǎng)中展現出了廣闊的應用前景。
一方面,環(huán)保法規越發(fā)嚴格,對于汽車(chē)尾氣排放中有害物質(zhì)的限制愈發(fā)細致,這促使潤滑油行業(yè)不斷尋求低硫、低磷甚至無(wú)硫無(wú)磷的添加劑產(chǎn)品,以保護尾氣處理裝置的三元催化器等敏感設備。而有機鉬添加劑中的部分產(chǎn)品,如非硫磷型有機鉬,恰好契合這一趨勢,憑借其對環(huán)境友好、不易導致尾氣催化器中毒的優(yōu)勢,有望在未來(lái)得到更廣泛的應用。例如,在城市公共交通車(chē)輛、新能源汽車(chē)等對環(huán)保要求極高的領(lǐng)域,有機鉬添加劑能夠助力潤滑油滿(mǎn)足相關(guān)排放標準,減少對大氣環(huán)境的污染,實(shí)現綠色出行的目標。
另一方面,發(fā)動(dòng)機制造技術(shù)不斷進(jìn)步,如今的發(fā)動(dòng)機朝著(zhù)精密化、小型化、高性能化方向發(fā)展,其工作條件變得更加苛刻,對潤滑油的品質(zhì)和性能要求也隨之提升。有機鉬添加劑所具備的出色減摩抗磨、抗氧化以及抗腐蝕等性能,使其能夠很好地適應這些新的要求,為發(fā)動(dòng)機提供更可靠的保護,延長(cháng)發(fā)動(dòng)機的使用壽命,提高設備的運行效率。比如在航空航天領(lǐng)域,飛行器發(fā)動(dòng)機對于潤滑油的耐高溫、高壓以及抗磨損等性能需求極高,有機鉬添加劑有望通過(guò)進(jìn)一步的研發(fā)和優(yōu)化,在這類(lèi)高端領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。
從市場(chǎng)需求角度來(lái)看,工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展使得各類(lèi)機械設備不斷增多,對于高性能潤滑油的需求持續增長(cháng),有機鉬添加劑憑借其能提升潤滑油綜合性能、實(shí)現節能降耗的特點(diǎn),在工業(yè)齒輪油、液壓油等眾多潤滑油品類(lèi)中都有很大的潛在發(fā)展空間。而且,隨著(zhù)科研技術(shù)的不斷創(chuàng )新,有機鉬添加劑的性能有望進(jìn)一步優(yōu)化提升,成本也可能逐步降低,這將進(jìn)一步推動(dòng)其在更廣泛的領(lǐng)域得到應用,在未來(lái)潤滑油市場(chǎng)中占據。
六、產(chǎn)品推薦
二硫代氨基甲酸鉬 MSAIL 525A MoDTC 是一種不含磷酸鹽的液態(tài)有機鉬摩擦改進(jìn)劑,可大幅度降低油品摩擦系數,并具有抗磨、抗氧等多種功能,廣泛應用于內燃機油、各類(lèi)工業(yè)潤滑油、純油型金屬加工液、油脂等。
主要特點(diǎn)
減少摩擦:通過(guò)在金屬表面形成低摩擦層,有效減少部件間的摩擦和磨損。
抗磨損保護:提供卓越的磨損保護,延長(cháng)機械設備及潤滑劑的使用壽命。
極壓性能:在高負荷和嚴苛條件下保護金屬表面,防止磨損。
抗氧化性能:幫助抵抗氧化,減少污泥和清漆的形成,延長(cháng)潤滑油的使用周期。
防腐蝕:在金屬表面形成防護層,有效防止腐蝕。
高兼容性:與多種基礎油和其他添加劑兼容,適用于多功能潤滑劑配方。
應用領(lǐng)域
發(fā)動(dòng)機油:提高燃油效率,延長(cháng)發(fā)動(dòng)機部件的使用壽命。
齒輪油:減少齒輪系統的摩擦和磨損,提供極壓保護。
液壓油:增強液壓系統的磨損保護和極壓能力,確保系統平穩運行。
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