工业润滑剂的三个基本要求
陶德华 张建华 付尚发
(上海大学涧滑化学研究室，上海市延长路149号，200072)

随着现代工业的大发展，机械对工业润滑剂的要求越来越高。合适的润滑剂能保障机械的正常运行、较低的能耗和延长机械的使用寿命。

对工业润滑剂的要求不仅光考虑粘度或者摩擦学问题，对于它们的要求会有很多很多。如果忽略某种要求，也许就不被工厂采纳，或者采用后将会出现问题。由于目前工业润滑剂90％以上以流体为主，所以这里主要讨论润滑油的问题。我们仔细考虑丁工业对滑油的众多要求．将其归纳为以下三大类：l流动性能、2摩擦特性和应用特性。

一、润滑剂(油)的流动性(流体动力学)

众所周知润滑油要有足够的粘度使运动中的摩擦副隔离。润滑油粘度过小，则起不了润滑，粘度过火，则会造成能耗损失。合适的粘度，得取决于设备的工况和摩擦副材料。较精确的粘度获取可按道逊(Dawson)公式计算，一般情况下则参考经验数据。工业实际中按设备卡指定的数值最可靠。润滑油粘度通常以ISOVG规格表征，即40~C时的运动粘度大小。

由于润滑剂(油)的粘度不是一成不变的，它受温度、剪切应力等因素会有变化，以至机械运动也会受之影响。这就对润滑剂提出了流变性要求。

1、温度的影响

温度升高粘度会下降，这种变化特性，在40℃以上的波动一般以vl粘度指数表示。石蜡基油(大庆油)V1可以达到90，可以满足热带、亚热带行驶的卡车或室内运行的普通轴承、齿轮液压基础件润滑的要求。环烷基油(新疆油)的基础粘度要低得多，对机械运转稳定性的贡献要差一些。精密机械、轿车发动机、航空液压起落架、精密液压系统的润滑油v1则要求100以上。vl越高，运行越平稳。

2、低温流动性

0℃以下的环境，油的粘温性能不能以vI表征，必须以低温粘度和倾点表示。“倾点”仅表示在此温度下油品将失去流动性，是低温流动性的最低要求。在倾点以上润滑油可以流动和润滑。低温环境下润滑油流变性确切的表达应以低温粘度表示。

工业润滑中，汽车机油为保证迅速启动，其低温粘度(不大于3500C. P.)的要求是：SAE5W≯25℃，SAE10W≯-20℃：航空液压油V-50℃≯2000C．P．在上述二例中对润滑油的粘温特性要求是相当高的，石油基油单组份是达不到。

生产这些高粘温性油品，目前主要是采用低倾点、低粘度矿油再添加线性高聚物(即粘度指数添加剂)来制成的。该类稠化油品比较经济，但属于典型的非牛顿流体(又称稠化油或多级油)。稠化油的粘度增高是靠高聚物分子的弹力，当载荷或剪应力大干弹力时，增高的粘度就会伤失。添加的高聚物越多，vI越高(甚至可制成高于266的航空液压油)。在分子弹性范围内，机械运动可以非常平稳。但必须注意．超载荷下它们就失效了，严重时会导致机械损坏。

高质量的合成油、聚a烯油、多元醇酯，也有优良的粘温性(VI>100)和低温流动性，价格要比稠化油贵4倍以上，但它们是牛顿型流动，随载荷或剪应力升高粘度基本不受影响，因此可以弥补“稠化油”的缺点。

在特殊场合，如美空军第三代第四代战斗机的起落架已不采用“稠化”型液压油，而是采用多元醇酯合成油。高品质的德国高级轿车机油也不采用稠化油。最近我们以植物油为原料台成了新型可生物降解的合成油，它比多元醇酯油有更好的低温性(倾点一45℃．VG100)，也同属牛顿流体，其实用效果尚待进一步开发和验证。

此外，润滑脂是特例，它是典型的“非牛顿型”流体．受载瞬时有流动性，停转时即凝固，非常适用于滚动轴承润滑。通常在它的基础油倾点以F(20℃以内)能够启动。

广泛用于切削加工的润滑剂多数采用水基。钢厂防火抗燃液压系统也有采用高分子稠化的水乙二醇液压液、其粘液性非常好，但非牛顿性太强，其高分子提供的粘度几乎没有承载能力， 水基润滑主要是取其冷却和抗燃效果好。它的润滑效果主要依靠摩擦学添加剂。

由以上可知，润滑剂的流体力学特性是工业润滑首选必要的特性。

二、摩擦学特性

轻载荷或比压小的机械，例如精密机械仪表、普通机床、高速低载齿轮、汽轮机滑动轴承以及低压油泵等场合，只要润滑油粘温性台直，摩擦副不大会发生磨损等机械损伤(也就是通常所说的流体润滑条件．膜厚比λ=h／6，λ≥3)。此时摩擦力、动力消耗仅取决于滑油粘度，但是机械运转107循环后，疲劳点蚀仍有可能发生。

载荷比压较大的机械(当膜厚比λ＜1＝，高压油泵、发动机汽缸凸轮．中载以上齿轮、滚动轴承、切削加工等工况，由于边界摩擦时摩擦力明显升高，且有机械磨损、擦伤、胶合等机械损伤发生可能．单依靠提高润滑油粘度己无法避免。

在这种润滑条件卜采用摩擦学添加剂非常有效，但添加剂必须按其特性“对症下药”．切忌滥用。

1、降低摩擦系数添加剂(节能剂)

工业实际中分为以下几类具体情况：A)轻载条件下，有动植物油脂，脂肪胺等油性添加剂：B)中载以上机械可采用层状结构纳米添加剂(如30纳米以F的M占。．石墨、聚四氟乙烯、氟化石墨等)，其减摩节能效果明显，但有不稳定易分层闻题； c)可发生摩擦化学反应，能生成钼硫化物的有机添加剂(如氨磺酸钥等)．或能生成摩擦聚合物的添加剂等。

2、抗磨剂

六十年前就发现环烷酸铅和硫化鲸鱼油用在极压齿轮油具有明显的抗磨性，近年来因为环保问题现已禁止使用。“xx霸”公司的与之类型相似。二战至今，仍有效在用的是二烷基硫磷锌(zDTP)，至今仍在抗磨液压油，齿轮油和车用机油中继续广泛使用。添加ZDTP的液压油，高压油泵试验总磨损可自1000mg下降至50mg。另外．ZDTP与硫化烯烃极压剂复合后可在极压齿轮油中有效防止磨损胶合。它们曾经使首批“上海牌轿车”双曲线齿轮的寿命由2000公里寿命延长至25000公里。但ZDTP有遇水易分解、不耐高温(80℃开始分解)、易乳化等缺点。八十年代之后发展的硫磷型无灰剂(Lubrizol C0)以及磷氨型无灰抗磨剂(上大)克服了ZDTP的问题，高压油泵试验总磨损进一步降到30mg以下。这些添加剂的作用原理是在边界摩擦接触的局部高温不断产生化学反应保护膜和抗磨的无机沉积屠。沉积层的厚度可由数纳米到数十纳米，它们有效地抵抗了摩擦。

众多的抗磨剂反应后产生的沉积层种类很多。有软金属型(锌、锡、铜等)、硫化钼减磨型、硫化铁、氯化亚铁、磷酸铁极压型。这些有机抗磨或极压剂在油中透明稳定，摩擦反应产生的纳米沉积层经试验证实其实际效果比预先制成的相应纳米荆更好。近期不断有报道采用超硬质的纳米材料作为抗磨减摩剂，它们有纳米金剐石和稀十，确一定的效果．其作用可能是抛光和沉积物镶嵌在摩擦面缝隙中起提高硬度和降低粗糙度的效果。

但必须指出，多数的抗磨极压添加剂，对于锕对钢摩擦副是有效的，而对于有色金属摩擦副不一定有效。特别是台硫的添加剂通常对铜摩擦副易腐蚀或效果不佳，它们对于工程塑料之类的非金属副更无作用。

对于非金属材料、有邑金属的润滑，采用某些纳米减磨添加剂，摩擦聚台型添加剂有显著的抗磨或节能作用。

抗磨极压剂的适用场合有：①汽轮机滑动轴承用油不加任何添加剂；②80kg／cm2压力以上油泵采用抗磨液压油润滑．应添加ZDTP或无灰型磷氨抗磨剂；③中、高极压齿轮油应添加硫磷型抗磨极压添加剂或纳米型硼粉盐抗磨剂：④发动机油需添加ZDTP抗磨剂；⑤金属冷挤压加工或切削油可采用油性和含氯极压剂；⑥极压润滑脂可添加Mo2S、累四氟乙烯、石墨、软金属粉等。

三、应用要求的特性

在工业润滑现场，除了粘度、摩擦学特性之外还有许许多多的特殊要求，统称为应用要求。归纳之下可分下面几个主要部分：

l安全性应符合工业应用标准：考核指标主要有燃点、闪点、毒性等；

2抗腐蚀性：对摩擦副材料(铜、铁等)无腐蚀；防锈性、酸僵等指标要合格；

3环保要求：如对尾气排放影响，切削液排放标准等：

4抗氧化性：同油品寿命有关

5高温抗结焦性一清净分散性，此为发动机油主要指标

6油水分离性—抗乳度。钢铁厂、采矿厂有特殊要求，要求油水分离快

7抗泡沫性好

8具体应用单位的其他要求等。

应用性要求随工厂、气候工况、地域等而多种多样。工业润滑剂的应用必须了解这些特殊要求并主动配合，正确选择。
现代工业润滑剂的实际应用必须同现场密切配台。初选润滑油时，只有当上述三项基本要求都能符台才能进入试用．但有时可能还有不可预料情况发生，届时应深入现场找出原因．对选用的润滑剂作进一步修正，甚至专门配制，以达到工业应用的要求。