二烷基二硫代氨基甲酸钼的摩擦性能研究

熊晶+等

摘要：利用四球机、SRV摩擦磨损试验等方法考察了二烷基二硫代氨基甲酸钼在基础油和全配方汽油机油中的减摩性能，并对其减摩机理进行了探讨。结果表明： 二烷基二硫代氨基甲酸钼能有效降低基础油和成品汽油机油的摩擦系数，具有优异的减摩性能。

[HT5”H]关键词：二烷基二硫代氨基甲酸钼；SRV摩擦磨损实验；减摩性能

[HT5”H]中图分类号：TE6282文献标识码：

Study of Tribological Behavior of olybdenum Dialkyldithiocarbamate （oDTC）

XIONG Jing WEI Wen-yu2； JING Ying-ying CHENG Liang LI Peng ZHNG Dong-heng1

（1PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute， Dalian 11603 China； 2PetroChina Lubricant Company， Beijing 100028， China）

bstract：The friction-reducing properties of base oil and fully formulated gasoline engine oils with molybdenum dialkyldithiocarbamate （oDTC） were investigated through four-ball test and SRV friction-wear test and the friction-reducing mechanism was also studied The results showed that oDTC can reduce coefficient of frictions when it is used both in

base oil and fully formulated gasoline engine oils， and exhibits excellent friction-reducing capability

Key words：oDTC； SRV friction-wear test； friction-reducing property

0引言

减少排放、降耗节能已经成为推动汽车工业技术发展的直接动力。随着石油资源的日益稀缺，汽车的燃油经济性已经成为国际关注的问题，而有效减低燃油消耗已经成为汽车制造和相关产业需要解决的问题。改进汽车设计、驾驶习惯以及改善燃料油的燃烧状态都能提高燃油经济性；另一方面，降低发动机中各部件之间的摩擦损失，从润滑的角度降低摩擦内耗提高能量利用率而达到节能的效果也是研究的热门问题[1]。据统计，约有20%～25%的汽车燃料释放的能量消耗在发动机零部件的摩擦[2]。通常，减低发动机零部件之间的摩擦主要是通过改进润滑油的性能实现的，主要途径包括降低油品黏度以及添加一定量的摩擦改进剂。通常在流体润滑条件下，润滑油的黏度越低、黏度指数越高，则其燃油经济性越好；在边界润滑和混合润滑区域，通常通过加入摩擦改进剂与金属表面发生物理或化学反应吸附在金属表面形成保护膜，从而降低摩擦表面的摩擦系数，实现节省燃料的目的。

二烷基二硫代氨基甲酸钼（oDTC）作为一种新型的摩擦改进剂，具有较好的油溶性、突出的减摩性、抗氧化性、高温稳定性以及不含磷元素，因而受到广泛关注[3-]。oDTC的减摩作用目前一般被认为是金属的选择性迁移。在润滑过程中oDTC在摩擦表面微凸体顶分解出oS2、oO2、oS3、oO3等产物进入涂层表面形成易剪切的金属膜，有些产物聚集在表面的微凹谷内从而使摩擦表面更光滑，故能持久有效地减小摩擦系数。本文考察了oDTC在基础油和成品油中的摩擦性能，并对摩擦表面的形貌进行了研究，结果显示oDTC在基础油和成品汽油机油中均具有很好的减摩性能，能明显改善摩擦表面的擦伤和划痕；同时，对oDTC铜片腐蚀及抗氧性能也进行了研究。二烷基二硫代氨基甲酸钼的结构见图1。

1试验部分

11基础油和添加剂

试验选用的基础油为大连石化的HVI150SN I类基础油；成品油分别选取SL 10W-30、S 10W-0、SN 0W-0三种不同黏度级别的产品；oDTC选取太平洋联合（北京）石油化工有限公司长链型poupc-1002（o含量102%；S含量107%）。参照文献[5]，优选oDTC的添加量为07%（质量分数，下同）。

12仪器和设备

红外测试在Nicolet6700测试仪上进行。

最大无卡咬负荷PB、烧结负荷PD值分别采用四球机承载能力测试方法GB/T 312-198长磨测试采用SH/T 0189-1992。

2结果与讨论

21红外分析

图2中2923 cm-1和2856 cm-1分别对应甲基的不对称伸缩振动和对称伸缩振动，1521 cm-1的强吸收为C=S双键的伸缩振动特征吸收峰，1380 cm-1和162 cm-1分别为甲基的对称变形振动和亚甲基的剪式振动，1155 cm-1为C-N键的伸缩振动，972 cm-1为o=O（S）特征吸收峰。红外分析的结果与oDTC主体结构基本对应。

四球实验

PB、PD测试结果如表含有07%oDTC的基础油最大无卡咬负荷PB值和烧结负荷PD值均有一定幅度的提高，特别对于成品油SN 5W-0，加入oDTC后PD值增加了近500 N，推测为oDTC与成品油中的抗磨剂（如ZDDP）协和作用的结果[6]。摩擦表面的扫描电镜图分别如图3和图，可以发现加入oDTC后摩擦表面状态均有较大改善：磨斑直径降低的同时划痕明显变浅，显示了oDTC良好的减摩性质。

22减摩性能结果

222摩擦系数

以150SN为基础油，通过SRV（5707方法，载荷为200 N，温度50 ℃，时间2 h，行程为1 mm，频率50Hz）测定摩擦系数的变化，结果见图5。其中基础油150SN的摩擦系数较大，基本维持在018附近，而加入07%oDTC后摩擦系数明显降至011左右且保持基本稳定，表面形貌如图6，可以看出未加oDTC表面磨痕宽且明显，而加入oDTC后磨痕宽度从799 μm减小至2895 μm，减摩作用非常明显。

鉴于150SN+oDTC在 D5707方法磨痕宽度较小，成品油中的对比测试方法改为自建方法：载荷增大至00 N，温度50 ℃，时间5 min，行程为15 mm，频率50 Hz。三种成品油加入oDTC后，经过一段时间的磨合，oDTC与摩擦表面作用形成稳定的保护膜，使摩擦表面光滑并且持久有效地降低摩擦系数，如图7所示。三种配方表现的结果均相同，摩擦系数降低非常明显，从接近012左右下降至00左右，说明oDTC在不同配方的适应性能较好。同时，从扫描电镜图8和图9也可以发现加入oDTC后磨斑表面较为平整，犁沟也很浅，磨损明显减轻。

能谱分析

使用EDX能谱对四球长时间磨损后磨斑表面进行表面元素分析，获得膜层表面元素对比见表2。膜层中检测到C、N、O、Fe、S、Si、o、Cr等元素的存在，其中Si、Fe和Cr 来自钢球本身， S和o元素来自于润滑油。通过对比发现加入了oDTC后磨斑表面的S和o的含量明显增多，而氧元素的含量没有太明显变化，推测oDTC分解后主要形成的是钼硫化合物形成复合边界润滑膜，从而有效提高减摩抗磨作用。在SN 5W-0成品油的磨斑表面发现有116%质量分数的钼，明显高于基础油150SN中钼含量，说明在SN 5W-0成品配方中已经加入过钼的化合物。见图10、图11。

22抗氧及腐蚀性能研究

oDTC的抗氧及腐蚀性能研究分别通过SH/T 0719-2002和GB/T 5096-1985进行，结果如表3。两种成品油的氧化诱导期在加入oDTC后均有所提高，特别是SN 5W-0提高较明显，结合参考文献[7]推断氧化诱导期提高是oDTC与芳胺类抗氧剂协同作用的结果。

在基础油中加入oDTC后铜片腐蚀的级别从1a变为3b，说明oDTC中硫为活性硫。具有一定的腐蚀性。而在成品油中，铜片腐蚀结果均为1a，应该是成品油中含有腐蚀抑制剂阻止了活性硫的腐蚀。建议在配方设计中应注意考察oDTC中活性硫的影响。

3结论

（1）二烷基二硫代氨基甲酸钼能有效降低基础油和成品油的摩擦系数，具有优异的减摩性能；

（2）二烷基二硫代氨基甲酸钼的减摩机理可能归结其在摩擦表面分解成钼硫化合物形成的保护膜；

（3）二烷基二硫代氨基甲酸钼具有抗氧协同作用，同时含有活性硫，应注意考察其对铜片的腐蚀问题。

参考文献：

[1]Johnson ，Jensen R， Korcek S dditive Interactions and Depletion Processes in Fuel Efficient Engine Oils[C]∥SE Technical Paper 97191997

[2] 余磊，水琳，张春辉，等 “节能型”内燃机油及其市场发展趋势[J] 现代零部件，2007，5（8）：0-2

[3] 张文钲，归青爱 有机钼添加剂研发进展[J] 润滑油，2005，20（1）：3-38

[4] 蒋丽娟，王澎涛，李来平，等 二烷基二硫代氨基甲酸钼[LQ]添加剂的研发进展[J] 润滑油，20126（5）：23-27

[5] 许金山， 雷凌，朱和菊 oDTC对SN 0W-20汽油机油摩擦性能的影响[J] 石油商技，2032（3）：30-33

[6] 刘金亮， 李琪， 夏延秋 油溶性有机钼与二烷基二硫代磷酸锌（ZnDDP）在酯类油中的协同抗磨减摩性能及机理研究[J] 摩擦学学报，2009，29（1）：5-9

[7] 胡建强，谢凤，姚俊兵 二烷基二硫代氨基甲酸钼与芳胺抗氧剂的协同效应[J] 石化技术与应用，2006，2（5）：372-37