馮兵，劉雙紅，陳國需，王昆

(1.解放軍92117 部隊，北京100072;2.解放軍后勤工程學院 軍事油料與管理工程系，重慶401331)

0 引言

潤滑油添加劑對潤滑油的性能起著決定性作用，目前，對潤滑油抗磨性能影響效果和作用機理的研究較多，對潤滑油防腐性能影響的研究相對較少，尤其多種添加劑綜合作用對潤滑油防腐蝕性能的研究較少。隨著遠洋航海和航空業(yè)的發(fā)展，對潤滑油防腐性能要求的提高［1－3］，國外建立了航空潤滑油腐蝕測量標準［4－5］，國內(nèi)一些新研發(fā)的潤滑油也對腐蝕性補充了測量指標［6－7］。但是，迄今為止多類添加劑共存時添加劑對航空潤滑油防腐性能的影響規(guī)律尚不明確，目前，對于防腐劑的防腐機理研究主要針對大氣條件下金屬的防腐研究［8－9］和氣相緩蝕劑對金屬的吸附作用研究［10－11］。

添加劑能夠?qū)娇諠櫥托阅墚a(chǎn)生不同幅度的協(xié)同或?qū)剐?2］。本文通過在航空潤滑油中添加不同質(zhì)量分數(shù)的抗磨劑和防腐劑，對航空潤滑油的防腐蝕性能進行了對比實驗，研究了抗磨劑和防腐劑對航空潤滑油防腐蝕性能的影響規(guī)律，并利用吸光度測量和防腐劑吸附量計算結合的方法探索了抗磨劑對防腐劑在模擬軸承表面吸附性能的影響規(guī)律，分析了抗磨劑和防腐劑的綜合作用對航空潤滑油防腐性能的影響機理。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及設備

抗磨劑TA:磷酸酯類化合物，工業(yè)級;防腐劑TB:甲基三氮唑，工業(yè)級;基礎油:多元醇酯，工業(yè)級;實驗用球:直徑12.7 mm 的軸承珠，材料為SKF一級鋼;實驗設備:軸承腐蝕模擬評定裝置，實驗室自行研發(fā);紫外光譜儀(UV－2550)，日本島津;Quanta 200F 場發(fā)射掃描電子顯微鏡，F(xiàn)EI.

1.2 實驗條件及方法

將模擬軸承珠分別在石油醚和丙酮中煮沸清洗干凈并晾干。然后，將軸承珠置入配制好的航空潤滑油試樣中，進行吸附實驗，在40 ℃的環(huán)境條件下靜置6 h 以保證達到吸附平衡。通過自行研發(fā)的軸承腐蝕模擬評定裝置模擬海洋的溫度和濕度環(huán)境，將在航空潤滑油中進行過靜態(tài)吸附實驗后的軸承珠取出，參照軸承腐蝕測量方法［13］，將軸承珠放入腐蝕評定裝置中進行168 h 的模擬腐蝕實驗。待實驗結束后取出模擬軸承對其腐蝕程度進行記錄評估。

1.3 腐蝕程度評價標準及量化方法

為了能夠區(qū)分不同含量添加劑潤滑油的防腐蝕效果，需要對腐蝕實驗結果的腐蝕程度進行定量區(qū)分描述。利用掃描電鏡對腐蝕點進行放大觀察，腐蝕點的掃描電鏡圖片(250 倍)如圖1所示。

圖1 腐蝕實驗后模擬軸承圖片F(xiàn)ig.1 Photographs of simulative axletrees before and after corrosion experiments

由圖1可知，模擬軸承的腐蝕點多為圓點或者橢圓形狀，所以腐蝕點的面積或者直徑能夠描述腐蝕程度的不同，根據(jù)腐蝕點的直徑大小制定了對腐蝕實驗結果進行定量評價的腐蝕等級標準，如表1所示。表1中，根據(jù)腐蝕點的大小將實驗結果劃分成A～L 十二個等級，腐蝕面積越大，腐蝕級別越高。為了以數(shù)據(jù)大小的方式表達實驗腐蝕程度的不同，對不同的腐蝕等級進行了如表1所示的賦值量化處理。實驗結束后，可根據(jù)表1對腐蝕實驗結果進行量化處理。

表1 腐蝕等級量化表Tab.1 Hierarchical corrosion table

2 實驗結果與討論

配制抗磨劑TA 質(zhì)量分數(shù)為0～5.5%、防腐劑TB 含量為0～500 ×10－6區(qū)間的航空潤滑油;按照潤滑油軸承腐蝕測量方法對油樣分別進行實驗。通過4 次重復實驗并對結果取平均值處理，得到防腐劑和抗磨劑對航空潤滑油防腐性能影響的規(guī)律，添加劑與模擬軸承腐蝕等級的關系如圖2～3所示。

圖2 防腐劑與腐蝕等級的關系Fig.2 Relations between corrosion grade and corrosion additive

圖3 腐蝕等級與抗磨劑的關系Fig.3 Relations between corrosion grade and mass fraction of antiwear additive

2.1 防腐劑對航空潤滑油防腐性能的影響

由圖2防腐劑含量對航空潤滑油防腐蝕等級的影響結果可知，伴隨著防腐劑含量的增加，航空潤滑油腐蝕等級逐漸降低，說明防腐劑含量越高，航空潤滑油的防腐效果越好;但腐蝕等級與防腐劑含量并非成正比關系，當防腐劑含量增大至300 ×10－6后，伴隨著防腐劑含量的增大，航空潤滑油的腐蝕等級遞減的幅度逐漸趨緩，并呈現(xiàn)逐漸平衡于某一低腐蝕等級的趨勢。

該現(xiàn)象的原因與防腐劑吸附性能有關系，當潤滑油體相內(nèi)防腐劑含量達到一定值后，軸承表面防腐劑的吸附量將趨向于飽和，故引起宏觀上腐蝕等級平衡于某一定值的趨勢。

2.2 抗磨劑對航空潤滑油防腐性能影響

由圖3抗磨劑對腐蝕等級的影響實驗結果可知，伴隨著潤滑油體相中抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)的增大，實驗腐蝕等級逐漸升高，說明抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)越大，航空潤滑油的防腐蝕效果就越差，抗磨劑的存在對潤滑油的防腐效果起到了一定的阻礙作用;對比4 條防腐劑含量不同的潤滑油腐蝕實驗所得曲線可知，較低含量防腐劑潤滑油的腐蝕等級較高，高含量防腐劑潤滑油的腐蝕等級較低，但伴隨著防腐劑含量的增大，防腐劑含量越高，腐蝕等級的降低幅度越小。

2.3 抗磨劑對防腐劑吸附性能的影響

對含有防腐劑和抗磨劑的航空潤滑油分別進行紫外吸光度測量，發(fā)現(xiàn)防腐劑對紫外光有吸收，而抗磨劑對紫外光沒有吸收，表明不同質(zhì)量百分數(shù)的抗磨劑對航空潤滑油的紫外吸光度沒有影響，所以航空潤滑油的吸光度主要由防腐劑的含量決定。

對含有不同含量防腐劑的潤滑油進行吸附實驗，實驗后對潤滑油進行紫外吸光度測量，利用郎伯—貝爾原理［14］將航空潤滑油吸光度換算成潤滑油體相中防腐劑的含量，通過吸附實驗用潤滑油體積和模擬軸承表面積計算出軸承表面的潤滑油界面膜中防腐劑的吸附量，航空潤滑油體相中防腐劑含量與界面膜中防腐劑吸附量關系如表2所示。

表2 吸附實驗后防腐劑吸附量Tab.2 Quantity of anticorrosion additive’s absorption after absorb experiment

由表2含有防腐劑吸附量測量結果可知，不同防腐劑含量航空潤滑油的界面膜中，防腐劑吸附量有較大區(qū)別，防腐劑含量越大，界面膜中防腐劑吸附量越大。

配制防腐劑含量在100 ×10－6～500 ×10－6區(qū)間、抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)在0.15%～4.5%區(qū)間的多組潤滑油。在40 ℃環(huán)境條件下，在航空潤滑油中分別進行軸承珠吸附實驗，吸附實驗結束后，對航空潤滑油的紫外吸光度進行測量，得到不同防腐劑含量航空潤滑油的吸光度，利用郎伯—貝爾原理將航空潤滑油吸光度換算成航空潤滑油體相中防腐劑的含量，進而計算出界面膜中防腐劑的吸附量，航空潤滑油中抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)與界面膜中防腐劑吸附量關系如圖4所示。

由圖4可知，在含有一定含量防腐劑的航空潤滑油中，伴隨著抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)的增加，潤滑油界面膜中防腐劑吸附量逐漸減小;抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)增大到3.0%過程中，界面膜中防腐劑吸附量降幅較大，在抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)高于3.0%后，界面膜中防腐劑吸附量降幅逐漸減小;對比3 條實驗曲線結果可知，伴隨著防腐劑含量的增加，吸附實驗后航空潤滑油界面膜中防腐劑吸附量也呈現(xiàn)逐漸增大的規(guī)律，并且防腐劑含量分別為100 ×10－6、300 ×10－6和500 ×10－6潤滑油添加抗磨劑后，3 類潤滑油界面膜中防腐劑吸附量區(qū)別依然較大。

圖4 吸附實驗后界面膜中防腐劑的吸附量Fig.4 Anticorrosion additive’s absorbance in interface film after absorb experiment

由圖4所示結果可知，在含有一定含量防腐劑的航空潤滑油中，抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)的增大能夠引起航空潤滑油界面膜中防腐劑吸附量的降低，說明實驗用抗磨劑對防腐劑在模擬軸承珠表面的吸附起到了抑制作用，抗磨劑與防腐劑在模擬軸承珠表面存在競爭吸附效應。

2.4 航空潤滑油的防腐機理

對含抗磨劑航空潤滑油的腐蝕等級與不含抗磨劑航空潤滑油的腐蝕等級進行比較，二者之差記為腐蝕等級增幅。

對不含抗磨劑航空潤滑油界面膜中防腐劑吸附量與含抗磨劑航空潤滑油界面膜中防腐劑吸附量進行比較，二者之差記為防腐劑吸附量降幅。

為了研究界面膜中防腐劑吸附量的變化與航空潤滑油防腐效果變化的關系，將界面膜中防腐劑吸附量的變化量與腐蝕等級的變化量做成圖，如圖5所示。

由圖5所示結果可知，含有防腐劑的航空潤滑油在添加不同質(zhì)量百分數(shù)的抗磨劑后，航空潤滑油與軸承表面形成的界面膜中防腐劑的吸附量發(fā)生了較大的變化，航空潤滑油在添加抗磨劑后的防腐性能也發(fā)生了較大變化。圖5中的3 組曲線均顯示伴隨著抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)的增加，航空潤滑油界面膜中防腐劑吸附量的變化量均逐漸增大，在抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)增加到3.0%～4.0%后，曲線斜率逐漸減小，界面膜中防腐劑吸附量變化量增幅逐漸降低;伴隨著抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)的增加潤滑油腐蝕等級的變化量也呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，說明抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)越大，對航空潤滑油腐蝕性能影響越大，并且在抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)增加到4.0%以后，曲線斜率也呈現(xiàn)一定的減小趨勢，說明抗磨劑質(zhì)量百分數(shù)達到一定值后，對航空潤滑油腐蝕性能的影響程度會逐漸降低。

圖5 界面膜中防腐劑吸附量變化量與潤滑油腐蝕等級變化量關系Fig.5 Relations between change of anticorrosion additive’s adsorption quantity and variety of corrosion grade

潤滑油體相中防腐劑含量越高，防腐劑在軸承表面的吸附量越大。當防腐劑吸附量較大時，抗磨劑對防腐劑吸附量變化量的影響也會較大，從而對潤滑油腐蝕等級變化量的影響也相對較大。所以，圖5中顯示當防腐劑含量為100 ×10－6時，抗磨劑引起的防腐劑吸附量變化量和腐蝕等級變化量相對較小，而當防腐劑含量為300 ×10－6和500 ×10－6時，抗磨劑引起的防腐劑吸附量變化量和腐蝕等級變化量較大。

對比圖5界面膜中防腐劑吸附量變化曲線和航空潤滑油腐蝕等級變化量曲線可知，2類影響曲線不但變化趨勢相同，而且基本重合，說明潤滑油與軸承表面形成的界面膜中防腐吸附量的變化與航空潤滑油腐蝕程度的變化是對應的，并且抗磨劑對界面膜中防腐劑吸附量的影響與抗磨劑對航空潤滑油腐蝕程度的影響一致。由此說明界面膜中防腐劑的吸附量決定了潤滑油的防腐性能，抗磨劑通過與防腐劑在軸承表面發(fā)生的競爭吸附效應影響防腐劑在界面膜中的吸附量，進而影響到了航空潤滑油的防腐性能。

3 結論

1)防腐劑甲基三氮唑和磷酸酯類抗磨劑對航空潤滑油的防腐蝕性能均能產(chǎn)生一定的影響作用，抗磨劑的存在能夠降低航空潤滑油的防腐蝕性能。

2)磷酸酯類抗磨劑與防腐劑甲基三氮唑在軸承金屬表面存在競爭吸附關系，抗磨劑的存在能夠降低界面膜中防腐劑的吸附量;

3)航空潤滑油與軸承表面產(chǎn)生的界面膜的性質(zhì)決定了潤滑油的防腐性能，界面膜中軸承對防腐劑的吸附量決定了航空潤滑油的防腐效果。

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