杜彭玉 梁 釗 劉敬瑄 劉雪琪 許銘華

(湖南大學(xué)機械與運載工程學(xué)院，汽車車身先進設(shè)計制造國家重點實驗室 湖南長沙 410082)

防銹潤滑油是防銹油品中用量最大、用途最廣的一個品種，其組成部分主要為基礎(chǔ)油和防銹劑，其中基礎(chǔ)油占75%以上，防銹劑約占10%[1-2]?；A(chǔ)油分為礦物油和合成油，傳統(tǒng)的礦物油已不能滿足高溫要求[3-5]。聚α-烯烴基礎(chǔ)油是一種合成油[6]，簡稱PAO。PAO較優(yōu)的性能使其具有廣泛的用途，特別適用于高溫性能等要求苛刻的油品[7-12]。雖然防銹劑占的比重不多，但卻發(fā)揮著重要的作用。常用的防銹劑按結(jié)構(gòu)分為磺酸鹽、羧酸及羧酸衍生物、酯類、有機磷酸及鹽類、有機胺及雜環(huán)化合物五大類[13-15]。

腐蝕是指潤滑油本身對金屬造成的不良作用，防腐蝕是指潤滑油抑制其他物質(zhì)穿過潤滑油保護層對金屬產(chǎn)生腐蝕的能力[16]。防銹潤滑油既有潤滑作用，也有一定的腐蝕抑制及防腐蝕性能。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，需要越來越多能在高溫、高濕、高鹽分等環(huán)境下使用的潤滑油[17-24]，因此研究潤滑油在高溫環(huán)境下的腐蝕抑制性能及防腐蝕性能具有非常重要的意義[25-26]。高溫下潤滑油本身容易產(chǎn)生腐蝕，因此采用銅片腐蝕測試結(jié)果表征潤滑油的腐蝕抑制性能；鹽水對金屬的腐蝕性較強，并且氯離子的穿透能力很強，容易引起金屬的腐蝕，因此采用鹽霧實驗結(jié)果表征潤滑油的防腐蝕性能。目前對于潤滑油防銹方面的文獻較多，但對潤滑油長期高溫下自身產(chǎn)生的腐蝕及防腐蝕的研究文獻較少。本文作者從腐蝕抑制及防腐蝕兩個角度出發(fā)，綜合評定了石油磺酸鋇、羊毛脂鎂皂、苯并三氮唑3種防銹劑在PAO8基礎(chǔ)油中的高溫腐蝕抑制性能及防腐蝕性能，并且在國標(biāo)允許的情況下提高銅片腐蝕的溫度實驗條件，使其更加符合一些實際工況下的溫度。文中選擇的基礎(chǔ)油是PAO8，防銹劑為石油磺酸鋇、羊毛脂鎂皂、苯并三氮唑，分別屬于磺酸鹽、酯類和雜環(huán)化合物防銹劑；將3種防銹劑按一定用量分散于PAO8基礎(chǔ)油中，配制成不同的防銹潤滑油，通過銅片腐蝕實驗和鹽霧實驗進行了評定。

1 實驗部分

1.1 主要材料及儀器

防銹劑：石油磺酸鋇、羊毛脂鎂皂、苯并三氮唑；45鋼試片：規(guī)格50 mm×50 mm×2 mm，鹽霧實驗用；電解銅試片：規(guī)格50 mm×10 mm×2 mm，銅片腐蝕實驗用；PAO8基礎(chǔ)油，鄭州鐵維?？萍加邢薰旧a(chǎn)。

Q-Lab Q-FOG CCT-1100鹽霧環(huán)境箱，上海韻鼎國際貿(mào)易有限公司生產(chǎn)；KD-R1093潤滑油銅片腐蝕測定器，長沙卡頓海克爾儀器有限公司生產(chǎn)；MS-H280-Pro磁力攪拌機，天津泰斯特儀器有限公司生產(chǎn)；JP-030S超聲波清洗機，深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司生產(chǎn)；FA1004N電子天平，上海菁海儀器有限公司生產(chǎn)。

1.2 防銹油的制備

制備單一防銹潤滑油時，將石油磺酸鋇以5%、10%、15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，羊毛脂鎂皂以3%、5%、7%，苯并三氮唑以0.05%、0.15%、0.25%的用量加入PAO8基礎(chǔ)油中，制備復(fù)合防銹潤滑油時，將防銹劑石油磺酸鋇、羊毛脂鎂皂、苯并三氮唑分別以一定比例加入PAO8基礎(chǔ)油中，然后用磁力攪拌機在80 ℃下攪拌30 min，再放入超聲波清洗機中在50 ℃下超聲1 h[27-28]。

1.3 實驗方法

銅片腐蝕實驗：通過銅片腐蝕實驗研究防銹劑在潤滑油中的腐蝕抑制性能。將電解銅試片緩慢放入裝有防銹潤滑油的試管中，在150 ℃下維持一定時間，按照GB/T 5096規(guī)定的方法查看銅片顏色并稱量銅片腐蝕前后的質(zhì)量。

鹽霧實驗：根據(jù)SH/T 0081測試，在45鋼表面涂覆潤滑油，按規(guī)定處理并放置于鹽霧箱的試片支架上進行實驗，觀察記錄出現(xiàn)銹蝕的初始時間和全面銹蝕的時間。

2 結(jié)果與討論

2.1 3種防銹劑在PAO8基礎(chǔ)油中的腐蝕抑制性能

2.1.1 PAO8基礎(chǔ)油的銅片腐蝕實驗

圖1示出了PAO8基礎(chǔ)油6～36 h的銅片腐蝕實驗結(jié)果，6組銅片或油液從左至右的實驗時間分別是6、12、18、24、30、36 h。

圖1 PAO8基礎(chǔ)油中6～36 h銅片腐蝕情況及油液顏色變化

從圖1(a)可以看出，PAO8基礎(chǔ)油的銅片腐蝕實驗效果很差，試片在6 h內(nèi)就發(fā)生了嚴(yán)重腐蝕，腐蝕等級為3a，隨著時間的增加，從銅片腐蝕結(jié)果上來看腐蝕程度相差不大；由圖1(b)可以看出，實驗后PA08基礎(chǔ)油的油液顏色隨實驗時間的增加而逐漸加深，說明腐蝕有一定程度的加重。上述試驗表明PAO8基礎(chǔ)油本身的腐蝕抑制性能很差。

2.1.2 苯并三氮唑在PAO8基礎(chǔ)油中的銅片腐蝕實驗

表1和表2分別是在PAO8基礎(chǔ)油中添加防銹劑苯并三氮唑的銅片質(zhì)量變化和銅片腐蝕實驗測定結(jié)果。實驗時間為24 h，實驗前測量銅片質(zhì)量m1，實驗后用正庚烷洗滌銅片后測量銅片質(zhì)量m2。

從表1可以看出，隨著苯并三氮唑含量的增加，銅片質(zhì)量由減小變?yōu)樵黾?，這說明0.05%的添加量不足以完全形成吸附膜，0.15%和0.25%的添加量使苯并三氮唑在銅片表面形成了牢固的吸附膜，可能是由于苯并三氮唑可以與銅反應(yīng)，生成了化學(xué)吸附膜，這種吸附膜不易被正庚烷洗去。

表1 苯并三氮唑銅片腐蝕實驗質(zhì)量變化

從表2可以看出，24 h后銅片腐蝕結(jié)果均為1b，只產(chǎn)生了輕微的腐蝕，而PAO8基礎(chǔ)油中的銅片在6 h內(nèi)就發(fā)生了嚴(yán)重腐蝕，這說明苯并三氮唑能提高PAO8基礎(chǔ)油的腐蝕抑制性。隨著苯并三氮唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，實驗后的銅片顏色由深變淺再變深，腐蝕程度由重變輕再變重，因此苯并三氮唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%時較為合適。

表2 苯并三氮唑銅片腐蝕實驗測定結(jié)果

2.1.3 石油磺酸鋇在PAO8基礎(chǔ)油中的銅片腐蝕實驗

表3和表4分別是在PAO8基礎(chǔ)油中添加防銹劑石油磺酸鋇的銅片質(zhì)量變化和銅片腐蝕實驗測定結(jié)果，實驗時間為48 h，實驗進行至24 h時均未產(chǎn)生明顯的腐蝕。

從表3可以看出，銅片質(zhì)量均減小，原因可能是由于石油磺酸鋇抗高溫性能差，在高溫環(huán)境下石油磺酸鋇在金屬表面的吸附量并不多，同時石油磺酸鋇在銅片表面形成的吸附膜可能不夠牢固，易于被正庚烷洗去。

表3 石油磺酸鋇銅片腐蝕實驗質(zhì)量變化

從表4可以看出，48 h時銅片腐蝕結(jié)果分別為1b、1a、1b，且在24 h時均未產(chǎn)生明顯的腐蝕，而苯并三氮唑防銹劑配置的防銹潤滑油在24 h時就產(chǎn)生了1b級別的腐蝕，這說明石油磺酸鋇能較大程度地提高PAO8基礎(chǔ)油的腐蝕抑制性。隨著石油磺酸鋇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，銅片腐蝕級別由1b到1a再到1b，腐蝕程度由重變輕再變重，因此石油磺酸鋇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時較為合適。

表4 石油磺酸鋇銅片腐蝕試驗測定結(jié)果

2.1.4 羊毛脂鎂皂在PAO8基礎(chǔ)油中的銅片腐蝕實驗

表5和表6分別是在PAO8基礎(chǔ)油中添加防銹劑羊毛脂鎂皂的銅片質(zhì)量變化和銅片腐蝕實驗測定結(jié)果，實驗時間為180 h。

從表5可以看出，銅片質(zhì)量均增加，且隨著羊毛脂鎂皂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，銅片質(zhì)量變化也增加，這說明羊毛脂鎂皂在銅片表面上可能形成了較為牢固的吸附膜，羊毛脂鎂皂含量越多，吸附量越多。原因可能是由于羊毛脂鎂皂高溫性能優(yōu)異，且易于粘附于金屬表面，形成的吸附膜不易被正庚烷洗去。

表5 羊毛脂鎂皂銅片腐蝕實驗質(zhì)量變化

從表6可以看出，180 h時3組實驗的銅片腐蝕級別均介于1a和1b之間，腐蝕結(jié)果均判定為1b;相對于苯并三氮唑和石油磺酸鋇的銅片腐蝕試驗結(jié)果，羊毛脂鎂皂能較為顯著地提高PAO8基礎(chǔ)油的腐蝕抑制性。

表6 羊毛脂鎂皂銅片腐蝕實驗測定結(jié)果

2.1.5 復(fù)合防銹劑在PAO8基礎(chǔ)油中的銅片腐蝕實驗

表7給出了3種防銹劑正交試驗方案，表8和表9分別給出了在PAO8基礎(chǔ)油中添加表7中9組復(fù)合防銹劑的銅片腐蝕實驗測定結(jié)果和銅片質(zhì)量變化。實驗時間為180 h，表8中的銅片左半邊被磨光，露出銅片的原色，方便對比；表10是第3、6、9組復(fù)合防銹劑720 h銅片腐蝕實驗測定結(jié)果。

表7 防銹劑正交試驗方案

從表8可以看出，180 h時，第3、6、9組銅片腐蝕結(jié)果均為1a，其余均為1b。這說明加入復(fù)合防銹劑后，腐蝕抑制時間大大延長，腐蝕程度明顯改善。從表9可以看出，180 h時銅片質(zhì)量均增加，這說明復(fù)合防銹劑在銅片表面均形成了牢固的吸附膜。從表10可以看出，720 h時，第3、9組銅片腐蝕結(jié)果仍然為1a，但第9組的顏色最淺為淡橙色；第6組出現(xiàn)了端位腐蝕，腐蝕級別為1b。這說明復(fù)合防銹劑能顯著提高PAO8基礎(chǔ)油的腐蝕抑制性，各組腐蝕抑制性能由好到差排序依次為9、3、6、2、5、1、7、4、8。

表8 復(fù)合防銹劑180 h銅片腐蝕實驗測定結(jié)果

表9 復(fù)合防銹劑180 h銅片腐蝕實驗質(zhì)量變化

表10 復(fù)合防銹劑720 h銅片腐蝕實驗測定結(jié)果

2.1.6 表面形貌分析

圖2為磨光銅片表面金相顯微圖。圖3是6、60、120 h實驗后銅片表面金相顯微圖，其中圖3(a)、(b)、(c)、(d)分別對應(yīng)PAO8基礎(chǔ)油、苯并三氮唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%的防銹油、石油磺酸鋇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的防銹油、羊毛脂鎂皂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的防銹油中銅片腐蝕實驗后的銅片表面金相顯微圖；圖3(e)為苯并三氮唑、石油磺酸鋇、羊毛脂鎂皂質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.15%、10%、5%的復(fù)合防銹油銅片腐蝕實驗后的銅片表面金相顯微圖，放大倍數(shù)為500倍，實驗溫度為150 ℃。

圖2 磨光銅片表面金相顯微圖

可以看出，圖3(a1)中產(chǎn)生了少量的灰色糊狀物，圖3(a2)中產(chǎn)生的灰色糊狀物明顯增多，圖3(a3)整體顏色變暗，這說明PAO8基礎(chǔ)油短期和長期腐蝕抑制性能都很差；圖3(b1)呈暗紅色，可能是苯并三氮唑與銅片表面產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)生成的螯合物所顯示的顏色，圖3(b2)中暗紅色變淺，圖3(b3)中顏色變暗，隨著實驗時間的增加，可能該螯合物被不斷破壞，銅片逐漸開始腐蝕，這說明苯并三氮唑短期內(nèi)高溫腐蝕抑制性能較好，長期的高溫腐蝕抑制性能較差；圖3(c1)顏色明亮與新磨光的銅片無異，圖3(c2)仍未產(chǎn)生灰色糊狀物，但圖3(c3)整體顏色變黑，這說明石油磺酸鋇短、中期內(nèi)的高溫腐蝕抑制性能優(yōu)良，但長期高溫腐蝕抑制性能很差，甚至加速腐蝕；圖3(d1)、(d2)顏色明亮，與新磨光的銅片相近，圖3(d3)顏色變暗,這說明羊毛脂鎂皂中、短期高溫腐蝕抑制性能優(yōu)良，長期高溫腐蝕抑制性能下降；圖3(e1)、(e2)、(e3)呈暗紅色，圖3(e3)略微變暗，苯并三氮唑在銅片表面產(chǎn)生的螯合物可能依然存在，這說明復(fù)合防銹劑短、中期高溫腐蝕抑制性能優(yōu)良，長期高溫腐蝕抑制性能有所下降。

圖3 實驗后銅片表面金相顯微圖

圖4為銅片表面掃描電鏡圖，其中，圖4(a)為磨光銅片表面電鏡圖，圖4(b)、(c)、(d)、(e)分別對應(yīng)放入PAO8基礎(chǔ)油、苯并三氮唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%的防銹油、石油磺酸鋇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的防銹油、羊毛脂鎂皂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的防銹油中銅片腐蝕實驗后的銅片表面電鏡圖，圖4(f)為苯并三氮唑、石油磺酸鋇、羊毛脂鎂皂質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.15%、10%、5%的復(fù)合防銹油銅片腐蝕實驗后的銅片表面電鏡圖。放大倍數(shù)為5 000倍，實驗時間為120 h，實驗溫度為150 ℃。

圖4(a)中銅片表面光滑，幾乎沒有缺陷；圖4(b)中銅片表面凹凸不平，說明銅片有腐蝕，圖4(d)中銅片表面凹凸不平且模糊，腐蝕程度比圖4(b)中銅片重，這說明石油磺酸鋇此時加速了腐蝕；圖4(c)、圖4(e)、圖4(f)中銅片表面光滑，與圖4(a)中相同，說明適量的苯并三氮唑、羊毛脂鎂皂和3種復(fù)合防銹劑均能有效地保護銅片不被腐蝕，具有較長時間的高溫腐蝕抑制性能。

圖4 銅片表面掃描電鏡圖

2.2 3種防銹劑在PAO8基礎(chǔ)油中的防腐蝕性能

2.2.1 單一防銹劑在PAO8基礎(chǔ)油的鹽霧實驗

表11給出了單一防銹劑鹽霧實驗方案。圖5示出了3種單一防銹劑在PAO8基礎(chǔ)油中的鹽霧實驗結(jié)果，其中第1組為空白對照組。圖6所示是PAO8基礎(chǔ)油1 h鹽霧實驗結(jié)果，圖7是第2、3、4、5、6、7組實驗1 h鹽霧實驗結(jié)果。

表11 單一防銹劑鹽霧實驗方案

圖5 3種單一防銹劑在PAO8基礎(chǔ)油中的鹽霧實驗結(jié)果

圖6 PAO8基礎(chǔ)油1 h鹽霧實驗鋼片腐蝕程度

圖7 防銹油1 h鹽霧實驗銅片腐蝕程度

從圖5、圖6可以看出，PAO8基礎(chǔ)油的防腐蝕性能很差，1 h內(nèi)全面腐蝕；結(jié)合圖7(a)、圖7(b)、圖7(c)可以看出，苯并三氮唑有加速鹽霧腐蝕的跡象，腐蝕程度由輕到重的實驗分別為第1組、第2組、第3組、第4組，但第2、3組差別不大。結(jié)合圖7(d)、圖7(e)、圖7(f)可以看出，羊毛脂鎂皂抵抗鹽霧腐蝕，但防腐蝕程度不明顯，1 h內(nèi)依舊全面腐蝕。腐蝕程度由輕到重的實驗分別為第7組、第6組、第5組、第1組，但第5、6組差別不大。從圖5可以看出，石油磺酸鋇抵抗鹽霧腐蝕、防腐蝕程度明顯；其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%時初始腐蝕時間分別為6、11、18 h，從初始腐蝕到全面腐蝕的時間即腐蝕速率時間分別為5、13、14 h。其中初始腐蝕時間是防腐蝕的重要參數(shù)，腐蝕速率時間為初始腐蝕時間至全面腐蝕的時間，只表示產(chǎn)生腐蝕后腐蝕擴散程度的快慢，石油磺酸鋇的添加量越多，防腐蝕性能越好。

2.2.2 復(fù)合防銹劑在PAO8基礎(chǔ)油中的鹽霧實驗

圖8所示為復(fù)合防銹劑在PAO8基礎(chǔ)油中的鹽霧實驗結(jié)果，正交方案與表7相同，表12給出了防銹劑正交試驗方案及結(jié)果分析。

從圖8可以看出，復(fù)合防銹劑防腐蝕性能均有不同程度的提高，初始鹽霧腐蝕時間由1 h提高至最長35 h；石油磺酸鋇的防腐蝕性能優(yōu)異，羊毛脂鎂皂和苯并三氮唑的防腐蝕性能較差，但在含石油磺酸鋇的防銹潤滑油中加入一定量的羊毛脂鎂皂和苯并三氮唑形成的復(fù)配方案能顯著提高潤滑油防腐蝕性能，初始腐蝕時間提高了2～3倍，這說明3種防銹劑具有協(xié)同增效作用。

圖8 復(fù)合防銹劑在PAO8基礎(chǔ)油中的鹽霧實驗結(jié)果

從表12可以看出，石油磺酸鋇對初始腐蝕時間的實驗結(jié)果有顯著影響，是主要因素。R的值越大，相對應(yīng)的因素作用就越大，由此可以看出，對PAO8基礎(chǔ)油抗鹽霧腐蝕性能影響的主次順序依次為石油磺酸鋇、羊毛脂鎂皂、苯并三氮唑。石油磺酸鋇的R值明顯大于羊毛脂鎂皂和苯并三氮唑的R值，而羊毛脂鎂皂的R值和苯并三氮唑的R值相差不大，這也與單一防銹劑鹽霧實驗結(jié)果相吻合。苯并三氮唑?qū)Ωg速率時間的實驗結(jié)果有顯著影響，是主要因素，由此可以看出，在產(chǎn)生腐蝕后，對防銹潤滑油延緩腐蝕速率的主次順序依次為苯并三氮唑、石油磺酸鋇、羊毛脂鎂皂，因此在復(fù)配方案中，苯并三氮唑能顯著延緩腐蝕的速率。

表12 防銹劑正交試驗方案及結(jié)果分析

2.2.3 表面形貌分析

圖9為鹽霧實驗后鋼片金相圖，其中圖9(a)、(b)、(c)、(d)分別對應(yīng)放入PAO8基礎(chǔ)油、苯并三氮唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%的防銹油、羊毛脂鎂皂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的防銹油、石油磺酸鋇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的防銹油中鹽霧實驗后的鋼片金相顯微圖，實驗時間均為3 h，放大倍數(shù)為500倍。

從圖9(a)可以看出，銅表面磨痕幾乎全部消失，鋼片呈灰黑色，鋼片腐蝕非常嚴(yán)重；從圖9(b)可以看出，銅表面磨痕幾乎全部消失，表面呈麻布狀，并附著有大量的灰色腐蝕產(chǎn)物，苯并三氮唑可能與鋼的表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)使其表面呈現(xiàn)麻布狀，形成了化學(xué)保護膜，具有一定的保護作用；從圖9(c)可以看出，鋼表面磨痕變淺，灰色腐蝕產(chǎn)物較為聚集，羊毛脂鎂皂可能在鋼的表面形成了物理吸附膜，但保護作用較差；從圖9(d)可以看出，銅表面磨痕依然清晰可見，鋼片明亮，幾乎無腐蝕，這說明石油磺酸鋇的防銹性能較強。

圖9 鹽霧實驗后鋼片金相圖

圖10為鹽霧實驗后鋼片SEM圖，其中，圖10(a)為PA08基礎(chǔ)油對應(yīng)的鹽霧實驗后鋼片SEM圖；圖10(b)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%的苯并三氮唑防銹潤滑油對應(yīng)的鹽霧實驗后鋼片SEM圖；圖10(c)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的羊毛脂鎂皂防銹潤滑油對應(yīng)的鹽霧實驗后鋼片SEM圖；圖10(d)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的石油磺酸鋇防銹潤滑油對應(yīng)的鹽霧實驗后鋼片SEM圖，實驗時間均為3 h，放大倍數(shù)為2 000倍。

從圖10(a)可以看出，鋼片表面磨痕全部被破壞，且形成了大大小小的點蝕坑，并有少量團絮狀腐蝕產(chǎn)物。腐蝕產(chǎn)物少的原因可能是產(chǎn)生的大部分具有一定保護作用的腐蝕產(chǎn)物已消融，僅存的部分腐蝕產(chǎn)物表面也產(chǎn)生了裂紋，有消融的趨勢，鋼片腐蝕嚴(yán)重。

從圖10(b)可以看出，鋼片表面大部分都被腐蝕，但仍有少部分表面保存完好，鋼片表面產(chǎn)生了眾多的瘤狀突起腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物較為聚集，但相互之間并不連續(xù)，有各種大大小小的裂縫，這說明苯并三氮唑?qū)︿撈幸欢ǖ谋Ｗo作用。

圖10 鹽霧實驗后鋼片SEM圖(2 000×)

從圖10(c)可以看出，鋼片表面全部被破壞，產(chǎn)生了大量凸起的團絮狀腐蝕產(chǎn)物，分布密集，部分腐蝕產(chǎn)物正在消融，同時表面有各種大大小小的裂縫，但表面僅有少量的點蝕坑，腐蝕程度比圖10(a)輕，這說明羊毛脂鎂皂對鋼片也有一定的保護作用。

從圖10(d)可以看出，鋼片表面幾乎保存完好，僅有極少量的點蝕坑，這說明石油磺酸鋇對鋼片的保護作用較強。

2.3 腐蝕抑制及防腐蝕性能分析

從上述實驗結(jié)果可以看出，石油磺酸鋇腐蝕實驗和鹽霧實驗效果較好，且防腐蝕性能最好；羊毛脂鎂皂的腐蝕抑制性能最佳，但防腐蝕性能并不理想；苯并三氮唑腐蝕抑制性能較好，防腐蝕性能雖然不理想，但能顯著延緩腐蝕的速率。3種防銹劑在腐蝕抑制及防腐蝕性能上均具有良好的協(xié)同作用。

基礎(chǔ)油在防銹潤滑油中具有載體作用和油效應(yīng)這兩個方面的作用，載體作用是指基礎(chǔ)油能使防銹劑均勻分散并在金屬表面形成一層防銹油膜；油效應(yīng)是指基礎(chǔ)油可通過一定的分子間作用力使金屬表面的防銹吸附膜更加致密[29-30]。研究的3種防銹劑在金屬表面形成的吸附膜形式也不盡相同，石油磺酸鋇和羊毛脂鎂皂形成的是物理吸附膜[31]，而苯并三氮唑形成的是化學(xué)吸附膜[32]。

物理吸附的防銹機制為：當(dāng)防銹潤滑油與金屬表面接觸時，部分防銹劑分子一端的極性基朝里排向，另一端親油基朝外排向，從而形成一層物理吸附保護膜；同時另一部分防銹劑分子組成的膠團會對一些極性物質(zhì)進行捕捉并將其溶化，使其分散在防銹潤滑油中，從而保護金屬不被氧、水分子、氯離子等腐蝕介質(zhì)腐蝕[33]。防銹潤滑油中防銹劑分子存在狀態(tài)如圖11所示。

圖11 防銹潤滑油中防銹劑分子的存在狀態(tài)

石油磺酸鋇中的-SO3屬于防銹性強的極性基[31]，且石油磺酸鋇形成的物理吸附是可逆的[34]。在鹽霧試驗中，雖然氯離子的穿透效果很強，較易破壞吸附膜，但是由于物理吸附膜是可逆的，能夠?qū)Ρ黄茐牡奈侥みM行自修復(fù)[35]，從而繼續(xù)保護金屬，因此石油磺酸鋇具有優(yōu)異的抗鹽霧腐蝕性能。

羊毛脂鎂皂中的-COOH基團是中等防銹性能的極性基[31]，抵抗氯離子穿透的能力不如石油磺酸鋇中的-SO3，因而羊毛脂鎂皂抗鹽霧腐蝕性能不如石油磺酸鋇。由于羊毛脂鎂皂高低溫性能優(yōu)異[36]，且與金屬的黏附性強[11]，因而羊毛脂鎂皂在高溫下的腐蝕抑制性能優(yōu)異。而石油磺酸鋇抗高溫性能差，不宜長期高溫加熱[37]，在高溫下其腐蝕抑制性能會降低，因此石油磺酸鋇高溫下的腐蝕抑制性能不如羊毛脂鎂皂。

苯并三氮唑是銅及其合金的有效緩蝕劑[38-40]，對鋼亦有防銹作用[41]。苯并三氮唑的防銹機制為：苯并三氮唑容易和銅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[42]，生成螯合物并覆蓋在銅片表面，從而形成一種化學(xué)吸附膜，該吸附膜比較緊密，對金屬的吸附性也較強，因而這種防銹劑的銅片腐蝕實驗效果較好。苯并三氮唑的三唑環(huán)上的氮原子與鐵也能發(fā)生配合作用，形成相應(yīng)的化學(xué)吸附膜[41]，但是由于化學(xué)吸附是不可逆的，且這層化學(xué)吸附膜抵抗氯離子穿透的能力也較弱，在鹽霧試驗中氯離子容易穿透這層吸附膜，這層保護膜不能進行自修復(fù)，就形成了穩(wěn)定的腐蝕通道，同時阻礙PAO8基礎(chǔ)油對油膜的自修復(fù)，導(dǎo)致金屬更容易被腐蝕，因此苯并三氮唑的抗鹽霧腐蝕性能不佳，且有加速鹽霧腐蝕的跡象。苯并三氮唑的添加量越多，腐蝕越嚴(yán)重，可能是由于苯并三氮唑含量越高，化學(xué)吸附膜越厚，腐蝕通道越長，反而更容易阻礙PAO8基礎(chǔ)油對油膜的自修復(fù)。

從實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在羊毛脂鎂皂含量一定的情況下，復(fù)合防銹劑的腐蝕抑制性能優(yōu)于單一防銹劑的腐蝕抑制性，可能是由于苯并三氮唑和石油磺酸鋇在短期高溫下能表現(xiàn)出較好的腐蝕抑制性，但在長期高溫下的腐蝕抑制性能仍然有所欠缺，甚至可能起反作用，而羊毛脂鎂皂優(yōu)異的高低溫性能使其在長期高溫下仍能保持良好的腐蝕抑制性。在石油磺酸鋇含量一定的情況下，復(fù)合防銹劑的防腐蝕性能均明顯優(yōu)于單一防銹劑的防腐蝕性能，因為金屬表面活性中心的能級分布較廣[43]，被覆蓋的能級越多，效果越好，而某一種防銹劑往往只能覆蓋部分能級；同時，苯并三氮唑形成的是一層化學(xué)吸附膜，而石油磺酸鋇和羊毛脂鎂皂形成的是物理吸附膜，因此復(fù)合防銹劑形成了多分子層吸附膜，故其防腐蝕性能大大提高，苯并三氮唑在延緩腐蝕方面也起到了重要作用。上述3種防銹劑的復(fù)合，在金屬表面形成良好的物理、化學(xué)多分子層吸附膜，提高了保護金屬的能力，具有協(xié)同增效作用。

3 結(jié)論

(1)石油磺酸鋇具有良好的腐蝕抑制性能及防腐蝕性能，且防腐蝕性能最好；羊毛脂鎂皂腐蝕抑制性能最好，且具有一定的防腐蝕性；苯并三氮唑的腐蝕抑制性能較好，防腐蝕性能雖然不理想，但在復(fù)合防銹劑中能顯著延緩腐蝕的速率。

(2)在銅片腐蝕實驗中，不同防銹劑腐蝕抑制性能由強到弱依次為羊毛脂鎂皂、石油磺酸鋇、苯并三氮唑。在鹽霧試驗中，不同防銹劑防腐蝕性能由強到弱依次為石油磺酸鋇、羊毛脂鎂皂、苯并三氮唑。

(3)單一防銹劑的腐蝕抑制性能和防銹性能有很大差別，復(fù)合防銹劑的腐蝕抑制性能和防銹性能有區(qū)別也有聯(lián)系，兩種方法不能相互代替。

(4)正交試驗結(jié)果表明，石油磺酸鋇、羊毛脂鎂皂、苯并三氮唑分別以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、5%、0.1%復(fù)配時高溫腐蝕抑制時間達(dá)720 h以上，防腐蝕時間達(dá)35 h；3種防銹劑在金屬表面形成良好的物理、化學(xué)多分子層吸附膜，在腐蝕抑制及防腐蝕性能上均具有良好的協(xié)同增效作用。