齿轮油常用抗磨添加剂及其复合效应

润滑油极压抗磨剂的主要功能是防止擦伤、烧结和磨损。通常极压抗磨剂均为含硫、磷和氯等活性元素的添加剂，在使用中主要关注其溶解性、挥发性及价格等因素。近年来，添加剂的环境因素亦成为关注的焦点之一，其中含氯添加剂具有腐蚀作用且对环境有害，目前较少使用。

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1、含氯添加剂
最常用的含氯添加剂为氯化石蜡。氯化石蜡反应活性高、极压性能好、价格低廉，因此在设备润滑和切削加工等领域得到了广泛应用。按碳链的长短可以将氯化石蜡划分为短链（10～13个碳）、中链（10～17个碳）和长链（18～30个碳）等三大类。

2、含硫添加剂
齿轮油最常用的含硫添加剂为硫化异丁烯，其硫含量高、活性硫多、效果好、颜色浅，作为极压抗磨添加剂在各类齿轮油和切削油中得到了广泛应用。其他硫系添加剂有硫代酯（黄原酸乙二醇酯）、多硫化物（二苄基二硫化物和有机多硫化物）、硫化动植物油脂和磺酸盐等。

3、含磷添加剂
齿轮油常用的磷系添加剂为磷酸酯和亚磷酸酯。就磷酸酯添加剂的作用机理而言，主要学说包括生成混合磷酸盐学说、腐蚀磨损-摩擦聚合理论、化学抛光学说、小平台理论、表面钝化理论等。目前一般认为磷酸酯通过在摩擦副接触表面生成FePO4而起到减摩抗磨作用。有人利用XPS分析证实，磷酸三甲酚酯（tri cresyl phosphate，TCP）和三正辛基磷酸酯（tri octyl phosphate，TOP）添加剂在摩擦表面生成FePO4而不是磷化铁。但同样也有专家发现在相同试验条件下金属磨损表面形成了磷化铁。研究表明，磷酸酯或亚磷酸酯添加剂在边界润滑条件下能起到良好的抗磨作用。

4、含硼添加剂
含硼添加剂具有优良的抗磨减摩性能、良好的防腐防锈性能及热氧化安定性，而且无毒无臭，作为极压抗磨添加剂得到了日益广泛的应用。人们针对硼酸酯添加剂的作用机理开展了大量的研究工作，并提出了沉积成膜和渗硼两种代表性的观点。

5、磷-氮型极压抗磨剂
虽然酸性磷酸酯具有很好的极压抗磨性能，但其活性较高，磷消耗较快，易导致腐蚀磨损。为了扬长避短，采用胺中和酸性磷酸酯可以得到活性相对较低的磷-氮型复合添加剂；磷-氮型复合极压抗磨剂具有较高的承载能力，生产工艺简单，工业三废少，是一种很有发展前途的复合型极压抗磨添加剂；其主要代表为酸性磷酸酯胺盐及磷酸酯胺盐。该类复合添加剂一般具有良好的极压、抗磨、防腐蚀、防锈及抗氧化性能；其中烷基链较长的胺中和酸性磷酸酯形成的复合添加剂具有很好的油溶性。而伯胺中和酸性磷酸酯得到的复合添加剂具有优良的极压抗磨性能（伯胺的空间位阻较小，容易竞争吸附于摩擦副接触表面）。

6、硫-磷-氮型极压抗磨剂
硫-磷-氮（S-P-N）及磷-氮（P-N）型复合极压抗磨剂的性能均优于P型单剂。由于引入胺可以降低磷酸酯的酸值，抑制铜腐蚀，因此S-P-N型极压抗磨剂具有较好的抗磨、抗氧化和防锈性能，同时具有良好的协同减摩、抗磨和极压承载作用。
为了提高含磷添加剂的配伍性、多效性和承载能力，我们研制出了二烷基二硫代磷酸复酯胺盐、二烷基二硫代磷酸胺盐等硫代磷酸酯的含氮衍生物。其具有优良的极压抗磨性能、良好的热安定性及抗腐蚀性能，在极压工业齿轮油中得到的广泛应用。

7、硫-磷型极压抗磨剂
硫-磷型极压抗磨添加剂的典型代表为二烷基二硫代磷酸锌盐（ZDDP）。其原料来源广泛、生产工艺简单、成本低，具有优良的抗氧化、抗腐蚀和抗磨性能，并具有中等极压性能、较好的热稳定型、低毒性，是发动机油的主要添加剂之一。
影响二烷基二代磷酸金属盐极压抗磨性能的因素很多，如取代基的结构、金属离子的半径、摩擦副接触表面应力水平、摩擦副运动方式、滑动速度、温度、表面粗糙度、测量方法、基础油、添加剂浓度、摩擦副材料特性以及二烷基二硫代磷酸金属盐同其他添加剂的配伍性等。正因为如此，不同研究者针对其减摩抗磨作用机理所得到的研究结果不尽相同，甚至完全相反。

8、硼-磷-氮型极压抗磨剂
研究表明，在抗磨剂分子中引入硼元素可以显著改善添加剂的油溶性、抗腐蚀性及极压抗磨性能。其中硼化磷酸酯胺盐作为优良的极压剂在金属切削液中得到了广泛应用。而S-P-N-B复合剂具有良好的极压抗磨性能、热氧化安定性，是性能较全面的一种国产含磷剂；利用该复合剂与其他多种添加剂复配研制的LAN4202复合剂在GL-5型重负荷车辆齿轮油中得到了应用，相应的重负荷车辆齿轮油的性能相当于或略优于进口同类产油品。

9、油性剂
油性剂只能在较低的载荷、温度和滑动速度条件下起减摩抗磨作用。一般认为油性剂是含极性基团（－COOH、－OH、－OR、－NH2）的长链有机化合物，主要包括脂肪酸类、脂肪酸酯类和高级脂肪醇类等。油性剂通过物理吸附和化学吸附而在金属表面形成厚约30nm的定向吸附层，从而阻止金属间的直接接触，起减摩抗磨作用。
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