极压剂

工业产品

极压剂是指在高温、高压等极端苛刻条件下与摩擦副表面形成极压润滑膜的重载荷添加剂，用于难加工材料的切削、成形加工，也用于各种钢、铁的苛刻加工工艺如钻孔、攻丝、冷镦、拉拔等。

常用极压剂的种类

通常使用的极压剂按照其成膜机理可分为以下两种：能和基体金属表面直接发生化学反应生成反应膜，这些化合物主要为：含硫(如硫化脂肪酸酯)或含氯(如氯代烷)的化合物、活性有机酯、金属硫化物、金属氯化物等，另外含磷化合物(如磷酯)也常使用，若在同一物质中既含有氯分子又含有硫分子时，能增强化学反应膜的强度，提高其极压性能；通过加工中的热降解作用而形成薄膜，这些化合物主要有：二硫化磷酸盐、含磷有机化合物等，这类极压剂形成膜的强度取决于工艺条件和化合物的分子结构。

目前常用的极压剂主要为：硫系极压剂、磷系极压剂、氯系极压剂、有机金属盐极压剂等。在摩擦化学反应中，硫化物生成硫化铁、磷化物生成磷化铁、氯化物生成氯化铁，它们在各自的熔点范围内产生必要的润滑效果，防止金属材料黏着。硫化物在200℃ 左右开始发生反应，一般在300℃～400℃范围内起作用，当温度达到750℃时还有抗磨作用，但到900℃左右时，化学反应膜便会失效。氯化物在150℃左右开始反应，当温度达到350℃时，化学反应膜便被破坏，遇水容易分解成氢氧化铁和盐酸，失去润滑作用，同时还对金属产生腐蚀。磷元素的作用温度介于二者之间。

当上述两种或三种化合物同时使用时，会产生相乘效果，比单独使用时具有更好的润滑效果。如现在市场上常见的T307(硫代磷酸铵盐)便属于这种类型。需要强调的一点，在选择极压剂种类时还必须考虑基体金属材料的性质。如，硫系极压剂在钢材上使用效果不错，但必须避免用于镍合金，因为它会妨害一种低熔点易熔物的形成，同时硫系极压剂也应避免在铜合金上使用，以免生成硫化污染物。以下对目前常用的极压剂的种类及其使用性能作简要的介绍，供设计润滑剂配方时参考。

1.硫系极压剂

有机硫化物通常都有极性。在良好的工况条件下或在混合摩擦润滑区，有机硫化物能通过吸附作用在金属表面生成吸附膜。在中等载荷条件下，通过金属材料表面滑动产生的局部摩擦高温，能够使有机硫化物和铁发生反应生成硫化铁膜，从而起到抗磨作用。当工况恶劣或进入极压条件时，由于C—S键断裂，可生成无机硫化铁保护膜。而硫化铁膜不是层状结构，剪切强度比较大，所以其摩擦系数比其他极压膜大。无机硫化铁的熔点高，到ll00℃ 还不熔化，目前有试验表明，其表面保护作用能持续到800℃ 以上，故其极压承载能力最大。有机硫化物的极压性与其反应活性有关，而其反应活性又取决于C—S键的强度。C—S键强度愈差，极压性愈好，同时腐蚀性愈大(特别对铜)。

不同烷基的单硫化物和二硫化物是最早使用的极压剂，如二丁基硫化物、二辛基二硫化物、二苯基硫化物、硫化异丁烯、含硫的有机金属极压剂等。含硫的有机金属极压剂包括二丁基硫代氨基甲酸锑(铅)，二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoTDC)等。当其受摩擦时温度升高会分解出二硫化碳(CS2)和二硫化钼(MoS2)，将金属表面的凸凹部分填平，从而起到光滑减磨作用。

另外，各种硫化油脂和硫化脂肪酸酯，由于其硫与脂肪族原材料的减磨性能相结合，所以能够生成性能优异的极压添加剂，四球试验机已证明其具有承受高载荷的能力。

2.磷系极压剂

磷酸酯极压剂是应用较早的抗磨极压剂，20世纪40年代认为在边界润滑条件下磷酸酯与金属反应形成“金属磷化物一铁”的低共熔合金，从而起到减少金属接触表面间的摩擦与磨损。20世纪60年代则认为是磷酸酯与铁反应形成的磷酸铁膜。目前认为磷酸酯首先吸附在金属表面上，然后水解成酸性磷酸酯，它可以与金属形成有机金属磷酸盐保护膜。在极压摩擦条件下，它进一步分解形成无机的亚磷酸铁膜，起到极压抗磨作用。

磷系极压剂的极压抗磨性和其水解性有明显的对应关系。水解越容易，其抗磨极压性越好。各种磷系极压剂的性能大致按下列顺序递增：次膦酸酯＜膦酸酯＜磷酸酯＜氨基磷酸酯＜磷酸脂胺盐。次膦酸酯和膦酸酯不如磷酸酯的原因是由于C—O—P键不如C—P键稳定。

有机磷化物的抗磨性优于硫化物，但其极压性则不如，由于其反应生成膜的熔点较低，可承受温度约为350℃，所以其承载能力不如硫系极压剂。磷系抗磨极压剂，根据其含有的其他活性元素分成三类。

仅含磷活性元素的磷型极压剂，常用的有：磷酸三甲酚酯、磷酸三乙酯、亚磷酸二正丁酯等。磷一氮型极压剂，常用的有：磷酸胺、磷酸酯、磷酰胺、磷腈聚合物等。磷酸胺和磷酸酯相比，其腐蚀性较小。

磷酸酯主要有：烷基磷酸酯（二油基磷酸酯、二月桂基磷酸酯等酸性磷酸酯和三辛基磷酸酯等中性磷酸酯）；烷基亚磷酸酯（三丁基亚磷酸酯和二正丁基亚磷酸酯等）；芳基磷酸酯（磷酸三甲苯酯和磷酸三苯酯）。虽然酸性磷酸酯的承载能力比中性磷酸酯好，但它容易使金属腐蚀生锈，因此，通常多使用中性磷酸酯。

硫—磷—氮型极压剂：主要使用二烷基二硫代磷酸酯胺盐、二烷基二硫代磷酸胺等。它们是多效添加剂，具有抗磨、抗氧、防腐、防锈等性能。

3.氯系极压剂

含氯的化合物在极压条件下，会析出原子氯或氯化氢，与金属铁发生反应生成氯化铁。氯化铁具有层状结构，与石墨、二硫化钼相似，容易剪断，故其摩擦系数较小，但熔点较低，约能承受350℃的温度。此外氯化铁膜遇水会发生水解，生成盐酸，将加剧金属表面的腐蚀。

氯系极压剂主要指氯化石蜡、氯化油脂等脂肪族氯化物，它们具有活性强、极压性好的优点但稳定性差，容易引起腐蚀。芳香族氯化物稳定性较好，但活性低，极压性较差。

氯化石蜡是用得最多的含氯极压剂，在极压条件下，它首先发生分解，分子中的碳一氯键断裂，并在金属表面形成氯化铁膜。为防止氯化铁水解降低润滑性能和腐蚀金属，应在无水条件下工作。根据氯化石蜡中含氯量的不同，可以分为氯化石蜡-42，氯化石蜡-52，氯化石蜡-70等几种。

4.有机金属盐极压剂

目前使用的有机盐极压剂主要有二烷基二硫代磷酸锌和环烷酸铅等。

5.硼系极压剂

由于上述传统的极压剂容易污染环境，近年各国学者开始研究新型高效多功能无毒的极压剂。其中研究开发的硼系极压剂主要分为无机硼酸盐和有机硼酸酯二大类。有机硼酸酯添加剂具有良好的抗磨减摩性，不腐蚀金属，无毒无臭，但其热氧化安定性及承载能力明显不如无机硼酸盐添加剂。

目前，使用较多的硼酸盐极压添加剂，主要是碱金属及碱土金属的硼酸盐，其粒子尺寸多数应小于0．5μm，太粗的粒子既不能形成稳定的固一油分散体系，也不能有效地进入摩擦界面而起作用。因此，还需要加入大量的分散剂，如石油磺酸盐或丁二酰亚胺等，以保证硼酸盐微粒能够均匀稳定地悬浮在油中，并保证遇到水的情况下硼酸盐不会结晶析出。但分散剂最大的弊端是稳定性差，使用及储存时容易产生沉淀，影响无机硼酸盐添加剂功能的正常发挥。而且在遇到水时，硼酸盐添加剂将发生水解而降低功效，甚至结晶析出。最常用的硼酸盐添加剂是偏硼酸钠。

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