王志剛

(解放軍汽車管理學(xué)院，安徽 蚌埠 233011)

由于前輪驅(qū)動汽車具有能耗低和行使穩(wěn)定性好等優(yōu)點，家用轎車幾乎都采用了前輪驅(qū)動方式。前輪驅(qū)動的主要部件——等速萬向節(jié)(Constant Velocity Joint，CVJ)及相應(yīng)潤滑脂的使用量越來越大。一個CVJ的用脂量大約為90 g，一輛轎車有4個CVJ，用潤滑脂共約360 g[1]。因而提高其潤滑脂的性能，具有非常大的實用意義和市場價值。

CVJ潤滑脂應(yīng)具有良好的耐高溫、防水、防腐蝕、極壓抗磨以及橡膠相容性等性能，使用壽命要在8×104km以上[2]。國外研究者使用紅外光譜和掃描電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)，在測試過的CVJ表面同時存在基礎(chǔ)油、稠化劑、添加劑及其衍生沉積物，并且由于油膜中稠化劑和添加劑的存在，利用基礎(chǔ)油黏度估算出的潤滑油膜厚度與實際測量值有較大的出入[1]。由此可知，除基礎(chǔ)油外，稠化劑和添加劑也極大地影響著潤滑脂的潤滑效果，其中減摩添加劑對潤滑脂的性能影響顯著，現(xiàn)對其進(jìn)行分析研究。

1 減摩添加劑的分類

1.1 摩擦改進(jìn)劑

摩擦改進(jìn)劑的減摩機(jī)理為：其中的極性基團(tuán)對金屬有很強(qiáng)的親和力，可強(qiáng)有力地吸附在金屬表面，形成一種類似于緩沖墊的保護(hù)膜，避免金屬間直接接觸，從而減小摩擦和磨損。

常見的摩擦改進(jìn)劑主要包括一些硫化礦物質(zhì)油、硫化植物油、含氮化合物和鉬化合物，如石墨、MoS2、硫化棉籽油、蓖麻油等。

1.2 極壓抗磨劑

極壓抗磨劑的減摩機(jī)理為：在高溫、高速和重載條件下，其可與金屬表面迅速反應(yīng)生成厚的無機(jī)膜，保護(hù)金屬表面不發(fā)生粘著和熔焊。極壓抗磨劑主要有含硫化合物、含磷化合物、有機(jī)金屬化合物、硼酸鹽等。含硫化合物，特別是硫化異丁烯的硫含量很高，可達(dá)40%～48%，多半是硫-硫鍵結(jié)合，極壓性能很好。不少含磷化合物同時含有硫、磷元素，極壓性能和抗磨性能均良好。硼酸鹽類添加劑是性能優(yōu)異的極壓抗磨劑，有極高的油膜強(qiáng)度和良好的熱穩(wěn)定性。硫-磷型極壓抗磨劑的使用溫度界限為130℃；而硼酸鹽在此溫度下依然是安定的，即便在250 ℃仍能使用[3]。

2 幾種減摩添加劑的性能及對比

2.1 二硫化鉬

二硫化鉬(MoS2)屬于摩擦改進(jìn)劑。實踐表明添加MoS2能提高脂的承載能力，減少磨損，延長軸承的使用壽命。MoS2的粒度對抗磨效果有影響，在軸承低速運轉(zhuǎn)時，添加大顆粒的MoS2，脂的使用壽命較長；而軸承高速運轉(zhuǎn)時，添加小顆粒MoS2，脂的承載能力較高[4]。因此，適當(dāng)數(shù)量和粒度的MoS2還可以提高脂的極壓抗磨性能。原因可能是小顆粒易于形成完整的連續(xù)膜；而大顆粒則易于粘著和防止磨損。在CVJ潤滑脂添加劑中MoS2大多和其他減摩添加劑配合使用，以便達(dá)到更佳的減摩效果，并改善潤滑脂性能。但隨著新型高效有機(jī)鉬添加劑的研發(fā)，MoS2的使用量呈不斷下降趨勢。

2.2 二硫代磷酸鉬

二硫代磷酸鉬是深藍(lán)綠色黏稠液體，有令人不快的氣味，也是摩擦改進(jìn)劑的一種。實際使用中，低濃度的二硫代磷酸鉬用于提高固定球節(jié)的機(jī)械效率；而較高濃度的二硫代磷酸鉬用于減小滑動型萬向節(jié)的軸向力。潤滑脂所用的二硫代磷酸鉬的添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))一般為2%～5%，與二硫代磷酸鋅一起使用時摩擦系數(shù)為0.03～0.06，減摩效果非常好[5]。

為了對比減摩添加劑的減摩效果，本研究采用某轎車等速萬向節(jié)用潤滑脂作為試驗用標(biāo)準(zhǔn)脂，參數(shù)見表1。試驗用標(biāo)準(zhǔn)脂摩擦改進(jìn)劑是添加量為3%的MoS2，當(dāng)添加劑改為添加量3%二烷基二硫代磷酸鉬(MoDTP)時進(jìn)行性能對比試驗。

表1 某轎車用CVJ復(fù)合鋰基脂性能參數(shù)

在運動型多功能車(SUV)高速(3 000 r/min)大角度驅(qū)動軸的三軸銷式等速萬向節(jié)(圖1)上，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)脂和摩擦改進(jìn)劑為二烷基二硫代磷酸鉬(MoDTP)脂的對比試驗。試驗對比了等速萬向節(jié)的受力和溫升情況。由圖2和圖3可知：減摩添加劑由MoS2改為MoDTP后，等速萬向節(jié)的軸向力和溫升都相應(yīng)減小。

1—滾道；2—三銷主軸；3—防塵罩；4—球面滾子；5—樞軸；6—滾針軸承；7—外筒圖1 三軸銷式萬向節(jié)剖面示意圖

圖2 三銷式CVJ軸向力比較

圖3 三銷式CVJ溫升的比較

2.3 硼酸鹽

硼酸鹽(Borate)是一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性和載荷性的極壓抗磨劑。常用的硼酸鹽有偏硼酸鈉、偏硼酸鉀、三硼酸鉀等，通常用乳化脫水法和化學(xué)反應(yīng)法制取這種膠體溶液。硼酸鹽廣泛應(yīng)用于潤滑脂、發(fā)動機(jī)油、金屬成形潤滑劑等潤滑材料，一般添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))在2%～5%。硼酸鹽的極壓抗磨性能好，有很高的油膜強(qiáng)度，尤其能承受沖擊載荷，這非常適合汽車等速萬向節(jié)的工況。由于硼酸鹽是“惰性”極壓抗磨劑，熱穩(wěn)定性好，使用中消耗較少，因而使用壽命較長[6]。另外，硼酸鹽不腐蝕銅，無毒無味，對橡膠密封件的適應(yīng)性好。但硼酸鹽微溶于水，因此其用于汽車等速萬向節(jié)時，需要良好的密封性。

硼酸鉀和MoS2在復(fù)合鋁基脂和復(fù)合鋰基脂中的應(yīng)用效果見表2。可以看出，兩者復(fù)配使用后的減摩效果和極壓抗磨性能均得以提高，尤其在復(fù)合鋰基脂中的極壓抗磨性能更好。

表2 硼酸鉀和MoS2復(fù)配在復(fù)合鋁基脂與復(fù)合鋰基脂中的應(yīng)用效果

2.4 不含硫磷的有機(jī)鉬化合物

有機(jī)鉬化合物在保持原有形態(tài)時，潤滑效果并不明顯；只有在摩擦熱的作用下，該添加劑分解并轉(zhuǎn)化為潤滑性物質(zhì)，才有明顯的潤滑效果。當(dāng)其與有機(jī)鋅化合物一起使用時，由于鋅在其分解時的催化作用，會使減摩效果更好。

為了減少尾氣對催化劑的危害，發(fā)動機(jī)潤滑油已禁止使用高硫磷含量的添加劑，從而推動了不含硫磷有機(jī)鉬減摩劑的發(fā)展。不含硫磷的酰胺/胺有機(jī)鉬化合物添加劑Mo(Am)也是多功能添加劑，目前主要用作摩擦改進(jìn)劑，其具有傳統(tǒng)減摩劑的所有優(yōu)點(摩擦系數(shù)小、磨損率低且使用壽命長)，其減摩性與二硫代磷酸鉬和二硫代氨基甲酸鉬相當(dāng)，但腐蝕性要小得多。研究表明，由于此類添加劑不含硫磷，其與典型橡膠保護(hù)罩材料的相容性比二硫代磷酸鉬和二硫代氨基甲酸鉬好。在Falex摩擦與磨損試驗機(jī)上，按ASTM D 5706-95試驗方法，以2號聚脲脂為標(biāo)準(zhǔn)脂，分別加入二烷基二硫代磷酸鉬(MoDTP)、二烷基二硫代氨基甲酸鉬(MoDTC)和不含硫磷的酰胺/胺有機(jī)鉬化合物Mo(Am)減摩添加劑進(jìn)行對比試驗，結(jié)果如圖4所示。圖4表明，加有酰胺/胺有機(jī)鉬復(fù)合物添加劑的潤滑脂摩擦系數(shù)最低，而且這種添加劑的生產(chǎn)與使用對環(huán)境的不利影響也明顯減小[8]。

圖4 幾種添加劑摩擦系數(shù)比較

3 結(jié)束語

(1)含鉬添加劑包括二硫化鉬、二硫代磷酸鉬和二硫代氨基甲酸鉬等，減摩性能優(yōu)異，尤其是二硫代磷酸鉬和二硫代氨基甲酸鉬減摩效果更理想，已經(jīng)成為等速萬向節(jié)潤滑脂的主要添加劑，通過不斷地研究和改進(jìn)，其各項性能還會進(jìn)一步提高。

(2)硼酸鹽的優(yōu)異極壓抗磨性能使其在CVJ的應(yīng)用前景非常看好。不含硫磷的酰胺/胺有機(jī)鉬復(fù)合物添加劑具有傳統(tǒng)減摩劑的所有優(yōu)點，并與橡膠的相容性好，特別是脂中沒有危害環(huán)境的物質(zhì)。通過不斷改進(jìn)，其將成為性能優(yōu)異的新一代等速萬向節(jié)潤滑脂添加劑。