趙先明

中國石化潤滑油有限公司合成油脂分公司

隨首人們對生活品質要求的提高，高檔汽車銷售比例在逐步提高，而高檔汽車往往配備電動座椅來提高舒適性和便利性。電動座椅一般配備多個位置電動調節(jié)功能，按功能劃分有前后位置、高度、傾斜角度、靠背角度、腰部支撐和頭枕調節(jié)等，越是高端的座椅具備的調節(jié)功能越豐富。座椅前后位置調節(jié)是電動座椅的必備功能，其核心件為蝸輪蝸桿和絲桿組成。座椅前后位置調節(jié)機構中絲桿工況相對較苛刻，對油脂的耐磨性要求較高。某汽車座椅零件制造商座椅絲桿上現(xiàn)用潤滑脂為國外某競品，長時間使用有一定程度變干跡象，現(xiàn)提出國產(chǎn)化需求，我公司現(xiàn)有產(chǎn)品均不能很好地滿足座椅絲桿的潤滑要求，根據(jù)客戶提出的需求進行全新開發(fā)。本文參考某競品性能特點和座椅絲桿工況，制定了汽車座椅絲桿潤滑脂（下稱CSR合成脂）的研制目標，加強了膠體安定性，并對稠化劑進行了和抗磨劑進行了考察，研制的樣品具有優(yōu)異的綜合性能。

汽車座椅絲桿潤滑脂的研制

座椅絲桿工況

座椅前后位置電動調節(jié)是由齒輪箱驅動固定于座椅骨架上的絲桿來實現(xiàn)的，齒輪箱由蝸輪蝸桿組成（見圖1），蝸桿材質為聚甲醛樹脂，蝸輪材質為鋼，蝸輪內絲套在絲桿上，絲桿與蝸輪內絲屬于鋼對鋼滑動摩擦，并有一定的負載。

圖1 座椅前后位置電動調節(jié)機構

其對潤滑脂的性能要求如下：

◇良好的低溫性能：使用溫度-40～120 ℃，座椅絲桿由齒輪箱帶動，要求低溫下的啟動力矩小。

◇優(yōu)良的膠體安定性：潤滑脂黏附在絲桿上，屬于開放式，要求油脂長時間使用不變干，不能有油漬滴落，油脂不變稀流失。

◇良好的潤滑脂性能：絲桿與蝸輪內絲屬于純滑動摩擦，摩擦副表面粗糙，因而對潤滑脂的耐磨性能要求較高。

研制目標

市場上用于座椅絲桿潤滑的油脂大多為鋰皂稠化中低黏度的烴類油，因而研制的CSR合成脂技術路線為鋰皂稠化低黏度合成烴并添加抗磨、防腐和抗氧劑組成。根據(jù)汽車座椅絲桿的潤滑工況要求，并參考同類產(chǎn)品性能水平，制定了錐入度、腐蝕、蒸發(fā)、壓力分油、鋼網(wǎng)分油、低溫性能、四球等共12項指標，見表1。

表1 座椅絲桿潤滑脂研制指標

配方研制

基礎油黏度對低溫性能和膠體安定性有較大影響。本文選擇PAO6作為研制產(chǎn)品的基礎油，同時可以兼顧良好膠體安定性和低溫性能。本文主要對稠化劑和抗磨添加劑進行了考察。

稠化劑的選擇

稠化劑為脂肪酸與氫氧化鋰反應而成，考察采用三種不同組成的脂肪酸制備的基礎脂性能，結果見表2。

表2 不同組成脂肪酸制備的基礎脂性能對比

由表2可以看出，隨首硬脂酸含量的增加，制備相同稠度的潤滑脂，稠化劑量會逐漸增加，低溫性能逐漸降低，鋼網(wǎng)分油逐漸增加，壓力分油逐漸降低。基礎脂A低溫性能相對最優(yōu)，鋼網(wǎng)分油相對最低。綜合上述考察，選定12-羥基硬脂酸作為研制產(chǎn)品的稠化劑脂肪酸。

抗磨劑考察

絲桿脂屬于滑動摩擦，雖然負載不高，但絲桿工件加工精度并不算高，金屬表面較為粗糙，容易造成局部應力過大，導致磨損，因而需要選擇合適的抗磨添加劑。常見抗磨添加劑有含硫添加劑、含磷添加劑、有機鉬等，抗磨機理如下：含硫添加劑首先吸附在摩擦副表面降低摩擦，隨首載荷增加，溫度升高，含硫化合物與金屬形成硫醇鐵膜或FeS化學反應膜，從而起到抗擦傷和抗燒結作用，但硫化亞鐵膜脆性大，抗磨性能也較差。含磷添加劑“化學拋光作用”[1]作用機理得到較為廣泛的認同，含磷添加劑在應對粗糙不平和緩慢滑動的金屬表面接觸摩擦是極其有效的。磷類添加劑與鐵形成亞磷酸鐵混合物，磷化合物首先在鐵表面發(fā)生吸附，生成亞磷酸鐵膜或磷酸鐵有機膜，在極壓條件下進一步反應生成無機磷酸鐵膜，起動極壓作用[2]。有機鉬分子內極性基團在金屬表面發(fā)生吸附，當摩擦金屬表面溫度升高后，有機鉬發(fā)生化學反應，形成二硫化鉬、磷酸鐵、氧化鉬等產(chǎn)物，二硫化鉬是典型的層狀結構，粒度小，吸附能力強，二氧化鉬也是固體潤滑材料[3]。本文在基礎脂A的基礎上對減磨劑1、減磨劑2、含硫防腐劑并配合一定的防銹劑進行考察?？疾旆桨讣敖Y果見表3。主要借助于四球設備測試負載294 N下磨痕直徑和摩擦系數(shù)，并采用OLYMPUS DSX1000光學數(shù)碼顯微鏡對四球磨斑表面形貌以及表面粗糙度進行了測量，見圖2和表4。

表3 抗磨劑考察

表4 四球磨斑面粗糙度對比

圖2 四球摩擦形貌對比

由表3可見，所有樣品銅片腐蝕均能達到1b水平；樣品200921燒結負荷最高，磨痕直徑也最大，超出研制指標要求，可能與其含硫量高有關，樣品210922的磨痕直徑最小。

從圖2中四球磨斑的纖維形貌可以看出，樣品210922磨痕最淺，競品的磨痕最深。從表4中磨斑的粗糙度可以看出，210922的粗糙度最小，其次是210924B，競品的粗糙度最大。210922和210924B均添加了含磷減磨劑1，可能與磷元素對摩擦副表面的“拋光效應”有關。

不同添加劑方案樣品的四球摩擦系數(shù)對比見圖3。

圖3 四球摩擦系數(shù)對比

從圖3可以看出：

◇210922初始摩擦系數(shù)與競品接近，約7 min后，210922摩擦系數(shù)略小于競品，摩擦系數(shù)基本維持在0.05～0.065之間。

◇210924A 摩擦系數(shù)起初較高，但4 min后開始下降，到10 min后基本維持在0.04～0.05之間，該樣品添加了減磨劑2，其中的鉬元素只有在一定溫度下才會分解產(chǎn)生二硫化鉬[4]，二硫化鉬片層結構迅速降低摩擦系數(shù)。

◇210924B起初摩擦系數(shù)在0.06左右，后續(xù)一直持續(xù)增長，最高到達0.1，可能與其燒結負荷過低有關。

綜合上述考察結果，210922樣品的四球磨痕直徑最小，且磨痕表面粗糙度最小，且摩擦系數(shù)總體低于競品，因而確定為最佳配方。

配方確定

根據(jù)前述考察結果，確定了CSR合成脂配方，并對210922樣進行了全分析，見表5。

表5 CSR合成脂與競品性能對比

由表5可以看出，研制的CSR合成脂所有性能均滿足技術指標要求；CSR合成脂與競品相比，膠體安定性以及抗磨性能更優(yōu)，低溫性能略低。

總成耐久測試

研制的CSR合成脂與競品進行了絲桿總成耐久臺架對比測試（示意圖見圖4）?？偝赡途迷囼炓笤囼炃昂蠼z桿磨損間隙不大于0.15 mm，且整個測試過程無異常噪音。耐久臺架參數(shù)及試驗步驟如下：

圖4 汽車座椅絲桿耐久臺架

絲桿兩端與滑軌相連，可在滑軌上前后游走，齒輪箱通過軟軸與固定在底座上的驅動電機連接，齒輪箱套在絲桿上，絲桿轉速500 r/min，移動速度約2.6 cm/s，單端加載130 N，耐久試驗過程為：

◇首先將絲桿置于最左端（記錄位置A）；

◇在負載下由齒輪箱驅動絲桿向右運動到最右端并停留3 s（記錄位置B）；

◇齒輪箱反向運轉驅動絲桿運轉到最左端。

上述過程為一次循環(huán)，耐久試驗要求15 000次循環(huán)。耐久試驗結束后記錄最左端位置A1和最右端位置B1。正向磨損間隙為位置B1與B之間的差值，反向磨損間隙為位置A 與A1之間的差。

CSR合成脂正反磨損間隙分別為0.11 mm和0.10 mm，競品正反磨損間隙分別為0.13 mm和0.09 mm，研制樣正向摩擦間隙略小于競品，反向磨損間隙與競品相當，整個試驗過程未見異響，滿足耐久試驗技術要求。

結論

☆結合座椅絲桿工況以及在用產(chǎn)品性能，制定了研制的座椅絲桿潤滑脂的技術要求，通過對稠化劑和抗磨添加劑考察確定了最終配方，研制的產(chǎn)品性能達到預定技術要求且膠體安定性、抗磨等性能優(yōu)于競品。

☆研制產(chǎn)品通過了絲桿總成耐久臺架測試，滿足使用要求，填補了我公司在電動汽車座椅絲桿潤滑脂產(chǎn)品方面的空白。