含硫极压抗磨剂在绿色润滑剂基础油中的摩擦学性能研究

摘要

近年来，伴随着工业的快速发展，润滑剂的广泛使用，由此造成的环境污染日益严重。由于传统的以矿物油为基础油的润滑剂生物降解能力差，对环境有毒害作用，使人类赖以生存的生态环境受到严重威胁。随着人类环境保护意识的不断增强，环保法规日趋完善，国际社会对生态环境的重视与日俱增，为了适应环保发展的需要，世界上许多国家先后提出要使用不污染和不危害环境的绿色润滑剂，并积极开展了相关的研究。 矿物基润滑剂与绿色润滑剂在理化性质、摩擦学性能和生物降解性能方面存在许多差异，研制开发新型绿色润滑剂首先应对这些差异进行深入的研究，本文在分析不同种类润滑剂的理化性质和生物降解性能基础上，以菜籽油为基础油，含硫添加剂为极压抗磨剂，通过大量的的摩擦学试验，结合现代表面分析技术对含硫极压抗磨剂与菜籽油的摩擦规律进行了全面的分析研究，揭示了含硫极压抗磨剂在金属表面的作用机理，系统地研究和探讨了含硫添加剂在菜籽油中的响应性和摩擦学性能，同时对不同功能添加剂与含硫添加剂在菜籽油中的配伍性能进行了分析。 经过分析和探讨各种润滑剂的生物降解机理及降解能力，得出润滑剂的组成和结构是决定其生物降解能力的重要因素。通过表面分析技术对磨斑表面的分析，认为菜籽油的摩擦作用机理为油中的极性分子以物理吸附和化学吸附的形式参与润滑，其中饱和脂肪酸与摩擦金属表面发生化学反应形成脂肪酸皂吸附膜，由于吸附膜的强度和形成金属皂的熔点不高，所以植物油(菜籽油)只能在中等负荷、中等速度和中等温度下起减摩和抗磨作用。通过对含硫添加剂在菜籽油中摩擦学性能研究和磨斑表面分析，得出了不同负荷、不同摩擦时间、不同加量下，硫化异丁烯和硫化棉籽油在菜籽油中的极压和抗磨规律，认为硫化异丁烯在极压性能和抗磨能力方面均优于硫化棉籽油；提出了含硫添加剂在菜籽油中的作用机理，认为在较低的负荷和短的摩擦时间下，减缓摩擦和磨损的主要原因是硫化异丁烯、硫化棉籽油和菜籽油的活性基团在摩擦表面形成的物理、化学吸附膜以及脂肪酸皂吸附膜。当摩擦时间延长、负荷增大时，添加剂和菜籽油中的极性基团脱附，添加剂分解，活性元素硫与金属表面发生化学反应生成硫化铁及硫化铁的氧化物硫酸铁保护膜，新生的金属表面也可生成氧化铁，同时硫化铁膜抗剪切强度大，提高了摩擦表面的承载能力。并且利用神经网络技术，建立了硫化异丁烯在菜籽油中摩擦规律的神经网络系统模型。 通过引入多效添加剂ZDDP，考察硫化异丁烯与ZDDP复配在菜籽油中的极压抗磨机理，分析结果显示，植物油三酸甘油脂和添加剂摩擦化学反应在钢球表面形成边界润滑膜，此外单质态的锌原子沉积在金属表面，形成铁锌固溶体，对摩擦表面进行改性，使材料的强度和硬度提高，从而增强抗磨性能。硫磷复配时，在多个活性元素的增效作用下，不仅提高了润滑剂的抗磨性能，还能提高极压性能，但是在复配时要注意二者的含量平衡。 本文还以硫化异丁烯为极压抗磨剂、T2O2为抗氧抗腐剂、T109为清净剂、T152为分散剂、T612为粘度指数改进剂在菜籽油中进行复配试验，试验结果显示，当硫化异丁烯、T202和T109复配时，硫化异丁烯与T109在承载性能方面有对抗效应；当硫化异丁烯、T202和T152复配时，硫化异丁烯与T152在承载能力方面有协同效应；当硫化异丁烯、T202、T109、T152、T612在菜籽油中复配时，T612含量的增加可以降低菜籽油的承载能力，T612的添加量上升可以使菜籽油的抗磨能力增加。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：本文研究所用添加剂及植物油的符号表

第一章绪论

1.1引言

1.2润滑剂的发展前景

1.3绿色润滑剂的产生和发展

1.4绿色润滑剂的研究状况

1.5本文研究的目的和创新点

第二章绿色润滑剂

2.1润滑剂的生物降解机理

2.2添加剂的毒性

2.3本文绿色润滑剂的成分确定

2.4本章小结

第三章摩擦学性能的研究方法和试验方案

3.1评定润滑油摩擦性能的方法

3.2表面分析技术

3.3试验方案

第四章植物油的摩擦学性能研究

4.1摩擦与润滑

4.2植物油的摩擦学机理

4.3植物油摩擦试验的表面分析

4.4本章小结

第五章含硫添加剂在菜籽油中的摩擦学性能研究

5.1含硫极压抗磨添加剂

5.2硫化异丁烯和硫化棉籽油对菜籽油承载能力PB与Pd2.0值的影响

5.3硫化异丁烯和硫化棉籽油对菜籽油抗磨性能的影响

5.4摩擦时间、添加剂加量对菜籽油抗磨性能的影响

5.5负荷、添加剂加量对菜籽油抗磨性能的影响

5.6含硫添加剂在植物油中作用机理的探讨

5.7本章小结

第六章基于神经网络的硫化异丁烯在菜籽油中摩擦学性能的仿真模型

6.1神经网络的基本原理

6.2神经网络的特点

6.3神经网络的考察

6.4 BP神经网络模型

6.5 BP网络的设计

6.6仿真模型的仿真结果和检验

6.7硫化异丁烯摩擦学性能的仿真分析

6.8本章小结

第七章硫化异丁烯与ZDDP复配对菜籽油摩擦学性能的影响

7.1 ZDDP的结构和分类

7.2试验数据处理方法

7.3硫化异丁烯与ZDDP的复配试验结果

7.4硫化异丁烯与ZDDP复配在菜籽油中的极压抗磨机理的探讨

7.5本章小结

第八章硫化异丁烯在菜籽油中与其它添加剂间的复配性能

8.1硫化异丁烯与抗氧抗腐剂和清净剂的复配性能

8.2硫化异丁烯与抗氧抗腐剂和分散剂的复配性能

8.3粘度指数改进剂对添加剂复配的影响

8.4本章小结

第九章结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及已出版的著作及已收录待发表的论文及待出版的著作

致谢