润滑材料基础知识.pptx
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1、目 录1、润滑的学科范畴 2、润滑的机理3、润滑材料 4、矿物润滑油5、合成润滑剂简介 6、润滑脂 7、重新认识润滑材料 8、润滑材料使用管理第1页/共108页 润滑属于摩擦学的范畴,摩擦学是研究相对运动中相互作用表面的理论与实践的一门科学技术。也就是研究作相对运动的对偶表面之间的摩擦、磨损与润滑的科学技术。思考:摩擦、磨损与润滑之间的关系?1、润滑的学科范畴?第2页/共108页 在存在相对运动的对偶表面之间加入润滑材料,把对偶表面之间的摩擦转化为润滑材料的内摩擦。2、润滑的机理?第3页/共108页3.1概述 又称润滑介质或润滑剂,是具有特定物理、化学性能的物质,用于加入相互作用对偶表面之间,
2、具有较强的承载负荷的能力,其内摩擦系数远小于对偶表面之间的摩擦系数。这些润滑材料可以是液体、固体、半固体以及气体等。3、润滑材料第4页/共108页3.2分类按润滑材料的存在状态分为:液体润滑剂润滑油 半固体润滑剂润滑脂 固体润滑剂石墨、二硫化钼等按选用的基础油种类分为:矿物润滑剂基础油来源于石油 合成润滑剂基础油经化学合成第5页/共108页原油石油基础油基础油添加剂润滑油产品 典型的润滑油成分 润滑油组成u 基础油u 添加剂u 75-99%75-99%基础油u 1-25%1-25%添加剂4、矿物润滑油4.1组成第6页/共108页4.2基础油4.2.1概述 石油的主要组成元素是碳和氢,总含量为9
3、5%-99.5%,碳氢化合物称为烃,基础油主要由烷烃、环烷烃和芳香烃等烃类组成,沸点一般高于300。润滑油的化学组成异常复杂,主要是由于其中有机化合衍生物和同素异构体众多而造成的。润滑油的粘度、氧化性就是由这些烃类的组成决定。第7页/共108页4.2.2基础油化学组成与流变性的关系 润滑油流变性由粘度、粘温特性和低温流动性来衡量,与馏分的沸点范围和化学组成有直接关系。如多环短侧链的环状烃,温度降低时粘度急剧增大,如正构烷烃和有正构长侧链的环烷烃,虽然粘温特性好,但本身熔点高,低温易结晶,使油品低温时丧失流动性第8页/共108页4.2.3基础油化学组成与抗氧化性的关系 烃类是较稳定的化合物,常温
4、或不太高的温度不能直接与空气中的氧分子发生反应,但高温和光照可使这种反应发生,哪怕极少也能引起其他烃类的链锁的氧化,这是烃类氧化链锁反应的特点。第9页/共108页1)烷烃的氧化,较高温度下,氧化生成醇、醛、酮、羧酸或羟基酸等含氧化合物。深度氧化生成羟基酸和烃基酸的缩合物胶状沉淀。2)环烷烃氧化时,会导致环破裂生成羟基酸或醛(酮)酸,进一步生成内酯和聚醚,成为胶状沉淀,悬浮在油液中,沉淀在机件表面是形成附着性强且坚韧的漆膜把机件粘结在一起。第10页/共108页3)芳香烃的氧化,芳香烃的氧化产物为酚,深度氧化生成胶质和沥青。多环芳香烃流动性极差,易生成胶质和沥青,是必须除去的非理想组分。4)胶质的
5、氧化,胶质氧化后生成沉渣,有抑制抗氧剂的作用,应在精制时除去。5)基础油中的氧,大部分存在于胶质中,非理想组分。6)基础油中的硫,一部分存在胶质中,一部分存在芳香烃中,含硫芳香烃是天然抗氧剂。7)基础油中氮化合物,对抗氧性的影响不明确。第11页/共108页4.2.4润滑油的合理组分1)按粘度要求选择合适的石油馏分。制取高粘度的润滑油选择沸点较高的馏分,制取低粘度的润滑油选择沸点较低的馏分,各种馏分通过常减压蒸馏获得。2)馏分选定后,应除去其中的多环短侧链的环状烃和胶质、沥青等非理想组分,以提高馏分的粘温性能和抗氧性,利用溶剂精制达到。3)再根据对油品凝固点的要求,除去馏分中高熔点的烃类,通过溶
6、剂脱蜡改善油品的低温流动性第12页/共108页 4.3添加剂 为了改善润滑油的物理化学性质,向润滑油中加入一定量的其他组分,给润滑油赋予新的性能和加强原有性能,更好的满足需要,这些组分称为润滑油添加剂。第13页/共108页添加剂的分类:一类是为改善润滑油物理性能的,如粘度指数改进剂、油性剂、降凝剂和抗泡剂等,另一类是为改善润滑油化学性能的,有极压抗磨剂、抗氧剂、防锈剂和清净分散剂等。第14页/共108页(1)清净分散剂 包括清净剂和分散剂,主要用于内燃机油,使发动机内部保持清洁,使生成的不溶性物质呈胶体悬浮状态,不致进一步形成积碳、漆膜和油泥。具体表现为:1)酸中和作用 清净分散剂具有碱性,能
7、中和润滑油氧化生成的酸,防止其进一步缩合,因而使漆膜减少,同时防止酸对金属的腐蚀。第15页/共108页2)增溶作用 清净分散剂是一些表面活性剂,它能将本来在油中不能溶解的固体或液体溶质增溶于由5-20个表面活性剂分子集合而成的胶束中心,将含有羟基、羧基含氧化合物、含硝基化合物、水分等增溶在胶束中,形成胶体,防止进一步氧化和缩合。第16页/共108页3)分散作用 能吸附已经生成的积碳和漆膜等固体小颗粒,使之成为胶体溶液状态分散在油中,阻止这些物质进一步凝聚成大颗粒而粘附在机件上,或沉积为油泥。第17页/共108页4)洗涤作用 能将已经吸附在部件表面的漆膜和积碳洗涤下来,分散在油中,使金属表面保持
8、清洁。清净分散剂的典型代表有石油磺酸盐、烷基酚盐、水杨酸盐、丁二酰亚胺等。第18页/共108页(2)抗氧化剂 润滑油氧化通常经历引发、蔓延和终止三阶段,引发阶段带有一个氢原子的化学键会发生断裂导致油品有机成分(R)产生自由基 R,见式(一)自由基为高活性组分,能与氧反应形成过氧化自由基,过氧化自由基通过与润滑油更多成分反应,产生额外自由基R。在式(二)的蔓延阶段,将导致油品进一步分解。第19页/共108页 RH R+H (一)R+O2 ROO+RH ROOH+R(二)R+R R-R (三)R+抗氧剂 RH+抗氧剂 (四)第20页/共108页 最终两个自由基类型结合形成一个稳定化合物,此过程为终
9、止阶段,它将自由基从系统中剔除,如式(三)所示:尽管终止阶段会消耗一些自由基,但只要外部条件存在,蔓延期间会产生更多自由基,如果不加抑制,最终会导致全部油品组分破裂。第21页/共108页 抗氧剂与自由基发生反应,形成稳定化学物种,使上述降解过程中断.有两种主要抗氧剂类型,即基本抗氧剂和辅助抗氧剂。前者通过与自由基反应形成稳定分子,从而抑制氧化作用。该反应通过式(四)的基本抗氧剂来排除自由基。另一类型为辅助抗氧剂,是通过分解过氧化自由基ROO而发生作用。第22页/共108页 金属和金属离子对烃类都有催化作用,因此还有一种是金属减活剂,分为两类,一类叫螯合剂可以捕获金属离子,另一类叫表面钝化剂可以
10、覆盖在金属表面,阻止金属和金属离子对烃类氧化的催化作用,第23页/共108页(3)极压抗磨剂 是指在高温、高压的边界状态下,能和金属表面形成高熔点化学反应膜,以防止金属间发生熔结、咬粘、刮伤的添加剂。极压抗磨剂一般分为有机硫化物、有机磷化物、氯化物和有机金属盐等。第24页/共108页 极压抗磨剂的作用机理以有机硫化物为例,首先在金属表面上形成吸附膜;负荷的增加时,金属表面瞬时温度升高,金属与有机硫化物反应生成硫醇铁覆盖膜起抗磨作用;随负荷进一步提高,生成硫化铁固体膜起极压作用。第25页/共108页4.4矿物类润滑油的制备工艺第26页/共108页常减压蒸馏 利用石油中各组分的沸点差这一特性,通过
11、常减压装置从石油中分离出各石油馏分。经常压蒸馏塔,在400以上只能得到低粘度的润滑油料,温度过高会有部分烃裂解,并在加热炉中结焦,影响润滑油质量。利用外压降低,沸点降低的原理,采用减压蒸馏分离高沸点、高粘度的馏分(350-500 )。还有一部分重质润滑油料在减压塔中也难以分离,留在减压油渣中,这部分油料需要去掉其中的胶质、沥青质才能进一步加工。第27页/共108页溶剂精制 用溶剂提取油中某些非理想组分来改变油品的性质,经溶剂精制后其粘温性能、抗氧化性等性能都有很大改善 利用溶剂对非理想组分的溶解度很大,而对理想组分的溶解度很小来提取非理想组分。第28页/共108页溶剂脱蜡 为使润滑油保持良好的
12、低温流动性,必须将其中易于凝固的蜡出去。除蜡的方法有冷榨脱蜡、溶剂脱蜡和尿素脱蜡。第29页/共108页丙烷脱沥青 在减压蒸馏中仍不能分离出来的分子量很大、沸点很高的烃类残留在减压油渣中,这些烃是制取高粘度润滑油的良好原料。但必须去除其中的胶质和沥青质。常用方法是丙烷脱沥青,利用液态丙烷在其临界温度附近对沥青的溶解度很小而对油的溶解度很大的特性使油和沥青分离。丙烷脱沥青后的油和其他馏分一样,经过精制和脱蜡后一同进入下到工序。第30页/共108页白土精制 经过溶剂精制和脱蜡后,其质量基本达到要求,但一般总会含有未分离掉的溶剂、水分以及回收溶剂时加热所产生的某些大分子缩合物、胶质和不稳定化合物,来自
13、加工设备的铁屑等,为去除这些杂质,改善油品颜色、提高安定性、降低残炭,还需要一次补充精制,常用方法是白土处理。白土精制是利用活性白土的吸附能力,使各种杂质吸附在活性白土上,然后滤去白土除去所有杂质。第31页/共108页润滑油加氢 润滑油加氢是生产润滑油的一种新工艺,即通过润滑剂的作用,润滑油原料和氢发生各种反应,目的是:1、除去硫、氧、氮等杂质 2、将非理想组分转化成理想组分 3、同时裂解产生少量的气体、燃料油组分第32页/共108页润滑油品种的开发 有了高质量的基础油组分和添加剂,不等于就能生产出高质量的润滑油,因为润滑油各组分的配伍是很重要的,配伍的好,几种添加剂的效果大于每种添加剂单独使
14、用的总和。配伍不好,添加剂相互之间的作用可以抵消。润滑油的研制实际上就是探索基础油和添加剂的最佳组合,筛选出具有最佳负荷效果的添加剂组合和剂量,即最佳配方。第33页/共108页润滑油产品的调和 调和是润滑油制备过程中最后一道重要工序。按照配方,将润滑油各基础组分油和添加剂按比例、顺序加入调和容器,用机械搅拌、泵抽送循环、管道静态混合等方法调和均匀,然后按产品标准采样分析合格后即为正式产品。第34页/共108页减摩抗磨冷却密封抗腐蚀防锈清净冲洗应力分散和缓冲动能传递4.5、润滑油的作用第35页/共108页4.6、润滑油的性能4.6.1粘度 粘度是液体油品流动时的内摩擦力,它是各种润滑油分类分级的
15、和评定产品质量的主要指标。粘度有动力粘度和运动粘度两类。润滑油的牌号大部分是以某一温度下(通常是40或100)的运动粘度范围的中心值来划分的,是选用润滑油的主要依据。第36页/共108页动力粘度 液体在一定切应力下流动时内摩擦力的度量,其值等于所加在液体的切应力与切应变率之比,用符号表示。运动粘度 动力粘度与同温度下密度的比值称为运动粘度,用符号表示。第37页/共108页粘温性能 指润滑油粘度随温度变化而变化的程度。随温度变化而变化的程度小说明粘温性能好,反之说明年温性能差。衡量粘温性能的参数有粘度指数和粘度比。第38页/共108页粘度指数 国际上广泛采用的表示粘温性能的一项重要参数,是一个经
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