【每日一课】二烷基二硫代氨基甲酸钼的摩擦性能研究【2015.08.26】

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作者：熊晶，中国石油大连润滑油研究开发中心

摘要: 利用四球和SRV磨损试验等方法考察了二烷基二硫代氨基甲酸钼在基础油和全配方汽油机油中的减摩性能，并对其减摩机理进行了探讨。结果表明: 二烷基二硫代氨基甲酸钼能降低摩擦系数，具有优异的抗磨减摩性能。

关键词：二烷基二硫代氨基甲酸钼、SRV摩擦磨损实验、减摩性能

0引言

减低排放、降耗节能已经成为推动汽车工业技术发展的直接动力。随着石油资源的日益稀缺，汽车的燃油经济性已经成为国际关注的问题，而有效减低燃油消耗已经成为汽车制造和相关产业需要解决的问题。改进汽车设计、驾驶习惯以及改善燃料油的燃烧状态都能提高燃油经济性；另一方面，降低发动机中各部件之间的摩擦损失，从润滑的角度降低摩擦内耗提高能量利用率而达到节能的效果也是研究的热门问题。据统计，约有20-25%的汽车燃料释放的能量消耗在发动机零部件的摩擦。通常，减低发动机零部件之间的摩擦主要是通过改进润滑油的性能实现的，主要途径包括降低油品黏度以及添加一定量的摩擦改进剂。通常在流体润滑条件下，润滑油的黏度越低、黏度指数越高，则其燃油经济性越好；在边界润滑和混合润滑区域，通过加入摩擦改进剂与金属表面发生物理或化学反应吸附在金属表面形成保护膜，从而降低摩擦表面的摩擦系数，实现节省燃料的目的。

二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)作为一种新型的摩擦改进剂，具有较好的油溶性、突出的减摩性、抗氧化性、高温稳定性以及不含磷元素，因而受到广泛关注。本文考察了MoDTC在基础油和成品油中摩擦性能，并对摩擦表面的形貌进行了研究，结果显示MoDTC在基础油和成品汽油机油中均具有很好的减摩性能，能明显改善摩擦表面的擦伤和划痕。同时，本文对MoDTC的铜片腐蚀及抗氧性能也进行了考察。

图1二烷基二硫代氨基甲酸钼的结构

1试验部分

1.1基础油和添加剂

试验选用的基础油为大连石化的HVI150SN I类基础油；成品油分别选取SL 10W-30、SM 10W-40、SN 0W-40三种不同粘度级别的产品；MoDTC选取太平洋联合（北京）石油化工有限公司长链型poupc-1002（Mo含量10.2%；S含量10.7%）。优选MoDTC的添加量为0.7%（质量分数，下同）。

2结果与讨论

2.1抗磨减摩性能结果

2.1.1四球实验

PB、PD测试结果如表1，含有0.7%MoDTC的基础油最大无卡咬负荷PB值和烧结负荷PD值均有一定幅度的提高，特别对于成品油SN 5W-40，加入MoDTC后PD值增加了近500N，推测为MoDTC与成品油中的抗磨剂（如ZDDP）协和作用的结果。摩擦表面的扫描电镜图分别如图2和图3，可以发现加入MoDTC后摩擦表面状态均有较大改善，显示了MoDTC良好的减摩性质。

表1 MoDTC在基础油和成品油中的极压抗磨结果

图2四球长时间磨损磨痕的扫描电镜图：150SN（左）；150SN+MoDTC（右）

图3四球长时间磨损磨痕的扫描电镜图：SN 5W-40（左）；SN 5W-40+MoDTC（右）

2.1.2摩擦系数

以150SN为基础油，通过SRV（ASTM5707方法，载荷为200N，温度50℃，时间2小时，行程为1mm，频率50Hz）测定摩擦系数的变化，结果见图4。其中基础油150SN的摩擦系数较大，基本维持在0.18附近，而加入0.7%MoDTC后摩擦系数明显降至0.11左右且基本保持稳定，表面形貌如图5，可以看出未加MoDTC表面磨痕宽且明显，而加入MoDTC后磨痕宽度从749.9μm减小至289.5μm，减摩作用非常明显。

图4 基础油加入MoDTC前后摩擦系数对比

图5 SRV磨痕的扫描电镜图：150SN（上）；150SN+MoDTC（下）

鉴于150SN+MoDTC在ASTM 5707方法磨痕宽度较小，成品油中的对比测试方法改为自建方法：载荷增大至400N，温度50℃，时间45分钟，行程为1.5mm，频率50Hz。三种成品油加入MoDTC后，经过一段时间的磨合，MoDTC与摩擦表面作用形成稳定的保护膜，使摩擦表面光滑并且持久有效地降低摩擦系数，如图6所示。三种配方表现的结果均相同，摩擦系数降低非常明显，从接近0.12左右下降至0.04左右，说明MoDTC在不同配方的适应性能较好。同时，从扫描电镜图7和图8也可以发现加入MoDTC后磨斑表面较为平整，犁沟也很浅，磨损明显减轻。

图6 三种成品油加入MoDTC前后摩擦系数对比

图7 SRV磨痕的扫描电镜图：SM 10W-40（上）；SM 10W-40+MoDTC（下）

图8 SRV磨痕的扫描电镜图：SN 5W-40（上）；SN 5W-40+MoDTC（下）

2.1.4抗氧及腐蚀性能研究

MoDTC的抗氧及腐蚀性能研究分别通过SH/T 0719-2002和GB/T 5096-1985进行，结果如表2。两种成品油的氧化诱导期在加入MoDTC后均有所提高，特别是SN 5W-40提高较明显，推断氧化诱导期提高是MoDTC与芳胺类抗氧剂协同作用的结果。

在基础油中加入MoDTC后铜片腐蚀的级别从1a变为3b，说明MoDTC中硫为活性硫，具有一定的腐蚀性。而在成品油中，铜片腐蚀结果均为1a，应该是成品油中含有腐蚀抑制剂阻止了活性硫的腐蚀。建议在配方设计中注意考察MoDTC中活性硫的影响。

表2 MoDTC在基础油和成品油中的抗氧化及腐蚀性结果

3.结论

（1）二烷基二硫代氨基甲酸钼能有效降低基础油和成品油的摩擦系数，具有优异的抗磨减摩性能；

（2）二烷基二硫代氨基甲酸钼的减摩机理可能归结为其在摩擦表面分解成钼硫化合物形成的保护膜；

（3）二烷基二硫代氨基甲酸钼具有抗氧协同作用，同时含有活性硫，应注意考察其对铜片的腐蚀问题。

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