有機(jī)鉬對(duì)低黏度潤(rùn)滑油摩擦學(xué)性能的影響

鄒洋，張紫銅，李小磊,2,3，戴媛靜,2

有機(jī)鉬對(duì)低黏度潤(rùn)滑油摩擦學(xué)性能的影響

鄒洋1，張紫銅1，李小磊1,2,3，戴媛靜1,2

（1.清華大學(xué)天津高端裝備研究院 潤(rùn)滑技術(shù)研究所，天津 300300；2.清華大學(xué) 摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；3.季華實(shí)驗(yàn)室，廣東 佛山 528200）

制備一種非活性油溶性有機(jī)鉬添加劑（SPFMo）以為滿足汽油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油低黏度化發(fā)展的需求。將SPFMo添加到0W–20潤(rùn)滑油中，利用SRV摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)詳細(xì)分析了在不同溫度、載荷條件下，自研減摩劑SPFMo、商用減摩劑Molyvan855和商用抗磨劑MOM201在0W–20中摩擦學(xué)性能的影響，并采用3D激光共聚焦顯微鏡和掃描電子顯微鏡對(duì)摩擦副表面進(jìn)行分析。SPFMo具有良好的減摩抗磨性能，并有效降低潤(rùn)滑油0W–20的摩擦因數(shù)及磨損率。摩擦過(guò)程中鉬元素會(huì)發(fā)生富集，并發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)生成包含硫–鉬–氧的復(fù)合減摩片層，實(shí)現(xiàn)減摩抗磨功能。SPFMo添加到0W–20中可以發(fā)揮良好摩擦學(xué)性能的使用溫度區(qū)間和載荷區(qū)間分別為80～180 ℃和150～250 N（1 559～1 848 MPa）。0W–20+1% SPFMo與潤(rùn)滑油0W–20相比，在130 ℃、200 N下，摩擦因數(shù)降低13.28%，磨損率降低37.91%；在130 ℃、250 N下，摩擦因數(shù)降低18.05%，磨損率降低57.68%。0W–20+1% SPFMo潤(rùn)滑油的摩擦因數(shù)隨溫度的升高先減小后增大，隨載荷的增大而減小；磨損率隨溫度的升高先減小后增大，隨載荷的增大而減小。低黏度潤(rùn)滑油中添加SPFMo可有效增強(qiáng)其摩擦學(xué)性能。

低黏度潤(rùn)滑油；非硫磷有機(jī)鉬；減摩；抗磨；汽油發(fā)動(dòng)機(jī)

摩擦是指兩個(gè)接觸的物體表面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦過(guò)程中由于物理或化學(xué)作用而產(chǎn)生的能量不斷損失的現(xiàn)象，摩擦磨損過(guò)程中帶來(lái)了大量的能量損失及材料損耗。因此，近些年廣大學(xué)者不斷開(kāi)展新型減摩抗磨技術(shù)的研究。賈陸營(yíng)等[1]通過(guò)羥基硅酸鎂粉體表面改性，提高羥基硅酸鎂粉體在設(shè)備磨損表面的成膜性能，減少磨損，延長(zhǎng)了使用壽命。王陳向等[2]通過(guò)在潤(rùn)滑油中加入改性納米坡縷石達(dá)到減摩抗磨的作用。鉬具備優(yōu)良的潤(rùn)滑特性，首次被人們所關(guān)注是固體二硫化鉬（MoS2）粉末。MoS2本身為片層結(jié)構(gòu)，層與層之間的結(jié)合力為范德華力，在摩擦過(guò)程中易發(fā)生滑動(dòng)，故而具有優(yōu)異的減摩效果。霍英杰等[3]制備的納米球狀MoS2作為潤(rùn)滑油添加劑顯著提高了潤(rùn)滑油的極壓性能。沃恒洲等[4]也發(fā)現(xiàn)同MoS2微粒相比，nano–MoS2更易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在鋼球磨損表面形成含MoO3的表面膜，nano–MoS2添加劑的極壓、抗磨和減摩性能優(yōu)于普通MoS2。由于其分散性和油溶性較差，在使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚及沉淀析出，使得發(fā)動(dòng)機(jī)油的潤(rùn)滑性能下降。其他納米添加劑也存在類(lèi)似問(wèn)題，如納米銅[5-6]、納米氮化硼[7]、鈦基納米粒子[8]、石墨烯[9]等。為了解決納米顆粒在潤(rùn)滑油中的分散性問(wèn)題，許多學(xué)者相繼開(kāi)發(fā)了一系列活性油溶性有機(jī)鉬添加劑，如油溶性納米銅[10]、二烷基二硫代磷酸鉬和二烷基二硫代氨基甲酸鉬[11-12]等。這些活性基團(tuán)改性添加劑能夠在潤(rùn)滑油中保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定分散，還具有一定的抗氧化、抗腐蝕性能，但二烷基二硫代磷酸基中含有的硫、磷等活性元素會(huì)存在一定的腐蝕問(wèn)題和環(huán)保問(wèn)題。

隨著近些年汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，加上環(huán)保要求不斷嚴(yán)苛，要求在不降低發(fā)動(dòng)機(jī)油的抗磨、減摩、高溫穩(wěn)定性的前提下，盡可能降低潤(rùn)滑油中含有的硫和磷元素[13]。國(guó)內(nèi)有很多學(xué)者進(jìn)行了非硫磷油溶性有機(jī)鉬的研究。龔民等[14]合成了一種非硫磷有機(jī)鉬添加劑，并考察了其和Molyvan855的摩擦學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)該添加劑和Molyvan855添加到鋰基脂中都能夠發(fā)揮較好的摩擦學(xué)性能。但是非硫磷有機(jī)鉬添加劑主要應(yīng)用于潤(rùn)滑油中，以鋰基脂作為潤(rùn)滑材料得出的結(jié)論難以直接應(yīng)用到潤(rùn)滑油中。井致遠(yuǎn)等[15]利用SRV摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察Molyvan855的減摩抗磨性能，發(fā)現(xiàn)Molyvan855以不同添加量調(diào)入到柴油中后，在45號(hào)鋼上的減摩性能隨添加量的增大而提高，抗磨性能隨添加量的增大而降低；在GCr15鋼上的潤(rùn)滑效果要優(yōu)于45號(hào)鋼，且摩擦因數(shù)和磨損體積均隨添加劑添加量的增加而減小。現(xiàn)有研究多為考察非活性油溶性有機(jī)鉬在潤(rùn)滑脂、純基礎(chǔ)油或高黏度潤(rùn)滑油中的摩擦學(xué)性能。而作為發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑，非活性鉬添加劑通常被添加到全配方潤(rùn)滑油中，且可能被應(yīng)用于高溫、重載等苛刻工況。目前市場(chǎng)上R. T. Vanderbilt公司生產(chǎn)的Molyvan855（鉬質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%）以及旭化成株式會(huì)社生產(chǎn)的Sakura–lube 700（鉬質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.4%）代表著非硫磷油溶性有機(jī)鉬添加劑的先進(jìn)水平[16]，常用的潤(rùn)滑油添加劑還有極壓抗磨劑（如MOM201等），因此本文將Molyvan855和MOM201作為對(duì)比添加劑。最近幾年，很多汽車(chē)主機(jī)廠已經(jīng)采用0W–20級(jí)別的機(jī)油，并嘗試開(kāi)發(fā)使用黏度更低的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)油[17-18]，0W–20機(jī)油標(biāo)號(hào)表示其在–30 ℃時(shí)仍能發(fā)揮良好的潤(rùn)滑性，在100 ℃下的黏度為5.6～9.3 mm2/s。實(shí)驗(yàn)室前期制備了一種非活性有機(jī)鉬添加劑（SPFMo）[19]，并通過(guò)四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察了其在低黏度0W–20成品油中的摩擦學(xué)性能，考察在點(diǎn)–點(diǎn)摩擦過(guò)程中，添加劑所起到的減摩抗磨作用。本文通過(guò)SRV摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察含SPFMo、Molyvan855、MOM201等3種添加劑的低黏度0W–20成品油在點(diǎn)–線摩擦過(guò)程中的表現(xiàn)，分析了不同的載荷、溫度等條件對(duì)添加劑減摩抗磨效果的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 有機(jī)鉬制備及添加

本文用到的非活性油溶性有機(jī)鉬添加劑（SPFMo）在實(shí)驗(yàn)室合成，利用植物油、乙醇胺、鉬酸銨等原料一步合成SPFMo，鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.05%，紅外譜圖和分子式見(jiàn)圖1。所用到的Molyvan855添加劑為范德比爾特所生產(chǎn)的添加劑，其中鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。所用到的MOM201添加劑（Macro-molecular Organic Matter 201）為市面上一種常見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油添加劑，幾種添加劑和基礎(chǔ)油SN 0W–20的熱重曲線如圖1a所示。在250 ml燒杯中加入100 g SN 0W–20潤(rùn)滑油和1 g添加劑，將燒杯置于60 ℃水浴中磁力攪拌0.5 h，攪拌結(jié)束后自然冷卻，收集待用。

圖1 添加劑和SPFMo表征

1.2 摩擦學(xué)性能測(cè)試

利用SRV–5摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試含有不同添加劑潤(rùn)滑油的摩擦學(xué)性能，其摩擦測(cè)試系統(tǒng)示意圖如圖2所示。試驗(yàn)鋼球和鋼盤(pán)所用材質(zhì)為軸承鋼GCr15，硬度為59～61HRC，鋼球直徑為10 mm。試驗(yàn)條件：往復(fù)式摩擦，行程2 mm，頻率50 Hz，溫度分別為30、80、130、180、230 ℃，載荷分別為50、100、150、200、250 N，對(duì)應(yīng)的接觸應(yīng)力分別為1 081、1 362、1 559、1 716、1 848 MPa，試驗(yàn)時(shí)間為60 min。采用3D激光顯微鏡對(duì)磨痕的寬度、體積進(jìn)行測(cè)量，采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察分析磨痕的微觀形貌和表面成分。

圖2 摩擦測(cè)試系統(tǒng)示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 摩擦學(xué)性能測(cè)試

將SPFMo、Molyvan855、MOM201分別以1%加入量調(diào)入到0W–20中，進(jìn)行油潤(rùn)滑摩擦試驗(yàn)，不同溫度下對(duì)應(yīng)的平均摩擦因數(shù)及磨損率結(jié)果如圖3所示。試驗(yàn)條件：載荷200 N，頻率50 Hz，行程2 mm，時(shí)間3 600 s。對(duì)于潤(rùn)滑油0W–20，溫度為30～230 ℃時(shí)，其摩擦因數(shù)基本穩(wěn)定在0.133～0.137。將SPFMo和Molyvan855加入0W–20后，其摩擦因數(shù)與基礎(chǔ)油相比均明顯降低。0W–20+1% SPFMo和0W–20+1% Molyvan855的摩擦因數(shù)均呈現(xiàn)隨溫度升高而先降低后升高的趨勢(shì)，其中在130 ℃時(shí)摩擦因數(shù)最低，說(shuō)明有機(jī)鉬添加劑能夠在130 ℃左右發(fā)揮最佳的減摩性能。在130 ℃時(shí)，0W–20+1% SPFMo的摩擦因數(shù)降低到0.111，與基礎(chǔ)油相比降幅為13.28%。一般認(rèn)為，溫度低于130 ℃時(shí)有機(jī)鉬分子斷裂釋放出鉬原子的條件較苛刻，圖4a—b中基本不含有鉬元素；溫度高于130 ℃時(shí)基礎(chǔ)油發(fā)生了較嚴(yán)重的碳化，影響有機(jī)鉬發(fā)揮減摩作用。由圖4a—j的磨斑形貌及元素含量可以看出，高溫（180、230 ℃）時(shí)，磨痕表面的黑色痕跡增加，同時(shí)表面的碳元素和氧元素大幅增加。摩擦試驗(yàn)結(jié)束后，利用3D顯微鏡測(cè)量鋼盤(pán)和鋼球表面磨痕寬度及體積，通過(guò)磨痕體積計(jì)算得到磨損率結(jié)果如圖3b所示，鋼盤(pán)表面磨痕寬度及鋼球表面磨痕直徑結(jié)果如表1所示。在圖3b中，從30 ℃升至180 ℃時(shí)，0W–20的磨損率從5.04×10–9mm3/(N·m)逐漸升高至10.15×10?9mm3/(N·m)，在230 ℃時(shí)陡升至29.83× 10?9mm3/(N·m)，說(shuō)明隨著溫度的升高，0W–20的黏度不斷降低，在230 ℃時(shí)潤(rùn)滑油黏度進(jìn)一步降低，很難發(fā)揮較好的潤(rùn)滑作用。由表1可知，4種潤(rùn)滑油的鋼球磨痕直徑和鋼盤(pán)磨痕寬度基本都隨溫度的升高而增大，且SPFMo、Molyvan855和MOM201加入0W–20后對(duì)于磨痕直徑和磨痕寬度的降低不明顯。值得注意的是在230 ℃時(shí)，0W–20+1% MOM201與0W–20相比磨痕直徑降低了17.75%，磨痕寬度降低了18.76%。

結(jié)合圖3b和表1可知，30～180 ℃下在0W–20中加入SPFMo后，在一定程度上降低了鋼球和鋼盤(pán)的磨損率，在發(fā)揮減摩作用的同時(shí)發(fā)揮了抗磨作用。130 ℃時(shí)，與0W–20相比，加入SPFMo能夠使鋼盤(pán)的磨損率降低37.91%。230 ℃時(shí)由于潤(rùn)滑油黏度降低難以發(fā)揮較好的潤(rùn)滑作用，SPFMo也難以發(fā)揮出減摩抗磨作用。而MOM201加入到0W–20中后在230℃時(shí)也起到了較好的抗磨作用，與0W–20相比鋼盤(pán)的磨損率降低了73.39%。這是由于MOM201是一種硼改性聚合物基極壓抗磨劑，在高溫高壓作用下，抗磨劑中的硼元素活化，并與基底反應(yīng)形成含有FeB、Fe2B等超硬物質(zhì)的高強(qiáng)度吸附膜。即使在230 ℃時(shí)潤(rùn)滑油黏度降低，F(xiàn)eB、Fe2B形成的邊界膜能夠在高溫高壓條件下仍發(fā)揮抗磨性能[20]。

圖3 不同潤(rùn)滑油摩擦因數(shù)（a）及磨損率（b）隨溫度的變化曲線

表1 不同溫度的SRV試驗(yàn)?zāi)Σ粮狈治?/p>

Tab.1 Analysis of friction pairs in the SRV test at different temperatures　μm

圖4和圖5分別為不同油品在不同溫度下鋼盤(pán)表面和對(duì)偶鋼球表面的SEM圖像及元素分析。圖4a—e是0W–20+1% SPFMo的鋼盤(pán)表面形貌，其中在溫度低于80 ℃時(shí)僅有部分區(qū)域能夠發(fā)現(xiàn)硫元素和鉬元素，高于130 ℃時(shí)硫元素和鉬元素的分布明顯增加，說(shuō)明此溫度下在摩擦副表面形成了一層硫–鉬–氧復(fù)合減摩層。圖5a—e是對(duì)偶鋼球表面形貌及元素分析，發(fā)現(xiàn)在鋼球表面都生成了一層硫–鉬–氧減摩層，30～ 130 ℃下，隨著溫度的增加，鋼盤(pán)表面出現(xiàn)黏著磨損，隨著摩擦過(guò)程的加劇，有機(jī)鉬在磨痕區(qū)發(fā)揮抗磨作用。隨著溫度繼續(xù)增加，潤(rùn)滑油黏度下降，使膜性變差，成膜性降低，導(dǎo)致潤(rùn)滑油的減摩抗磨作用減弱，鋼盤(pán)磨損嚴(yán)重[21]。圖4f—j和圖5f—j是Molyvan855的鋼盤(pán)表面形貌及元素分析，隨著溫度的增加，磨損逐漸加劇。在180 ℃時(shí)，表面開(kāi)始出現(xiàn)黑色物質(zhì)，這是由于在摩擦過(guò)程中，摩擦區(qū)的溫度更高，導(dǎo)致潤(rùn)滑油碳化成焦，此時(shí)鋼球磨痕表面出現(xiàn)“犁溝”磨損。在230 ℃時(shí)潤(rùn)滑油氧化程度加深，生成油泥等物質(zhì)腐蝕摩擦副，鋼球表面“犁溝”磨損加劇，導(dǎo)致磨損率急劇增大[22]。圖4k—o和圖5k—o是MOM201的鋼盤(pán)表面形貌及元素分析，MOM201是高分子有機(jī)物添加劑，所以其磨痕中僅含有C、O、Cr、Fe等元素。從圖4e和圖4j中能夠發(fā)現(xiàn)含有有機(jī)鉬添加劑的表面出現(xiàn)了黏著磨損（圓框選區(qū)域），其碳和氧含量上升明顯，結(jié)果與圖3b中磨損率結(jié)果相吻合。

圖6為130 ℃條件下0W–20+1% SPFMo鋼盤(pán)表面磨痕內(nèi)部分區(qū)域的元素分布。磨痕區(qū)域中的C、Cr和Fe元素為GCr15鋼材中所帶元素，C和O元素為摩擦后潤(rùn)滑油成焦、積碳所產(chǎn)生元素，S和Mo元素是摩擦后的硫–鉬–氧減摩層[23-24]，是有機(jī)鉬與0W–20中的S、P元素在摩擦產(chǎn)生的高溫高壓條件下發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、再生成而形成的一層混合減摩層。MoS2為片層結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合力為范德華力，在摩擦過(guò)程中發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，從而發(fā)揮減摩效果[25-26]；MoO3為六方晶體結(jié)構(gòu)，在摩擦中晶體間易發(fā)生滑移，從而發(fā)揮減摩效果[27]。從圖6a中的S和Mo元素分布圖中能夠看出S元素和Mo元素均勻地分布于磨痕表面，無(wú)密集或稀少區(qū)域，表明其能夠穩(wěn)定地在摩擦區(qū)域內(nèi)發(fā)揮減摩作用。

圖4 不同溫度SRV試驗(yàn)鋼盤(pán)磨痕的SEM圖及元素分析

圖5 不同溫度SRV試驗(yàn)對(duì)偶鋼球磨痕的SEM圖及元素分析

圖6 SRV試驗(yàn)鋼盤(pán)磨痕元素分布圖及元素含量（試驗(yàn)條件0W–20+1% SPFMo，130 ℃）

由0W–20、0W–20+1% SPFMo、0W–20+1% Molyvan855、0W–20+1% MOM201在不同溫度下的摩擦試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知，有機(jī)鉬在不同溫度下均能夠發(fā)揮較好的減摩作用，其中在130 ℃下能夠發(fā)揮最優(yōu)的減摩性能。下面重點(diǎn)分析在130 ℃條件下，0W–20、0W–20+1% SPFMo、0W–20+1% Molyvan855、0W–20+1% MOM201在不同載荷下的抗磨減摩作用，不同潤(rùn)滑油的摩擦因數(shù)及磨損率隨載荷變化如圖7所示，鋼盤(pán)表面磨痕寬度及鋼球表面磨痕直徑結(jié)果如表2所示。試驗(yàn)條件：溫度130 ℃，頻率50 Hz，行程2 mm，時(shí)間3 600 s。

圖7a中，在載荷從50 N升高至250 N過(guò)程中，0W–20的摩擦因數(shù)由0.183逐漸降低，最終穩(wěn)定在0.130～0.133。加入SPFMo或Molyvan855之后，基礎(chǔ)油的摩擦因數(shù)均明顯降低。在250 N時(shí)，0W–20+1% SPFMo的摩擦因數(shù)為0.109，與基礎(chǔ)油相比降幅為18.05%。在圖7b中，隨著載荷的增大，0W–20的磨損率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。0W–20+1% SPFMo在50～150 N下的磨損率和0W–20相當(dāng)，在200～250N下發(fā)揮了較明顯的抗磨作用，其中250 N時(shí)鋼盤(pán)的磨損率由12.55×10?9mm3/(N·m)降低到5.311×10?9mm3/(N·m)，降幅達(dá)到了57.68%。而0W–20+1% Molyvan855在200～250 N下也發(fā)揮了較明顯的抗磨作用，但是在50～150 N下與0W–20相比磨損率卻有所上升。這是由于0W–20能夠在低于150 N的條件下發(fā)揮較好的抗磨及減摩作用，高于150 N時(shí)磨損率急劇增大，說(shuō)明摩擦對(duì)偶表面之間形成的保護(hù)膜已被破壞，在高溫高載條件下的邊界潤(rùn)滑過(guò)程中，有機(jī)鉬中的鉬元素被活化，與0W–20中的S、P元素形成一層混合減摩層，起到了減摩抗磨的作用。

圖7a—b中發(fā)現(xiàn)，0W–20+1% MOM201并沒(méi)有明顯提升0W–20的減摩和抗磨性能。結(jié)合圖3a—b可推斷，MOM201作為極壓抗磨劑，加入到0W20后主要提升了基礎(chǔ)油在較苛刻摩擦條件下的抗磨性。

圖8為載荷100 N、溫度130 ℃時(shí)4種潤(rùn)滑油的鋼盤(pán)磨痕圖及豎線所在位置截面的高度分布圖。將圖8中的高度分布圖、圖7中的磨損率以及表2中的磨痕寬度/直徑綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn)，雖然0W–20和0W–20+1% SPFMo的磨痕寬度較大，但其平均磨損深度較小，所以磨損率較低；而0W–20+1% Molyvan855和0W–20+1% MOM201的磨痕寬度較小，得到的磨痕深度和磨損體積較大，所以其磨損率較高。在低于150 N時(shí)，加入Molyvan855和MOM201添加劑后反而降低了0W–20的抗磨效果。

圖9為0W–20+1% SPFMo在不同載荷條件下鋼盤(pán)表面和對(duì)偶鋼球表面的SEM圖像及元素分析。在載荷為50 N時(shí)（圖9a），鋼盤(pán)表面出現(xiàn)磨痕及少量磨屑黏著（圓框選區(qū)域）。隨著載荷的增大，潤(rùn)滑油與鋼盤(pán)接觸面積增大，鋼盤(pán)與鋼球的潤(rùn)滑增強(qiáng)，磨損降低。圖9c中的區(qū)域4為未被磨損的鋼盤(pán)形貌及元素分析。經(jīng)過(guò)摩擦磨損后，摩擦區(qū)域中除了之前的碳、鉻、鐵3種元素，還增加了氧、硫、鉬3種元素。其中氧元素和碳元素的變化是由于摩擦過(guò)程中潤(rùn)滑油發(fā)生了碳化及氧化，硫和鉬元素是潤(rùn)滑油中的含硫及含鉬有機(jī)物在摩擦磨損所形成的高溫高壓條件下發(fā)生了舊鍵斷裂及新鍵生成反應(yīng)，在磨損區(qū)域形成了硫–鉬–氧減摩片層。隨著摩擦磨損過(guò)程的進(jìn)行，復(fù)合減摩片層不斷生成，同時(shí)也在不斷地被消耗，在摩擦磨損過(guò)程中形成了一種動(dòng)態(tài)平衡，不斷發(fā)揮著減摩及抗磨作用。由圖9a—e和圖9k—p中可發(fā)現(xiàn)，在對(duì)偶的摩擦副中，鋼球上更容易發(fā)生鉬元素富集。這是由于在點(diǎn)–線摩擦中，鋼球始終參與摩擦過(guò)程中，其溫度相對(duì)于鋼盤(pán)較高，磨損時(shí)間相對(duì)于鋼盤(pán)較長(zhǎng)。

圖7 不同潤(rùn)滑油摩擦因數(shù)（a）及磨損率（b）隨載荷的變化曲線

表2 不同載荷的SRV試驗(yàn)?zāi)Σ粮狈治?/p>

Tab.2 Analysis of friction pairs in the SRV test at different load　μm

圖8 SRV試驗(yàn)鋼盤(pán)顯微鏡圖像及磨痕截面高度分布圖（試驗(yàn)條件：100 N，130 ℃，50 Hz，2 mm）

圖9 不同載荷SRV試驗(yàn)?zāi)Σ粮钡腟EM圖像及元素分析（試驗(yàn)條件：0W–20+1% SPFMo）(a、f) 50 N、鋼盤(pán)；(b、g) 100 N、鋼盤(pán)；(c、h) 150 N、鋼盤(pán)；(d、i) 200 N、鋼盤(pán)；(e、j) 250 N、鋼盤(pán)；(k) 50 N、鋼球；(l) 100 N、鋼球；(m) 150 N、鋼球；(n) 200 N、鋼球；(o) 250 N、鋼球；(p)方框選區(qū)域的元素含量

3 結(jié)論

1）非活性油溶性有機(jī)鉬SPFMo調(diào)入到潤(rùn)滑油0W–20后顯著提升了其摩擦學(xué)性能。摩擦過(guò)程中鉬元素會(huì)在對(duì)偶摩擦副表面發(fā)生富集，生成硫–鉬–氧復(fù)合減摩片層，實(shí)現(xiàn)減摩和抗磨功能。

2）當(dāng)溫度處于80～180 ℃時(shí)，0W–20+1% SPFMo能夠發(fā)揮較優(yōu)的摩擦學(xué)性能。與潤(rùn)滑油0W–20相比，在130 ℃、200 N時(shí)，0W–20+1% SPFMo的摩擦因數(shù)降低13.28%，磨損率降低37.91%。在230 ℃時(shí)，0W–20+1% Molyvan855能夠發(fā)揮較優(yōu)的減摩性能，0W–20+1% MOM201能夠發(fā)揮較優(yōu)的抗磨性能。

3）當(dāng)載荷處于150～250 N時(shí)，0W–20+1% SPFMo能夠發(fā)揮較優(yōu)的摩擦學(xué)性能。與潤(rùn)滑油0W–20相比，在130 ℃、250 N時(shí)，0W–20+1% SPFMo的摩擦因數(shù)降低18.05%，磨損率降低57.68%。

4）經(jīng)過(guò)試驗(yàn)可知，SPFMo的建議應(yīng)用溫度為80～180 ℃，建議應(yīng)用載荷為150～250 N或1 559～ 1 847 MPa。在此范圍內(nèi)低黏度潤(rùn)滑油SN 0W–20外加1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）SPFMo能夠發(fā)揮較優(yōu)的摩擦學(xué)性能。

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Influence of Organic Molybdenum on the Tribological Property of Low-viscosity Oil

1,1,1,2,3,1,2

(1. Research Center of Lubrication Technology, Tianjin Research Institute for Advanced Equipment of Tsinghua University, Tianjin 300300, China; 2. State Key Laboratory of Tribology, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3. Ji Hua Laboratory, Guangdong Foshan 528200, China)

In order to meet the demand of low viscosity lubricating oil for gasoline engine, a kind of sulfur- and phos-phorus-free organic molybdenum (SPFMo) was synthesized and added into the low viscosity lubricating oil 0W-20. Moreover, the influence of self-developed anti-friction agent SPFMo, commercial anti-friction agent Molyvan855 and commercial anti- wear agent MOM201 on the tribological properties of 0W-20 under different temperatures and loads was studied in detail. The microstructure and composition of worn surface was observed by SEM and 3D laser scanning microscope. The results show that the SPFMo shows good anti-friction and anti-wear performances, both the friction factor and wear rate of 0W20 can be decreased. During the friction process, the molybdenum is enriched and has the function of anti-friction and anti-wear. The elements of molybdenum, sulfur, oxygen are the main elements of the lubricating film. The temperature and load conditions in which the SPFMo can show great tribological performance are 80-180 ℃ and 150-250 N (1 559-1 848 MPa), respectively. When the temperature is 130 ℃ and the load is 200 N, the friction factor and wear rate of 0W-20 can be decreased by 13.28% and 37.91% by the addition of SPFMo. And when the temperature is 130 ℃ and the load is 250 N, they can be decreased by 18.05% and 57.68%, respectively. The friction factor of 0W20+1% SPFMo decreases firstly and then increases with the increase of the temperature, and decreases with the increase of the load. The wear rate of 0W20+1% SPFMo decreases firstly and then increases with the increase of the temperature, and decreases with the increase of the load. Finally, the results can be helpful for adding sulfur-and phosphorus-free organic molybdenum for engine oils with low viscosity.

low-viscosity lubricating oil; sulfur-and phosphorus-free organic molybdenum; anti-friction; anti-wear; gasoline engine

th117

A

1001-3660(2022)07-0107-10

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.010

2021–07–21；

2021–10–18

2021-07-21；

2021-10-18

河北省創(chuàng)新能力提升計(jì)劃項(xiàng)目（19244006D）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFB2002204，2020YFB2010601，2020YFB2010602，2020YFA0711000）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51805291）；貴州省科技重大專項(xiàng)（黔科合重大專項(xiàng)字[2019]3016號(hào)）；國(guó)防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目（JCKY2020110B007）

Hebei Provincial Innovation Capability Enhancement Program Project (19244006D); the National Key R&D Program of China (2018YFB2002204, 2020YFB2010601, 2020YFB2010602, 2020YFA0711000); the National Natural Science Foundation of China (51805291); the Major Science and Technology Project in Guizhou Province (Q.K.H.Z.D.Z.X.Z[2019]3016); the Defense Industrial Technology Development Program (JCKY2020110B007)

鄒洋（1994—），男，碩士，助理工程師，主要研究方向?yàn)槟Σ翆W(xué)與潤(rùn)滑介質(zhì)。

ZOU Yang (1994-), Male, Master, Junior engineer, Research focus: tribology and lubricating medium.

李小磊（1988—），男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)槟Σ翆W(xué)理論與應(yīng)用技術(shù)。

LI Xiao-lei (1988-), Male, Doctor, Senior engineer, Research focus: tribology and its applied technology.

戴媛靜（1977—），女，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闈?rùn)滑油液及超精表面制造技術(shù)。

DAI Yuan-jing (1977-), Female, Master, Senior engineer, Research focus: lubricating oil and superfinishing surface manu-facturing technology.

鄒洋, 張紫銅, 李小磊, 等. 有機(jī)鉬對(duì)低黏度潤(rùn)滑油摩擦學(xué)性能的影響[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(7): 107-116.

ZOU Yang, ZHANG Zi-tong, LI Xiao-lei, et al. Influence of Organic Molybdenum on the Tribological Property of Low-viscosity Oil[J]. Surface Technology, 2022, 51(7): 107-116.

責(zé)任編輯：萬(wàn)長(zhǎng)清