润滑材料基础知识.ppt
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1、润滑材料基础知识山东嘉瑞动力装备有限公司主讲人:张德明1 1.目 录1 1、润润滑的学科范畴滑的学科范畴 2 2、润润滑的机理滑的机理3 3、润润滑材料滑材料 4 4、矿矿物物润润滑油滑油5 5、合成、合成润润滑滑剂简剂简介介 6 6、润润滑脂滑脂 7 7、重新、重新认识润认识润滑材料滑材料 8 8、润润滑材料使用管理滑材料使用管理2 2.润润滑属于摩擦学的范畴,摩擦学是研究相滑属于摩擦学的范畴,摩擦学是研究相对对运运动动中相互作用表面的理中相互作用表面的理论论与与实实践的一践的一门门科学技科学技术术。也就是研究作相。也就是研究作相对对运运动动的的对对偶表面之偶表面之间间的摩的摩擦、磨擦、磨损
2、损与与润润滑的科学技滑的科学技术术。思考:摩擦、磨思考:摩擦、磨损损与与润润滑之滑之间间的关系?的关系?1、润滑的学科范畴?3 3.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?4 4.3.1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,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5 5.3.2分类按按润润滑材料的存在状滑材料的存在状态态分分为为:液体液体润润滑滑剂剂润润滑油滑油 半固体半固体润润滑滑剂剂润润滑脂
3、滑脂 固体固体润润滑滑剂剂石墨、二硫化石墨、二硫化钼钼等等按按选选用的基用的基础础油种油种类类分分为为:矿矿物物润润滑滑剂剂基基础础油来源于石油油来源于石油 合成合成润润滑滑剂剂基基础础油油经经化学合成化学合成6 6.原油原油石油石油基基础油油添加添加剂润滑油滑油产品品 典型的典型的润滑油成分滑油成分 润滑油滑油组成成u 基基础油油u 添加添加剂u 75-99%75-99%基基础油油u 1-25%1-25%添加添加剂4、矿物润滑油4.1组成7 7.4.24.2基基础础油油4.2.14.2.1概述概述 石油的主要石油的主要组组成元素是碳和成元素是碳和氢氢,总总含量含量为为95%-99.5%95%
4、-99.5%,碳,碳氢氢化合物称化合物称为烃为烃,基,基础础油主要由油主要由烷烃烷烃、环烷烃环烷烃和芳香和芳香烃烃等等烃类组烃类组成,沸点一般高成,沸点一般高于于300300。润润滑油的化学滑油的化学组组成异常复成异常复杂杂,主要是由,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于其中有机化合衍生物和同素异构体众多而造成的。的。润润滑油的粘度、氧化性就是由滑油的粘度、氧化性就是由这这些些烃类烃类的的组组成决定。成决定。8 8.4.2.2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
5、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9 9.4.2.3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。1010.1)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
6、机件粘结在一起。1111.3 3)芳香)芳香烃烃的氧化,芳香的氧化,芳香烃烃的氧化的氧化产产物物为为酚,深度氧酚,深度氧化生成胶化生成胶质质和和沥沥青。多青。多环环芳香芳香烃烃流流动动性极差,易生性极差,易生成胶成胶质质和和沥沥青,是必青,是必须须除去的非理想除去的非理想组组分。分。4 4)胶)胶质质的氧化,胶的氧化,胶质质氧化后生成沉渣,有抑制抗氧氧化后生成沉渣,有抑制抗氧剂剂的作用,的作用,应应在精制在精制时时除去。除去。5 5)基)基础础油中的氧,大部分存在于胶油中的氧,大部分存在于胶质质中,非理想中,非理想组组分。分。6 6)基)基础础油中的硫,一部分存在胶油中的硫,一部分存在胶质质中
7、,一部分存在中,一部分存在芳香芳香烃烃中,含硫芳香中,含硫芳香烃烃是天然抗氧是天然抗氧剂剂。7 7)基)基础础油中氮化合物,油中氮化合物,对对抗氧性的影响不明确。抗氧性的影响不明确。1212.4.2.44.2.4润润滑油的合理滑油的合理组组分分1 1)按粘度要求)按粘度要求选择选择合适的石油合适的石油馏馏分。制取高粘度的分。制取高粘度的润润滑油滑油选择选择沸点沸点较较高的高的馏馏分,制取低粘度的分,制取低粘度的润润滑滑油油选择选择沸点沸点较较低的低的馏馏分,各种分,各种馏馏分通分通过过常减常减压压蒸蒸馏获馏获得。得。2 2)馏馏分分选选定后,定后,应应除去其中的多除去其中的多环环短短侧链侧链的
8、的环环状状烃烃和胶和胶质质、沥沥青等非理想青等非理想组组分,以提高分,以提高馏馏分的粘温分的粘温性能和抗氧性,利用溶性能和抗氧性,利用溶剂剂精制达到。精制达到。3 3)再根据)再根据对对油品凝固点的要求,除去油品凝固点的要求,除去馏馏分中高熔点分中高熔点的的烃类烃类,通,通过过溶溶剂剂脱蜡改善油品的低温流脱蜡改善油品的低温流动动性性1313.4.3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。1414.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
9、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。1515.(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。1616.2)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。17
10、17.3)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。1818.4)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。1919.(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
11、,将导致油品进一步分解。2020.RH R+H (一一)R+O R+O2 2 ROO+RH ROOH+R ROO+RH ROOH+R (二二)R+R R-R (三)R+抗氧剂 RH+抗氧剂 (四)2121.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。2222.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
12、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ROOROO而发生作用。2323.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,2424.(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。2525.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
13、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。2626.4.4矿物类润滑油的制备工艺2727.常减常减压压蒸蒸馏馏 利用石油中各利用石油中各组组分的沸点差分的沸点差这这一特性,通一特性,通过过常减常减压压装装置从石油中分离出各石油置从石油中分离出各石油馏馏分。分。经经常常压压蒸蒸馏馏塔,在塔,在400400以上只能得到低粘度的以上只能得到低粘度的润润滑油滑油料,温度料,温度过过高会有部分高会有部分烃烃裂解,并在加裂解,并在加热热炉中炉中结结焦,影响焦,影响润润滑油滑油质质量。量。利用外利用外压压降低,沸点降低的原理,采用减降低,沸点降低的原
14、理,采用减压压蒸蒸馏馏分离分离高沸点、高粘度的高沸点、高粘度的馏馏分(分(350350-500-500 )。)。还还有一部分重有一部分重质润质润滑油料在减滑油料在减压压塔中也塔中也难难以分离,留以分离,留在减在减压压油渣中,油渣中,这这部分油料需要去掉其中的胶部分油料需要去掉其中的胶质质、沥沥青青质质才能才能进进一步加工。一步加工。2828.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。2929.溶剂脱蜡 为使润滑油保持良好的低温流动性,必须将其中易于凝固的
15、蜡出去。除蜡的方法有冷榨脱蜡、溶剂脱蜡和尿素脱蜡。3030.丙烷脱沥青 在减在减压压蒸蒸馏馏中仍不能分离出来的分子量很大、沸中仍不能分离出来的分子量很大、沸点很高的点很高的烃类烃类残留在减残留在减压压油渣中,油渣中,这这些些烃烃是制取高是制取高粘度粘度润润滑油的良好原料。但必滑油的良好原料。但必须须去除其中的胶去除其中的胶质质和和沥沥青青质质。常用方法是丙常用方法是丙烷烷脱脱沥沥青,利用液青,利用液态态丙丙烷烷在其在其临临界界温度附近温度附近对沥对沥青的溶解度很小而青的溶解度很小而对对油的溶解度很大油的溶解度很大的特性使油和的特性使油和沥沥青分离。青分离。丙丙烷烷脱脱沥沥青后的油和其他青后的油
16、和其他馏馏分一分一样样,经过经过精制和精制和脱蜡后一同脱蜡后一同进进入下到工序。入下到工序。3131.白土精制 经过经过溶溶剂剂精制和脱蜡后,其精制和脱蜡后,其质质量基本达到要求,量基本达到要求,但一般但一般总总会含有未分离掉的溶会含有未分离掉的溶剂剂、水分以及回收溶、水分以及回收溶剂剂时时加加热热所所产产生的某些大分子生的某些大分子缩缩合物、胶合物、胶质质和不和不稳稳定化定化合物,来自加工合物,来自加工设备设备的的铁铁屑等,屑等,为为去除去除这这些些杂质杂质,改,改善油品善油品颜颜色、提高安定性、降低残炭,色、提高安定性、降低残炭,还还需要一次需要一次补补充精制,常用方法是白土充精制,常用方
17、法是白土处处理。理。白土精制是利用活性白土的吸附能力,使各种白土精制是利用活性白土的吸附能力,使各种杂质杂质吸附在活性白土上,然后吸附在活性白土上,然后滤滤去白土除去所有去白土除去所有杂质杂质。3232.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3333.润滑油品种的开发 有了高有了高质质量的基量的基础础油油组组分和添加分和添加剂剂,不等于就,不等于就能生能生产产出高出高质质量的量的润润滑油,因滑油,因为润为润滑油各滑油各组组分的分的配伍
18、是很重要的,配伍的好,几种添加配伍是很重要的,配伍的好,几种添加剂剂的效果的效果大于每种添加大于每种添加剂单剂单独使用的独使用的总总和。配伍不好,添和。配伍不好,添加加剂剂相互之相互之间间的作用可以抵消。的作用可以抵消。润润滑油的研制滑油的研制实际实际上就是探索基上就是探索基础础油和添加油和添加剂剂的最佳的最佳组组合,合,筛选筛选出具有最佳出具有最佳负负荷效果的添加荷效果的添加剂剂组组合和合和剂剂量,即最佳配方。量,即最佳配方。3434.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
19、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。3535.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3636.4.6、润滑油的性能4.6.14.6.1粘度粘度 粘度是液体油品流粘度是液体油品流动时动时的内摩擦力,它是各的内摩擦力,它是各种种润润滑油分滑油分类类分分级级的和的和评评定定产产品品质质量的主要指量的主要指标标。粘度有粘度有动动力粘度和运力粘度和运动动粘度两粘度两类类。润润滑油的牌号大部分是以某一温度下(通常滑油的牌号大部分是以某一温度下(通常是是4040或或100100)的运)的运动动粘度范粘度范围围的中心的中心值值来划分来划分的,是的,是
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