十二烷氧基硼酸镧的合成及摩擦化学特性研究(6)
从而减小了剪切应力, 提高了承载能力【16】。这种渗硼作用, 从实质上来看, 也是一种化学反应。所以, 严格来讲, 在极压状态下, 硼酸盐与摩擦副表面发生了化学反应, 生成了金属硼化物。
乔玉林等【17】研究了表面经含—C—N和—N—N结构的化合物修饰的硼酸盐润滑油添加剂在钢球表面形成的表面膜的元素组成和化学状态, 考察了化学反应膜的结构和化学作用机制。发现, B元素在摩擦化学反应膜中的化学状态非常复杂, 其化学状态以及含量与试验条件有关。由于表面修饰剂与硼酸盐之间存在物理吸附作用, 摩擦过程中在摩擦剪切作用下, 表面修饰剂发生脱附, 并参与了摩擦反应。在边界润滑条件下, 添加剂与磨损表面反应, 除受热活化以外,还受机械活化和接触催化活化, 且后者所需要的活化能仅为一般热化学反应时的 0101～0110。可见, 在给定速度下, 在低负荷时, 磨损表面温度低, 机械活化能亦低, 因而添加剂与磨损表面的反应速度低, 甚至不发生反应; 随着负荷升高, 运转时磨损表面温度升高, 机械活化能亦升高, 摩擦化学反应所需能量降低, 从而促使添加剂与磨损表面发生反应并使反应速度加快。在所用添加剂中, 由于 B—O键的键长不同, B—O键断裂所需的能量不同。在低负荷下, 磨损表面温度低, 接触应力小, B—O键不发生断裂，仅仅吸附于磨损表面, 而添加剂中脱附的含氮化合物在较低负荷下, 可发生 N—N键断裂而与磨损表面反应, 生成 FeN化合物, 从而形成极薄的反应膜。随着试验负荷的增加, 磨损表面温度升高, 接触应力增大, 键长较长的 B—O键首先发生断裂, 并与 N—N键断裂产生的活性氮原子反应, 生成 O—B—N类化合物; 随着试验负荷的不断提高, 键长较短的 B—O键开始发生断裂, 裂解出的活性原子 B与原子 N反应, 生成 BN、FeB和 Fe—B—O等化合物。磨损表面摩擦化学反应膜中元素的化学状态及其含量在给定速度下与试验负荷有关, 且随反应膜的深度方向而变化, Fe与 B、N及 O形成的无机化合物的含量沿深度方向逐渐增加, 而有机化合物的含量则逐渐降低。乔玉林等【18】发现, 在含表面修饰的硼酸盐润滑油添加剂的油润滑条件下, 摩擦表面经摩擦化学反应形成了由 BN、氧化铁、硼酸盐和含氮化合物等组成的混合反应膜。摩擦化学产物 BN是一种高效固体润滑剂。
1.4.硼酸盐添加剂的摩擦学性能
硼酸盐极压抗磨添加剂适用于齿轮油、拖拉机液压油、润滑脂、金属成型润滑剂和发动机油中。硼酸盐润滑油添加剂是一种具有优异稳定性和载荷性的极压抗磨剂, 已广泛应用于工业齿轮油中, 并调配出GL2 5性能的车辆齿轮油。这种添加剂不仅具有极好的抗磨减摩性, 而且具有很好的氧化安定性, 在高温下对铜不腐蚀, 对钢铁具有良好的防锈性能, 同时还具有很好的密封适应性, 对橡胶密封件的适应性很好。硼酸盐的极压性能好, 有极好的油膜厚度, 在梯肯姆试验机上通过负荷可达 445122 N, 而它的接触压力平均值为 29513 MPa, 几乎是铅2 硫型齿轮油的 3倍、硫2 磷型齿轮油的 2倍, 并具有很好的减磨性。含硼酸盐的齿轮油在低速高负荷及高速高负荷下都可发挥作用, 而铅2 硫型齿轮油仅在低速下有优良的承载能力, 硫2 磷型齿轮油则只在高速下效果较好。硼酸盐添加剂的另一个突出特点是随着润滑油粘度的变小, 硼酸盐齿轮油的耐负荷性能会提高。Adams J H等人证明了这一点【19】。硼酸盐齿轮油不仅能通过正齿轮试验 FZG的 12级, 而且能通过双曲线齿轮的全尺寸台架 L2 37和 L2 42车油试验。硼酸盐齿轮油还能降低操作温度, 延长密封件的寿命, 也能降低磨损,延长润滑剂的使用寿命。硼酸盐润滑油添加剂的热稳定性好, 硫2 磷型极压抗磨剂的使用上限温度为 130℃, 而硼酸盐润滑油在 130 ℃仍是安定的, 超过 150℃时仍能使用。