硼酸酯的合成及摩擦化学特性研究(6)
四球试验用钢球的材料为GCrl5轴承钢，硬度为60-63HRC，钢球直径为12.7mm，符合国家标准GB/T12583的试验用球标准。试验前，所用钢球、油杯及夹头均用石油醚超声波清洗两次并用吹风机吹干待用。试验所用的添加剂为减二线油(基础油)。四球极压试验是在济南试验机厂制造的MQ-800四球机上进行的，最大负荷为800千克力。实验条件为:在室温条件下，转速为1450r/min，每次试验时间105min。试验后用装有测微计的读数显微镜测量油盒内钢球的磨痕直径，按照国家标准GB3142-82的实验标准测定润滑油的最大无卡咬负荷P0值，一般一个油品需要经过几次重复测试才能测出它的P0值。
4.1.2 四球摩擦磨损试验机的工作原理
四球机使用最广，主要用于评价润滑材料及其添加剂性能:具有用油量少，费用节省等优点。它采用四个直径为12.7mm的二级精度钢球，其中下面三个钢球浸没在试油中，并卡紧在油杯中保持不动，上面一个钢球夹紧在轴上，由电动机驱动旋转。通过液压加载使上球和下球相互扣紧，并做相对滑动，试验方法参见国标GB/T12583-1998。通过四球机试验可以测定润滑油的摩擦系数、承载能力以及钢球的磨损量。在四球机试验中，球的磨损和载荷的关系大致如图所示。轻载时，磨损随着载荷的增大而缓慢的加大，在这一阶段中，摩擦副表面保持着较完整的油膜;当载荷增大到P0时，磨损量急剧上升，称为最大无卡咬负荷。润滑油的P0值愈大，其油膜强度愈高;继续增大载荷达到P0时，由于摩擦热和新生表面的活性，激发油中的EP剂与金属发生化学反应，生成反应膜，磨损又趋缓和载荷加大到P0时，温度骤然上升，使球的接触表面发生焊接咬死，故P0称为烧结负荷，P0值愈大，则油的极压性愈好。
4.2 硼酸酯BN4的摩擦特性
取一定量的硼酸酯BN4加入到32号基础油中，在四球试验机上测试其磨斑直径(WSD)，测试结果如表4.1所示。再更具根据表4.1中数据作图4.1。
表4.1 硼酸酯的磨斑直径测试结果
添加剂(wt%) 磨斑直径D196N 30min(mm)
无添加剂 0.52
1.0% 0.44
1.5% 0.41
2.0% 0.37
2.5% 0.33
3.5% 0.28
图4.1 磨斑直径与基础油中硼酸酯的质量百分含量的关系图
由添加剂含量与磨斑直径关系图可以看出，随着添加剂含量的增加，磨斑直径减小，且趋势较大，减磨效果突出。当添加剂含量增加到1.5%之后，磨斑直径的减小趋势减缓。推测其原因，可能是因为过量的添加剂在摩擦运动中团聚成交大颗粒，颗粒大于表面凹陷。因此，从性能及经济两方面出权衡，当硼酸酯的质量百分含量为1.5%时，磨斑直径D196N 30min为0.41，润滑油的减磨效率最高。
4.3 各种基础油加入添加剂后PB(N)值
各种基础油加入添加剂之后，用四球机测定其摩擦后的PB(N)值。测定结果如下：
表4.2 各种基础油以及加入1.5%硼酸酯添加剂后的PB(N)值
基础油 1.5%硼酸酯 T202
32#基础油 765 866 898
图4.2 PB(N)值与所用基础油的关系图
由图4.2可以看出，在32号基础油中加入T202后，PB值最大。加入基础油的32号基础油PB值是三者当中最小的。当加入1.5%硼酸酯后，PB值稍有增大，但没有T202的增幅大。原因是在摩擦面的高温部分，添加剂与金属反应生成融点低的金属化合物，并且在金属表面形成牢固的吸附膜，防止了摩擦表面的直接接触。而T202与金属表面形成的油膜强度更大。