浅谈润滑油中的平衡

　　润滑油企业的销售人员常常被终端用户的某些特殊要求所困惑，诸如机油亮红灯、油品使用过程中变黑、油品四球试验的烧结负荷要达到某某值，等等，不一而足。实际上，要解释或者解决这类令人棘手的问题，还得要归结到润滑油的最基本功能上来。

　　再次提一下我们耳熟能详的概念：润滑油的功能，包括润滑、冷却、防锈、清洁、密封和缓冲。润滑，最主要的目的就是减少摩擦，所谓润滑剂，简单地说，就是介于两个相对运动的物体之间，具有减少两个物体因接触而产生摩擦的功能者。

　　笼统地说，润滑油品之所以能起润滑作用，就是在摩擦副之间有所谓的“油膜”的存在，而真正能用科学的语言把油膜这个概念解释清楚，却是很难的一件事。在润滑油品的分类中，大家都知道三大润滑油品，内燃机油、液压油和齿轮油，就油品在运行中的摩擦副之间所受的剪切速率来看，如果内燃机油是10exp4/sec的数量级，液压油和齿轮油则分别在10exp6/sec和10exp8/sec的水平。不难看出，从摩擦磨损的苛刻程度言，由小到大的顺序是内燃机油→液压油→齿轮油，由此也就有了非极压性油品和极压性油品的区分和说法，无疑，我们将内燃机油归于非极压性油品中，而齿轮油则是典型的极压性油品。

　　任何类型的润滑油产品，一个最基本的原则，首先是它的抗氧化性能必须好，这包括其氧化安定性和热安定性两个方面的意思。抗氧化能力差，随之会带来一系列的负面作用：油品老化速度加快，粘度升高或降低，添加剂分解而失去作用，出现油泥和积碳，设备的运行温度升高，等等。解决油品的抗氧化能力，基础油的选用自然十分重要，在基础油选定以后，则与抗氧剂的选用有关了。目前我们常用的抗氧剂，不论是高温还是低温抗氧剂，只是一个相对而言的区分，但它们的抗氧化机理，就目前认识的理论水平，也还是自由基链反应的起始阻止和反应终止理论（有兴趣的同仁可参看相关书籍）。氧化剂（如空气中的氧）是氧化反应的始作俑者，催化剂（如因为磨损而存在于油中的金属屑）则降低氧化反应的能垒，高温却是加速氧化反应的动能。如果只是一味地增加抗氧剂的用量，当然对油品的抗氧化能力有益，可是，抗氧剂中的自由基氧化反应的终止剂，不论是氧自由基（-O·）还是氮自由基（-N·），都属于亲电子活性基团，它必然与金属表层中的游离离子有亲和作用而与其它添加剂产生在摩擦表面的吸附竞争，从而减弱诸如抗磨添加剂等其它添加剂的功能，反而得不偿失。

　　仅此在抗氧化剂的使用上之一例，便可以看出，油品的一个完整配方，并不是某一添加剂使用的越多越好，换句话说，突出一点，便无法顾及全体，即所谓的平衡。好在我们的传统文化之儒家学说，也讲究“中庸之道”，想必诸位当能接受润滑油配方的平衡体系之说。

　　笼统一些说，润滑油中的添加剂，包括抗氧剂、金属减活剂和防锈剂，都可以归为腐蚀抑制剂一类。抗氧剂，是最主要的一大类润滑油添加剂，其作用机理与通常意义下的防锈剂不甚相同，在此不予赘述，以后会单独讨论；金属减活剂，概而言之，主要是通过其螯合能力，捕获系统中成相对自由状态的金属离子，使系统中复杂的化学反应的催化剂相应减少，而起到减缓油品老化的速度，这也是另外的话题。

　　传统的润滑油防锈剂，择其重要的品种，大致有如下几类：①动植物油脂，②羧酸和多元羧酸，③石油磺酸盐，④多元醇脂肪酸酯，⑤有机胺及其盐，⑥烷基苯磺酸盐等等。从防锈剂分子结构的特点来看，许多教科书和专著中多称是一些极性物质。以我的观点，此表达不够准确或有瑕疵，试想，一个很长的烷基链（比如多达二十几个碳原子的烷基链），只在一端有一个小的极性基团相连，它能有多大的极性？再说，极性分子，用什么来定义一个极性分子？是偶极矩？是电离倾向？亦或是其它？所以，以我的观点，毋宁说防锈剂是各种表面活性剂在润滑油中的别称！

　　老生常谈，各种添加剂包括腐蚀抑制剂，在起作用的初始阶段，都离不开其在金属表面的吸附包括物理吸附和化学吸附，或者二者兼有。各种吸附的原理，不论是多余的配价电子对，还是氢键，还是化学成盐等等，这些知识超出了我们要讨论的范围，各位如有兴趣，可参考相应的表面（界面）化学相关书籍。多说一句，国内表面化学的经典圭臬，是傅鹰老先生的《胶体化学》，其后几十年虽表面化学突飞猛进，但未曾跳出其窠臼，况且，该书所涵盖，已足够我们润滑油行业使用。

　　羧酸型的防锈剂，比如烯基丁二酸，长链脂肪酸，由于其羧基的所谓“极性”，会在金属表面形成紧密的单分子或多分子保护层，它与金属成盐而牢固地吸附在金属表面，是典型的化学吸附。成盐反应，便是发生了化学反应，这必然会破坏金属表面故有的状态，换句话说，是金属另一种形式的被腐蚀，那么问题来了：既然是破坏，怎能说是保护？

　　极压抗磨剂有吸附，腐蚀抑制剂也有吸附，自然有强弱之分，先后之别，几句话还真说不清楚这复杂的过程及原理。但是，我们只需知道，极压抗磨剂的吸附和腐蚀，最终会导致在金属表面形成很多个电化学中所谓的微电池，任其发展，会逐渐将金属腐蚀殆尽，而腐蚀抑制剂的吸附和反应，会形成一个紧密的“膜”，防止水、氧和腐蚀性物质接触金属表面而起到保护作用，这就够了。所以，极压抗磨剂与腐蚀抑制剂，是极压性油品配方的一个主要矛盾，如何平衡？目前来看，只能通过各种实验数据决定，剂量的多少，比例如何，以目前的技术水平，还没有一个完美的理论可以有指导作用！在摩擦学中，有一个“腐蚀膜保护”的概念，当可启发我们从业者“平衡”的思维方式。

　　来源：惠华石油添加剂

　　作者：李云鹏，石油化工科学研究院，教授、高工、研究生导师，1987年南开大学研究生毕业后入职石科院，从事润滑油品及添加剂的研发工作近30年，在国内外学术期刊发表论文70余篇，发明专利15项，所主导研发产品获部级科技一等奖一次，其他奖项若干。

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