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《光谱学/2018年/文章

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体积 2018年 |文章的ID 2576896 | https://doi.org/10.1155/2018/2576896

鑫,Jian-Qiang胡,冯谢,李郭,马骏,Shi-Zhao杨, ”协同抗磨性能的有机钛化合物含硫硼酸酯添加剂”,《光谱学, 卷。2018年, 文章的ID2576896, 9 页面, 2018年。 https://doi.org/10.1155/2018/2576896

协同抗磨性能的有机钛化合物含硫硼酸酯添加剂

鑫徐,1 Jian-Qiang胡,1 冯谢,1 李郭,1 马骏,1 和 Shi-Zhao杨1

1航空油和材料,空军后勤学院,徐州、中国

学术编辑器:萨尔瓦多Magazu
收到了 2018年6月25日
接受 2018年9月27日
发表 2018年11月01

文摘

两种油溶性有机钛化合物的各位如钛dialkyldithiocarbamate (TiDDC)和硫化的钛酸(TiS)合成,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)。TiDDC的抗磨和极压性能或者是含氮硼酸酯(BNO)添加剂在矿物基础油由四球试验机进行评估。结果表明,TiDDC TiS不仅具有良好的抗磨和负载特性,分别,但也与BNO添加剂具有良好的抗磨协同作用而不损害极压性能。此外,说添加剂的协同抗磨性能明显改善下最优添加剂比率。穿疤痕和地形的典型元素的组成和化学状态分析了摩擦表面的扫描电子显微镜(SEM)和能量色散x射线(EDX)和x射线光电子能谱仪(XPS)。提出了协同抗磨机理涉及TiDDC或者是一个有效的互动和BNO添加剂,分别。

1。介绍

在润滑领域,它们以二烃基二硫代磷酸锌(ZDDP)被广泛用作多功能润滑油添加剂具有良好的抗磨和抗氧化性能在引擎油(1- - - - - -5]。然而,ZDDP的磷的存在会导致催化剂中毒,从而缩短使用寿命的催化转化器6,7]。此外,锌元素的存在有利于微粒排放的废气(8]。引擎油降低磷含量的需求已迫使石油供应商改善润滑油添加剂的配方(9,10]。此外,国际润滑油标准化和批准委员会(ILSAC)提供GF-5的绩效标准,0.08%最大的极限。在完成的引擎油,磷,提高燃油经济性、环境保护、和排放系统的兼容性11- - - - - -13]。它是可取的部分或完全替代与其他润滑剂ZDDP添加剂没有减少制定引擎油的性能。

有机钛化合物(PFTCs)作为润滑油添加剂能够提高抗磨、抗氧化、小说降低边界润滑机制的性能和改善发动机的燃油经济性油(14- - - - - -17]。

所需的润滑剂的功能是通过适当的平衡不同的润滑添加剂(18]。调查的协同效应,可以优化添加剂的成分和扩大领域的应用软件包的科学和实际利益19- - - - - -21]。在目前的研究中,协同抗磨和承载特性的含氮硼酸酯(BNO)与钛dialkyldithiocarbamate (TiDDC)或硫化的钛酸(TiS),分别进行调查,随后开发结果的发展协同抗磨添加剂组合了。

2。实验

2.1。石油样品和添加剂

有机含氮硼酸酯添加剂(BNO)从范德比尔特公司购买;和钛dialkyldithiocarbamate (TiDDC)和硫化的钛酸(TiS)在实验室里合成。调查中使用的所有添加剂的浓度在按重量百分比表示如果没有否则。模型添加剂在不同比例重,混合,溶解在150 SN矿物基础油粘度5.1毫米2在100°C / s。

2.2。描述TiDDC和这

TiDDC的结构,这被证实通过傅里叶变换红外光谱(FTIR) PerkinElmer两个红外光谱仪器。- h伸缩振动吸收带的3400厘米−1在TiDDC观察。碳氮的弯曲振动吸收带1513厘米−1在TiDDC观察,证实了仲胺化合物的形成。非对称和对称伸缩振动吸收带的碳氢键被观察到2965和2902厘米−1分别表示甲基的存在的产品。伸缩振动吸收带的C = S和C都检测到1125厘米−1和967厘米−1分别的伸缩振动吸收带Ti-S检测在521厘米−1,确认TiDDC的主要官能团。

相同的碳氢键乐队在2929年和2872年观察到厘米−1在这,这是亚甲基的特征峰。伸缩振动吸收带的C = O和切断被检测到1740厘米−1和1068厘米−1,分别。此外,碳碳键的吸收带是发现在826厘米−1的伸缩振动吸收带Ti-S检测在603厘米−1,这证实了这的主要官能团。

2.3。摩擦学的测试

摩擦学性能的150 SN油含添加剂的评估四球试验机的转速1450转,室温20°C。测试中使用的球是由GCr15轴承钢(AISI 52100)的直径12.7毫米的HRC 59 - 61。球都是超声与石油醚冲洗10分钟之前的实验。

油的抗磨性能进行评估下负载分别为392、490和588 N,分别根据ASTM d4172 60分钟- 82,他们的特点是平均直径(WSD)穿的疤痕。光学显微镜是用来确定磨损痕直径的三个低球准确的读到0.01毫米。然后,三个穿疤痕直径的平均值计算,认为穿疤痕直径摘要报告。

油被认为是最大的承载能力nonseizure负载( 值)和焊接负载( 值),这是评价一个简短的极端压力测试(10)根据ASTM d2783 - 88。

2.4。表面分析

摩擦表面的化学状态的旧伤疤了用x射线光电子能谱仪(XPS),这是使用φ- 6100静电计进行。辐射源是Mg Kα与传递的能量29.35 eV。结合能都是相对于碳的参考标准284.6 eV。概要文件和元素分布的旧伤疤获得使用csm - 950扫描电镜(SEM)和能量色散x射线(EDX)分析。特别关注元素的原子浓度的旧伤疤的钢珠。XPS和SEM分析之前,所有样品都是用石油醚和正己烷超声冲洗10分钟。

3所示。结果与讨论

3.1。的抗磨和承载特性与TiDDC BNO矿物油

为了限制引擎油磷含量,作者选择钛dibutyldithiocarbamates (TiDDC)取代,它们以二烃基二硫代磷酸锌(ZDDP)。TiDDC和有机硼酸酯(BNO)被添加到150 SN基础油在不同比例;磨损痕直径(WSD)球由不同的油润滑配方在不同负载下被发表在表1。这表明TiDDC和BNO添加剂都表现出更好的抗磨性能比基础油在每个实验负载,和TiDDC比ZDDP的抗磨性能在同等条件下。当TiDDC结合不,包的总浓度不变,他们在油具有良好的抗磨性能。尤其是在英国国民的浓度低于或等于TiDDC在基础油中,他们表现出良好的抗磨协同作用。例如,0.25%的混合物BNO TiDDC展示最好的抗磨协同作用,为0.75%,混合0.5% BNO 1.0%更好。
样品 穿疤痕直径,毫米
392牛 490牛 588牛
150 SN 0.63 1.12 失败
+ 1.0%不 0.49 0.69 失败
+ 2.0%不 0.47 0.72 1.18
+ 1.0% TiDDC 0.52 0.62 1.09
+ 2.0% TiDDC 0.51 0.64 1.04
+ 1.0% ZDDP 0.51 0.71 1.21
BNO TiDDC + 1.0% + 1.0% 0.39 0.46 0.97
BNO TiDDC + 0.25% + 0.75% 0.42 0.52 0.78
BNO TiDDC + 0.5% + 0.5% 0.40 0.49 0.75
BNO TiDDC + 0.75% + 0.25% 0.39 0.44 0.51
BNO TiDDC + 1.0% + 0.5% 0.38 0.46 0.50
表1
抗磨性能TiDDC和英国国民。

的 和 油的值包含不同的添加剂进行了总结在表2;结果表明,TiDDC和不可能提高负载属性(增强 和 150 SN基础油的值),分别和极端压力TiDDC比英国国民的属性。恒定总浓度的添加剂,BNO TiDDC也可以改善的结合 和 的价值观基础油与相同剂量的TiDDC进行比较。
样品 最大nonseizure载荷 ,N 焊接负载 ,N
150 SN 392年 1236年
+ 1.0%不 647年 1569年
+ 1.0% TiDDC 745年 1961年
BNO TiDDC + 1.0% + 1.0% 862年 1961年
BNO TiDDC + 0.25% + 0.75% 696年 1569年
BNO TiDDC + 0.5% + 0.5% 745年 1569年
BNO TiDDC + 0.75% + 0.25% 745年 1569年
BNO TiDDC + 1.0% + 0.5% 804年 1961年
表2
负载TiDDC和英国国民的属性。

为了调查抗磨TiDDC之间合作和不,球的磨损表面润滑TiDDC 150 SN油含有1.0%和0.5%不被XPS分析,SEM和EDX。B的结合能1N1阿,1、铁2 p,年代2 p和钛2 p磨损表面的XPS谱在490 N和主要的化合物是总结表3,我们可以得出结论,钛氧化物,硫化物,N-containing化合物,和铁氧化物在磨损表面形成tribostressed过程。
化合物 结合能,电动汽车
B1 N1 O1 菲2 p 年代2 p “透明国际”2 p
Tribostressed样本
+ 0.5% TiDDC BNO + 1.0% 190.3 400.1 529.9 710.8 160.7 458.5
参考化合物
N-containing化合物 399.8
菲斯 710.8 161.6
菲2O3 529.6 710.9
TiO2 529.7 458.3
表3
磨损表面的结合能的元素和主要化合物。

穿伤疤的概要文件和元素分布在392 N, 490和588 N数据所示1(一)- - - - - -1 (e)和数字2(一个)- - - - - -2 (c),元素的原子浓度穿伤疤是列在表中4。作为显示在图1球的磨损表面润滑,油150 SN TiDDC包含1.0%和0.5% BNO比穿光滑表面的油只包含TiDDC 2.0%或2.0%的负荷下不588 N,在每个负载和旧伤疤的面积小于TiDDC或不。此外,放大显微图(×1500)确认挠磨损表面疤痕由特定油润滑。特别是穿疤痕润滑的摩擦表面BNO或者只TiDDC已经破碎的不同程度的负载。然而,摩擦磨损表面疤痕润滑的油含有与TiDDC BNO制服和平滑在每个负载,这导致了厚膜润滑的发展引起的沉积速率快的磨损率比电影。虽然单个组件,磨损率比沉积速率快,润滑膜更薄。因此,磨损表面的SEM分析也证实了TiDDC的协同效应与BNO添加剂的抗磨性能。

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(一)
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(b)
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(c)
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(d)
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(e)
图1
SEM照片穿的疤痕在不同负载下由不同的油润滑:(a)油含有TiDDC BNO 392 N;(b)油含有TiDDC BNO 490 N;(c)油含有TiDDC BNO 588 N;(d)油含有TiDDC在588 N;(e)油含有BNO在588 N。
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(一)
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(b)
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(c)
图2
EDX光谱在不同负载下穿疤痕:(a) 392 N;(b) 490 N;(c) 588 N。
分析区域 C 年代 Cr 菲 “透明国际”
穿的疤痕在392 N 2.624 4.342 1.321 90.078 1.635
穿的疤痕在490 N 0.558 2.590 1.740 93.150 1.418
穿的疤痕在588 N 0.793 1.521 1.420 95.289 0.977
表4
元素的原子浓度(%)穿着由EDX疤痕。

表中的数据4从数据获得2(一个)- - - - - -2 (c)使用一个计算机程序和规范化100对于所有给定的成分。发现Ti的内容和S磨损表面原子与负载的增加减少。这些变化表明,负载的增加会导致磨损率大于形成润滑膜的速率,从而导致的减少和Ti内容,这是与增加WSD一致。尽管TiDDC添加剂包含复杂的年代和Ti含量高于TiDDC BNO添加剂,Ti在穿疤痕的内容从油含有1.0% TiDDC在490 N小于的复杂;Ti的原子浓度是在图0.7563。这些观察表明,钛氧化物在磨损表面形成起着重要的作用在提高润滑油的抗磨性能。


图3
EDX光谱磨损伤痕TiDDC 1.0%低于490 N。
3.2。的抗磨和承载特性与BNO矿物油

硫化的钛酸(TiS)和有机硼酸酯(BNO)添加到150 SN基础油,和穿疤痕直径(WSD)的测试球表中列出5。我们可以清楚地看到,这比基础油或BNO添加剂具有更好的抗磨性能在每个实验负载,和英国国民的抗磨性能比是在相同的条件。此外,没有发生明显的变化,随着添加剂浓度的增加。结合BNO TiS时,润滑油的抗磨性能在不同程度与增强每个孤单。例如,在恒定总浓度的添加剂包,油含有0.75%的WSD TiS和0.25%不低于油含有这1.0%或1.0%不孤单。油含有1.0%的WSD BNO有1.0%是不低于油含有2.0%或2.0%是孤独,由扫描电镜证实旧伤疤的照片中显示数据4(一)- - - - - -4 (d)。
样品 WSD,毫米
392牛 490牛 588牛
150 SN 0.63 1.12 失败
+ 1.0%不 0.49 0.69 失败
+ 2.0%不 0.47 0.72 1.18
+ 1.0%是 0.62 0.85 1.06
+ 2.0%是 0.61 0.86 0.98
+ 1.0% + 1.0%英国国民 0.33 0.71 0.92
+ 0.25% + 0.75%英国国民 0.44 0.94 1.56
+ 0.5% + 0.5%英国国民 0.47 0.68 1.67
+ 0.75% + 0.25%英国国民 0.43 0.51 0.83
+ 0.5% + 1.0%英国国民 0.37 0.86 1.12
表5
抗磨性能和英国国民。
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(一)
(b)”name=
(b)
(c)”name=
(c)
(d)”name=
(d)
图4
扫描电镜照片的旧伤疤润滑添加剂含有石油在不同负载下:(a)不与这392 N;(b)不与这490 N;(c) BNO在490 N;(d)是在490 N。

的 和 石油的值包含在表列出不同的添加剂6;结果显示,这和英国国民基础油都可以提高负载属性( 和 值),这比英国国民。当BNO结合TiS,添加剂包的总浓度不变, 和 值包含TiS, BNO增强的基础油在不同程度和相似的是相同的剂量。例如,石油的混合物含有0.75%是和0.25% BNO几乎相当于仅是1.0%,那么石油包含BNO是1.0%和1.0%。
样品 最大nonseizure载荷 ,N 焊接负载 ,N
150 SN 392年 1236年
+ 1.0%不 647年 1569年
+ 1.0%是 745年 1569年
+ 1.0% + 1.0%英国国民 921年 1961年
+ 0.25% + 0.75%英国国民 647年 1569年
+ 0.5% + 0.5%英国国民 647年 1569年
+ 0.75% + 0.25%英国国民 745年 1961年
+ 0.5% + 1.0%英国国民 862年 1569年
表6
承载能力与TiS BNO混合。

4所示。结论

(1)钛dibutyldithiocarbamates (TiDDC)作为润滑油添加剂具有比ZDDP更好的抗磨性能。尽管TiDDC BNO可能会影响他们的结合性能造成负面影响,英国国民的浓度低于TiDDC常数的剂量下,和良好的抗磨协同效应。(2)硫化的钛酸(TiS)作为润滑剂比ZDDP添加剂还具有更好的抗磨性能;当这是结合BNO在基础油中,他们表现出良好的协同抗磨性能。(3)即使上述小补充,将近一半的ZDDP磷可以实益取而代之的是少量的润滑油,硼和磷润滑油可能会删除与添加TiDDC英国国民。这些开放友好添加剂的配方包的机会,这值得更详细的研究的对象与特定的润滑油规格。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由资金补贴中国的国家自然科学基金(批准51575525)和江苏省自然科学基金(格兰特BK20151137, BK20161188)。摩擦学科学基金支持的项目也是摩擦学国家重点实验室(批准SKLTKF17B11)。

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