耿 珊，魏 泰，张 岩，田成刚

（甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃 兰州 730050）

在机械部件的运转过程中，连接构件之间存在着摩擦磨损，这些摩擦磨损会消耗大量的能量，甚至导致设备受损。据统计，机械设备的故障有80%都是因为磨损而损坏，在这80%中有50%以上的原因都与润滑失效有关。

润滑油中的主要成分是基础油和添加剂。添加剂一般有功能性添加剂和非功能性添加剂。添加剂的使用可以更加符合工作需求。因此，添加剂对润滑油有着举足轻重的意义[1]。润滑油添加剂的开发、生产和使用，已经成为环境保护、节能减排、提高效益的重要经济战略。文章叙述了功能性添加剂、非功能性添加剂和其他新型添加剂，以便让读者了解添加剂性能、作用机理和用途[2-3]。

1 功能性添加剂

1.1 清净剂

1.1.1 清净剂介绍

清净剂一般有磺酸盐、水杨酸盐、酚盐和环烷酸盐。硫代磷酸盐目前已经被淘汰。因环烷酸盐清净性能较差，环烷酸盐在市面上较为少见，但是部分国外的油品生产厂家将环烷酸盐当作船用润滑油添加剂的重要成分。磺酸盐使用较为广泛，原因是磺酸盐高温清净性较好，单位质量总碱值较高，酸中和能力较好。除此之外，烷基酚盐相较于磺酸盐具有更强的分散能力，并且也具有较好的抗氧化性能[4]。

1.1.2 清净剂检测

在油品元素的检测项目中钙元素一般为清净剂元素的典型代表，一般清净剂的钙元素在检测时能多达1 000 μg/g。

1.1.3 清净剂的应用

清净剂因为没有抗氧化的能力，一般不单独使用，在内燃机所使用的润滑油和风机变速齿轮箱所使用的润滑油中都添加了清净剂。

1.1.4 清净剂的作用机理

清净剂一般是双性化合物，由亲水的极性集团与亲油的非极性集团组成，具有增溶作用，其增溶作用小于分散剂的增溶作用。结构决定性能，清净剂可以使原来不溶解的物质分散在介质内，其主要原因是清净剂与油中不溶于油的氧化缩合产物、胶质等形成胶团，使缩合产物的官能团失去活性。

清净剂的作用机理是正盐单分子吸附于固体表面，在金属表面形成保护膜。当油中存在污染颗粒时会形成胶团，使这些污染颗粒分散在油中且不沉积在一起，这样不会对油品和设备造成损害。清净剂作用机理如图1所示。

1.2 分散剂

1.2.1 分散剂介绍

分散剂主要功能为分散、抑制油泥、漆膜和淤渣等沉积物，使这些沉积物形成胶粒分散在油中。分散剂可以按有无金属元素分为有灰和无灰2种类型[5]，无灰分散剂的分散能力比有灰分散剂的能力好10倍左右。

1.2.2 分散剂作用机理

一些相对质量较大的表面活性物质组成了分散剂，其中含有亲油基、极性基和连接基。相较于清净剂，分散剂的分子结构大，其分散能力也强于清净剂。分散剂吸附在粒子表面从而使粒子分散在油中；有些分散剂也利用静电斥力作用在胶溶更大的粒子上，让粒子分散在油中，这种分散剂一般是相对分子质量较小，离子化极性较大的分散剂；还有些分散剂因为其较大的相对分子质量，在粒子之间形成较大较厚的隔离带，使粒子分散。

现今分散剂主要由琥珀酰亚胺组成，由曼尼奇碱烷基酚组成的情况较少。一般认为琥珀酰亚胺的热稳定性随着烷基自由基长度的增加而增加。因此，开发了新的添加剂，如s-5a-1300或s-5a-2300型等。最近，关于季铵盐配合物的添加剂有了一些新的发现。分散剂的代表物质及用途优点见表1。

表1 分散剂的代表物质及用途优点

1.3 抗氧化剂

1.3.1 抗氧化剂的介绍

润滑油氧化会形成一些醛类或羧酸类的副产物，这些副产物会导致油品结焦，最终导致设备构件在工作中的载荷和阻力变大，从而损坏设备构件。除此之外，在润滑油储存时也会受到光照、热的情况导致润滑油氧化。

1.3.2 抗氧化剂的作用机理

抑制氧化一般有2种途径，一是将过氧化自由基转化为稳定状态；二是破坏氢过氧化物。

受阻酚类为抗氧化添加剂的代表，目前使用的自由基终止链有3种类型：酚型、胺酚型和胺。胺基和酚类添加剂通常被称为初级抗氧化剂，因为，它们作用于氧化链的初始步骤，将自由基转化为非活性状态。抗氧化剂的作用机理及典型代表见表2。

表2 抗氧化剂的作用机理及典型代表

1.3.3 抗氧化剂的应用

抗氧化剂很少单独使用，在使用的过程中分为主抗氧化剂和副抗氧化剂。主抗氧化剂主要功能是终止油品的氧化反应链继续，一般主抗氧化剂是自由基终止剂型的抗氧化剂。副抗氧化剂主要是在主抗氧化剂存在的情况下，起到协同延缓油品氧化的速率，一般副抗氧化剂为烷基过氧化氢分解剂。

今后抗氧化剂趋向于复合抗氧化剂的研发，并且随着机械设备趋向高速、大功率的发展，抗氧化剂在高温工况的性能也需提高。除此之外，随着人们物质文明的发展，抗氧化剂的环境友好性也需要提高。关于二烷基二硫代磷酸锌的替代必然会成为研究者的研究热点，关于芳胺类添加剂具有毒性等问题也需要更好地解决。

1.4 极压抗磨剂

1.4.1 极压抗磨剂的介绍

极压抗磨剂的作用机理主要是润滑油抗磨添加剂吸附在金属表面形成保护膜，继而保护设备的表面不受磨损。极压抗磨剂的作用机理及典型代表见表3。

1.4.2 极压抗磨剂的应用

市面上较为广泛的是含磷的极压抗磨剂，在320号齿轮油中极压抗磨剂代表元素磷元素的含量基本在400～500 μg/g。

1.5 防锈剂

防锈剂的作用和抗磨剂的作用相类似，也是阻隔两金属表面的直接接触。防锈剂一般按结构分为磺酸盐、羧酸及羧酸衍生物、酯类、有机磷酸及盐类和有机胺及杂环化合物5大类[11]。防锈剂的作用机理及典型代表见表4。

表4 防锈剂的作用机理及典型代表

2 非功能性添加剂

2.1 黏度指数改进剂

黏度指数改进剂其实就是辅助提高油品的黏温性能。黏度改进剂的结构随着温度的变化而变化，温度升高，化合物膨胀，润滑油粘度增加，如图2所示。

图2 黏度指数改进剂随温度的变化图

高聚合物增稠添加剂的一个重要特性是其机械稳定性，因为长链分子在通过泵或通过各种压降区域时容易破裂，这也是开发黏度指数改进剂需要着重考虑的地方。

2.2 抗泡剂

润滑油在使用过程中，可能会因为齿轮的高转速、混入污染物、抗泡添加剂损耗或者一些高位压导致润滑油有过多的泡沫。

消除泡沫的方法主要有3种：

第1种为物理消泡剂，用升温降温的方式改变油膜的厚度和脆度，从而使泡沫消失。

第2种为物理方法，是用机械的方式，比如用压力的快速变化，促使油中的泡沫破碎。

第3种为化学抗泡法，添加和发泡物质反应的化学试剂，或者添加能够溶解发泡物质的溶剂，或者是添加抗泡剂。

抗泡添加剂不同种类的优缺点见表5。

表5 抗泡添加剂不同种类的优缺点

3 新材料添加剂

新型的润滑油添加剂有离子液、新型纤维素纳米晶体颗粒、石墨烯等材料[13]。

离子液因为具有较强的表面吸附能力，热稳定性，极低的挥发性能，成为了近几年研究的热点。用离子液作为润滑油添加剂时，润滑油表现出优异的耐磨性能[14]。

碳量子点由于其低毒、环保以及良好的可设计性等性能，被研究者广泛关注。碳量子点通常是球形和准球形纳米颗粒，直径小于10 nm，主要由碳核（非晶形、石墨化和部分石墨化结构)和表面基团(如含氧基团、有机小分子、聚合物以及离子液体及其衍生物）组成[15]。

Ma等[16]提出将铜（Ⅱ）氧化物纳米颗粒分散在机油中，分析了含水量和粘度值，研究了分散润滑剂的物理性能，发现铜（Ⅱ）氧化物纳米颗粒分散在机油中可以减少活塞板上的磨损和摩擦。

孙晓峰等[17]发现二聚酯改性的纳米金刚石作为润滑油添加剂具有优异的抗磨性能。

潘秋红和张锡凤[18]通过使用抗坏血酸作为还原剂，聚乙二醇（PEG-2000）作为改性剂和1-丁醇作为生长剂，通过油水界面生长方法制备油溶性Cu纳米颗粒，发现该油溶性Cu纳米颗粒长期分散在润滑油中可以降低油液的摩擦系数。

近几年，石墨烯因为良好的机械强度，抗氧化性，高导热性和优良的摩擦学性能成为了润滑油添加剂研究的热点。到目前为止，研究人员认为石墨烯和其他超分散“金刚石-石墨”添加剂可以形成多功能的单原子和多原子表面层，减小摩擦系数，防止机器部件磨损。

4 未来添加剂的发展趋势

润滑油添加剂需要的技术含量较高，添加剂的质量直接决定润滑油的功能特性。今后，润滑油必将向更加环保的方向发展，且润滑油添加剂技术将更先进。润滑油添加剂也将向复合添加剂方向发展。

润滑油添加剂未来研发建议考虑以下3个方面：

（1）新型设备的出现。新型的设备对润滑油的要求从出现方式到工作条件都将会有新的要求，所以进一步会影响添加剂研究的方向和思路。

（2）低碳环保的要求。油液对环境的影响，现在倡导低碳生活，排放的废气要符合标准，并且添加剂本身的毒性及对人类健康和环境的影响也令人关注。

（3）和基础油的油溶性。基础油的发展，添加剂需要满足和基础油的油溶性。不同来源的油、不同的烃含量等因素也会影响添加剂的性能，像不含芳烃的IV组油比石油具有更低的溶解能力。鉴于这种情况也需要新的添加剂。