【摘 要】
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煤炭液化作为我国重要的战略储备项目,在减轻我国能源危机和发展清洁产品方面具有重要意义。其中煤制基础油因同时具有异构烷烃含量高、无硫无氮无芳烃、黏度指数高、倾点低和经济效益好的特点而成为高端润滑油基础油的最佳选择。因此研究不同添加剂在煤制基础油中的摩擦学性能,选择最佳的添加剂种类和比例是调配高端煤制汽油机油的基础。本文选用了20%煤制基础油4#+75%煤制基础油6#+5%多元醇酯作为汽油机油基础油。
【基金项目】
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宁夏回族自治区重点研发计划项目“煤基高端润滑油基础油关键技术研究与示范”(2018BDE02057);
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煤炭液化作为我国重要的战略储备项目,在减轻我国能源危机和发展清洁产品方面具有重要意义。其中煤制基础油因同时具有异构烷烃含量高、无硫无氮无芳烃、黏度指数高、倾点低和经济效益好的特点而成为高端润滑油基础油的最佳选择。因此研究不同添加剂在煤制基础油中的摩擦学性能,选择最佳的添加剂种类和比例是调配高端煤制汽油机油的基础。本文选用了20%煤制基础油4#+75%煤制基础油6#+5%多元醇酯作为汽油机油基础油。选择了发动机常用极压抗磨剂二烷基二硫代磷酸锌(T203)、环保型极压抗磨剂硼酸酯(VL289)、抗磨剂二烷基二硫代氨基甲酸钼(S-525)和钼胺络合物(Molyvan855)以及极压剂二烷基硫代氨基甲酸酯(VL7723)。通过四球摩擦磨损试验机、扫描电镜(SEM)和能量色散X射线能谱仪(EDS)来探讨煤制基础油和添加剂之间的极压性能、抗磨性能以及不同添加剂之间协同作用和对抗作用机理。结果如下:(1)T203和VL289在煤制基础油中均具有较好的极压性能和抗磨性能,最佳添加比例均为0.8%,对煤制基础油最大无卡咬负荷(PB)的提升度分别为441%和312%;在392N负荷下,对煤制基础油的磨斑直径(WSD)分别减小了18%和19%。T203的摩擦表面主要由Fe、Zn、P和S元素组成,其中Zn和P元素形成的化合物是主要的抗磨物质。VL289的摩擦表面主要由Fe、B和O元素组成,表面并未检测到N元素,说明N元素并不以BN沉积物的形式存在,而是以有机胺的形式吸附在摩擦表面和B2O3、Fe2O3共同起到抗磨减摩的作用。(2)S-525和Molyvan855对煤制基础油的抗磨性能提升明显,在392N负荷下,最佳添加比例均为0.4%,对WSD的减小程度分别为23%和22%。S-525的摩擦表面元素主要有Fe、Mo和S,其中Mo和S元素在抗磨减摩过程中起到了关键性作用。VL7723对煤制基础油极压性能有较好的提升作用,当添加比例为5%时,最大提升度为218%,但对煤制基础油的抗磨性能有负面影响,摩擦表面主要由Fe、S和O元素组成,在煤制基础油中使用VL7723时,应注意其添加浓度不能过大,因为过高浓度的VL7723会增加摩擦表面Fe S的产生,从而加速表面磨损。(3)S-525对T203和VL289的煤制基础油均有较好的抗磨协同作用,最佳复配比例为0.8%T203/VL289+0.4%S-525,其中对T203的抗磨协同作用更好。通过元素分析发现,与T203的煤制基础油相比,T203+S-525的摩擦表面Mo和S元素含量增多,但Zn和P元素含量减少,说明当T203与S-525混合使用时,T203的主要作用是促进Mo S2的形成。VL7723对T203和VL289的煤制基础油极压性能有较好的提升作用,最佳复配比例为0.8%T203/VL289+0.4%VL7723,而对抗磨性能提升的最佳复配比例则为0.8%T203+0.2%VL7723和0.8%VL289+0.4%VL7723。VL7723对VL289抗磨感受性好的主要原因是VL289中不含有S元素,少量的VL7723的加入,S元素主要以Fe SO4物质存在,不会因为生成过多的Fe S和Fe S2物质而加速磨损。(4)T203和VL289之间存在较好的协同作用,当二者浓度相当时,对应的抗磨作用最好,说明在煤制基础油中VL289对T203有一定的替代作用,二者的复配能减少汽油机油中P和S元素的含量,最佳的复配比例为0.6%T203+0.2%VL289和0.4%T203+0.4%VL289,前者具有较好的极压性能,后者具有较好的抗磨性能。其协同作用原因与形成的摩擦膜结构以及保护膜中Fe SO4和Fe S的比例有关。S-525和VL7723分别加入到T203+VL289的煤制基础油中,对其抗磨性能和极压性能会有进一步的提升作用,主要原因与Mo S2在摩擦膜中的择优取向和硫酸盐物质在摩擦表面进一步生成有关。
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