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润滑材料基础知识1 润滑剂的发展简史人类使用润滑剂的历史可以追溯到人类文明诞生的初期，很早人们就懂得使用动物脂肪和植物油作润滑剂，用来降低运输工具和机具的摩擦力，我国周朝中期（公元前1066～570年）就有关于使用润滑剂的记载直到1750～1850年的工业革命之前，润滑剂的作用仅仅限于降低摩擦和磨损1.1 矿物润滑油的发展随着石油开采历史的发展，在18世纪末和19世纪初，第一次出现了矿物油润滑剂产品早期的石油主要用来提炼照明用油——煤油，其他轻馏分和大量重油都未得到充分利用直到1876年俄罗斯建立了世界上第一座润滑油生产厂，开创了利用石油重油馏分制取润滑油的历史，但到了19世纪末，才真正形成了世界范围的矿物润滑油工业由于矿物润滑油原料来源广泛、价格便宜，很快就取代了动植物油而成为最主要的润滑剂二次世界大战后，随着机械、交通运输、冶金、电力、纺织、农林等各行各业的迅速发展，对润滑油的品种和质量不断地提出更新、更高的要求，如低温泵送性能、低温启动性能、对氧、热和光的稳定性能、对不同材料的抗腐蚀性能、以及清净性和抗磨性等，然而仅仅依靠石油的天然性能或调整加工工艺已经是越来越难以满足这些要求了。

因此从20世纪30年代人们开始研究开发各种润滑油改性添加剂，将这些添加剂调入加工好的矿物油中，使其性能得到极大改善添加剂的使用使润滑油的性能摆脱了受石油天然特性的影响，能够满足社会发展对润滑油越来越多的要求，可以说添加剂的应用标志着矿物润滑油发展的新阶段随着石油二次加工工艺的发展，使石油产品的种类结构和质量又得到了进一步的改进加氢处理工艺就是最近发展起来的二次加工工艺，使矿物基础油料在高温、高压和催化剂的作用下与氢发生反应，使非理想组分转化为理想组分，不饱和烃得到饱和，同时产品的分子结构还会发生相应的变化，因此加氢反应也称为加氢异构化反应矿物油经过加氢反应后，粘温性能得到了很大提高，外观也得到了有效改进，变得色浅（甚至无色）透明，进一步降低了凝点以及提高了氧化安定性等，因此采用加氢工艺可以用廉价劣质的原料生产出高质量的润滑油1.2 合成润滑剂的发展由于矿物油的高温氧化安定性和低温流动性较差，满足不了航空和军工等行业的发展要求，于是从20世纪30起人们开始了合成润滑剂的发展合成润滑剂就是用化学合成的方法制得的新型润滑剂1934年美国人首先合成了聚α烯烃合成油；1939年德国利用石蜡裂解得到的α烯烃生产出了聚α烯烃合成油；二战期间美国、德国竞相研究开发了聚醚类和酯类合成油，1949年至1953年，壳牌公司生产出了抗燃烧型的磷酸酯类合成液压油，用于飞机、工业设备和海军舰艇等。

与矿物油相比，合成润滑油具有优良的粘温特性和低温性能，良好的高温氧化安定性和润滑性能，能够满足矿物油不能满足的使用要求，但由于合成润滑油价格较高 ，目前主要用于航空、航天等领域的特殊润滑材料，但随着汽车工业的发展，合成油也越来越多地用于生产高档车用发动机油1.3 绿色环保型润滑剂的发展因机油的泄漏或废油的乱倒会造成环境的污染，还有食品加工机械使用矿物润滑油也容易造成食品的污染，因此应环保的要求，又有人提出了开发可生物分解的润滑油，这种润滑油主要采用植物油为基础油，如蓖麻油、桐油和棕榈油等，植物油可以被微生物分解掉，利于环境保护，因此也被称为绿色润滑油食品加工机械也有人提倡采用食用油为润滑油，或采用无污染的干性润滑，以避免对食品造成污染目前国内外对环保健康型润滑油产品的研究十分活跃但无论如何，矿物油具有无法比拟的经济性和实用性，而且来源容易，因此在没有特殊的情况下（如食品加工机械），绝大部分润滑油还是要采用矿物油调制，只要加强其营销和使用过程中的管理，并设法回收废油，就可以减少对环境造成的污染1.4 我国润滑剂的发展我国润滑油工业起步较晚，1949年全国润滑油脂产量不到40吨，所需润滑剂几乎全部依赖进口，润滑油工业基本上是一片空白。

但建国后50多年间，我国润滑油工业得到了飞快发展，1992年年生产能力达到270万吨，到1998年底超过500万吨，产量仅次于美国和前苏联，成为世界润滑油生产大国目前我国润滑油主要由中国石油和中国石化两大集团生产，基础油原料基本由这两大集团公司提供，所需添加剂大部分由中国石油生产提供中国石油润滑油产量占国内总产量的2/3，是国内最大的润滑油生产企业另外还有许多民营企业与合资企业，润滑油品牌众多，竞争激烈虽然润滑油品牌和生产企业众多，但大部分都是调和企业，规模小，基础油原料和添加剂需要外购，缺乏资源优势与技术优势，随着工业的不断发展和竞争的持续，相当多的小规模润滑油生产企业将被淘汰在众多的品牌当中，中国石化主要拥有“长城”、“南海”和“海牌”；进口油品的品牌主要有“美孚”、“壳牌”、“埃索”、“加德士”和“BP”等；“统一”是最大的民营润滑油生产企业；中国石油拥有“飞天”、“七星”、“大庆”、“天山”和“翼龙”等品牌，目前经过改革重组后又推出了代表整个集团公司的新品牌——“昆仑”2 摩擦与润滑原理2.1 摩擦当两个紧密接触的物体沿着它们接触面做相对运动时会产生一种阻力，这种阻力就是摩擦力，这种现象就是摩擦。

两个相互接触的摩擦表面称为摩擦副，任何机械的运动都是靠各种摩擦副的相对运动实现的，因此摩擦的产生是难免的摩擦会造成能量的损失、运动部件的发热、磨损甚至失效因此必须设法减少摩擦，才能保证机械的正常运转机械发生相对运动的部位虽然都是经过加工的光滑表面，但实际上无论加工如何精密，摩擦副表面都不可能绝对光滑，在显微镜下观察都是高低起伏、凹凸不平的，因此当两个运动部件接触时，接触表面必然会处于一种犬牙交错的状态当两个接触表面作相对运动时，表面上突起部分就会互相碰撞和“梨削”表面，从而产生运动的阻碍，只有给予足够的动力才能克服这种相对运动阻碍2.2 润滑在各摩擦副接触表面之间加入润滑剂，在摩擦面之间形成润滑膜，将原来直接接触的干摩擦表面分开，变干摩擦为润滑剂分子间的摩擦，从而减少摩擦、降低磨损，延长机械设备的使用寿命，这种技术就是润滑2.2.1 润滑剂的作用除了降低摩擦、减少磨损，润滑剂还具有以下其它几方面的作用1）冷却降温通过润滑油的循环可以将摩擦产生的热量带走，以防机械在运转过程中造成温度上升；（2）传递作用力某些润滑油如液压油，可以作为动力的传递介质传递机械能量；（3）清洗作用随着润滑油的循环流动可以把摩擦表面的污染物、磨损颗粒等杂质带走，再经过滤器滤除，从而有效地保护摩擦表面，避免因磨粒等杂质的产生对机械造成的异常磨损；（4）密封作用。

如在车用发动机汽缸内，润滑油可以在活塞与气缸壁之间形成一层油膜，使气缸内保持密封状态；（5）减震作用润滑油能够吸收冲击振动产生的机械能，从而起到缓冲、减震作用；（6）防腐防锈作用润滑剂覆盖在金属表面可以隔绝空气、水分和其它腐蚀性物质，从而防止金属的腐蚀生锈；（7）绝缘作用矿物油有很高的电阻，可以作为变压器油、开关油等电器绝缘用油2.2.2 摩擦润滑的状态（1）干摩擦相互接触的摩擦副之间没有任何润滑剂的摩擦；（2）流体润滑也称流体摩擦，两摩擦面之间加有液体润滑剂，形成润滑油膜，当膜的厚度达到一定程度时，两摩擦面完全分开，变干摩擦为润滑油流体的内摩擦，这种摩擦润滑状态称为流体润滑或流体摩擦，也是最理想的润滑状态；（3）边界润滑也称边界摩擦，当摩擦表面接近到一定程度，摩擦表面之间不能形成流体润滑时，只能依靠在摩擦表面形成的边界膜来起润滑作用，这种状态就称为边界润滑或边界摩擦边界膜是润滑剂极性分子吸附在摩擦表面形成的，根据吸附情况分为物理吸附和化学吸附润滑剂分子依靠范德华作用力（即分子间吸引力）在金属表面形成的吸附为物理吸附，依靠化学键作用力（即润滑剂与金属表面发生化学反应）形成的吸附为化学吸附。

在实际润滑过程中，这三种状态是同时存在的，设备的润滑状态与润滑油的粘度、温度、化学活性以及设备的转速、负荷是密切相关的因此一定要根据设备的实际情况选择合适的润滑剂3 润滑剂的组成一般来讲，润滑油是由基础油和功能添加剂组成的以下将分别介绍基础油与添加剂的来源、种类与使用情况3.1 基础油原料基础油原料主要有矿物油、合成油及动植物油脂类，因矿物油产量大、价格便宜，而且来源容易，使润滑油最主要的基础油原料，矿物油基础油的制备工艺及分类方法如下所述：3.1.1 矿物基础油的加工制备原油经脱盐、脱水、脱泥沙，进入加热炉加热，然后再进入常压分馏塔分馏，重油再进入减压塔减压蒸馏，各馏分段和减压渣油就可以作为基础油原料减压馏分段再进一步进行溶剂精制、溶剂脱蜡和补充精制，得到可以使用的基础油组分，这种工艺称为“老三套工艺”减压渣油需要先经过溶剂脱沥青，然后再进行溶剂精制、溶剂脱蜡和补充精制，得到高粘度的基础油料1）溶剂精制是利用溶剂的选择性溶解将馏分中的含硫、氮、氧化合物以及胶质溶解抽出，这些被抽出的物质称为抽出油溶剂通常采用糠醛、苯酚和甲基吡咯烷酮根据油品的质量要求，可分为普通精制和深度精制2）溶剂脱蜡苯或甲苯与酮（丙酮或丁酮）的混合溶剂在低温条件能够使蜡结晶析出，利用这个原理可将蜡脱去。

根据油品的使用要求，又可分为一般脱蜡和深度脱蜡3）溶剂脱沥青沥青质基本集中在减压渣油组分中，利用液态的丙烷或丁烷在低温条件下不溶解沥青质的特性将沥青脱去4）补充精制经以上工艺处理后，各馏分中仍含有少量的胶质、沥青质、有机酸、硫化物、氮化物和水分等，影响油品颜色和外观，还不能满足油品的使用要求，需要进行进一步的精制补充精制有以下几种：酸精制：也称酸处理利用浓硫酸与非烃化合物反应，但该项工艺腐蚀设备，酸渣处理困难，易造成环境的污染，已逐步被替代；白土精制：白土是一种多孔性物质，有很大的孔表面，具有很大的吸附能力，可将有害物质吸附除去加氢补充精制：在缓和的条件下进行加氢反应，以化学方式将硫、氧、氮化合物反应除去，同时使不饱和键饱和5）加氢处理工艺一般的矿物润滑油基础油的生产需要经过溶剂精制、脱蜡和补充精制三道加工工序（残渣油要先脱沥青），即“老三套工艺”，因此也被称为“老三套基础油”老三套工艺是通过物理分离模式将基础油中德非理想组分除去，不能改变油中既有的烃化合物结构，而且基础油的性质大大依赖于原油性质随着润滑油质量的升级换代，老三套工艺生产的基础油越来越难以满足调制高档润滑油的需求润滑油加氢处理则是近来新发展起来的临氢转化工艺，主要用来改善矿物基础油料的粘温性能，与加氢补充精制所不同的是，条件苛刻，温度、压力都很高，可使润滑油分子结构发生改变，并除去硫、磷、氮等元素，使基础油的粘度指数、倾点和外观都得到了很好的改进，从而改变了基础油的性能。

这种工艺可使用劣质原料生产高质量的基础油而且还具有收率高、产品质量好，不受原料限制等优点，但缺点是光安定性差，而且对添加剂的溶解性也较差3.1.2 基础油的分类以前根据原油的性质和加工工艺，基础油可分为石蜡基油SN，中间基油ZN和环烷基油DN，根据馏分段又可分为馏分油和残渣油，其代号见表1表1 原润滑油基础油分类基础油类别石蜡基中间基环烷基馏分油残渣油SNBSZNZNZDNDNZ原润滑油基础油的分类方法无法体现基础油粘度指数的变化，品种代号的命名方式不统一，且不具备与国外的通用性还有厂家根据原油的切割馏分及加工工艺对基础油进行分类，如常压三线、减压一线、减压二线、减压三线、减压四线和残渣油等，这些分类都不规范为了统一基础油的分类标准，便于与国外交流，目前通用粘度指数来划分基础油国外主要有美国石油学会API的分类方法标准，如表2所示还有壳牌、埃索等大石油公司的分类方法标准，如表3所示表2 API基础油。