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第 8 期 廖俊旭，等: 绿色含氮多功能润滑油添加剂的合成、表征及其润滑性能 ·1419·

体石蜡的 980 N 分别提高到 1568 N 和 1235 N。4 种 保护膜的剪切强度相差不大，因而摩擦系数差异不
添加剂的性能存在差异的原因可能是极压性能测试 大，而Ⅰ则形成了具有更低剪切强度的保护膜，因
时间仅 10 s，添加剂吸附在金属表面形成保护膜越 此含Ⅰ的油样的减摩性最好，其平均摩擦系数比液
快，则极压性能越好，4 种添加剂中，Ⅰ和Ⅳ具有 体石蜡小约 26% [25] 。
更大的极性，因此，更容易吸附在极性的金属表面， 2.7 钢球磨斑表面形貌及摩擦机理的初步探讨
从而在极短时间内形成更强的吸附膜，因此，Ⅰ和 磨斑表面形貌的 SEM 结果见图 6。由图 6 可以
Ⅳ具有更好的极压性能 [23] 。 看出，液体石蜡润滑下的钢球磨斑较深、直径较大，
2.6 添加剂的减摩性 磨痕宽而密，表明液体石蜡润滑不充分。含添加剂
液体石蜡润滑下的平均摩擦系数为 0.117，随着 的液体石蜡润滑下的钢球磨斑较浅、直径较小，磨
4 种添加剂的加入，油样的平均摩擦系数分别为 痕较为规整、数量减少，说明添加剂加入到液体石
0.086、0.099、0.094 和 0.093。这是由于添加剂在摩 蜡中起到了较好的抗磨效果。其中，含 1.0% Ⅰ、
擦副表面形成吸附膜和/或反应膜，而这种吸附膜和 Ⅲ和Ⅳ的液体石蜡润滑下的钢球磨斑直径小，磨痕
/或反应膜的剪切强度低于金属基体，因而使油样表 浅而细，说明Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的加入明显降低了体系的
现出较好的减摩性 [24] 。4 种添加剂在摩擦过程中形 磨损。含 1.0% Ⅳ的液体石蜡润滑下的钢球磨斑边
成的吸附膜和/或反应膜的剪切强度不同，从而使摩 缘可以观察到由活性元素 S 引起的点状腐蚀，表明
擦系数存在差异，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ在摩擦过程中形成的 在实际应用中，控制Ⅳ的添加量很有必要。

图 6 钢球磨斑表面形貌的 SEM 照片
Fig. 6 SEM images of the worn surfaces of the tested steel balls

表 2 为钢球磨斑表面的元素组成。可以看出， 表 2 磨斑表面元素组成的 EDS 分析结果
液体石蜡润滑下的钢球表面大部分是 Fe 元素，还含 Table 2 Element composition on the worn scar by EDS
有少量的 C、O、S、Cr 元素，含添加剂的液体石蜡 质量分数/%
样品
润滑下的钢球表面多出 N 元素，而且 O 和 S 两种元 C O N S Cr Fe
素的质量分数有所增加，这说明添加剂在摩擦过程 LP 1.05 2.54 — 0.43 1.67 94.31
中参与了摩擦化学反应。在摩擦过程中，添加剂通 LP+Ⅰ 1.25 7.34 3.88 0.53 0.99 86.21
过范德华力形成物理吸附膜或与金属表面发生电子 LP+Ⅱ 1.47 5.65 4.52 0.49 1.72 86.15
交换形成化学吸附膜，从而防止金属间的直接接触， LP+Ⅲ 1.53 5.44 4.25 0.57 1.79 86.42
可以有效减少磨损 [25] 。但随着摩擦的进行，摩擦副 LP+Ⅳ 1.65 5.63 4.74 4.25 1.13 82.60
表面温度升高，添加剂分子中 注：—表示未检测到。