攻克銹蝕難題

2016-08-12   來源：潤滑油情報(bào)

在整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，銹蝕是設(shè)備運(yùn)營商面臨的大難題之一。這種自然發(fā)生的現(xiàn)象會(huì)損害軸承、齒輪箱等設(shè)備的金屬表面，縮短機(jī)械和潤滑油的使用壽命。

然而，要研制有效的和具有成本效益含有防銹蝕添加劑的潤滑油，卻并非容易的事。

添加劑功能

在潤滑油行業(yè)中，防腐是重中之重。ASTM國際標(biāo)準(zhǔn)G193條（銹蝕相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語和縮寫詞）把銹蝕定義為“材料之間的化學(xué)或電化學(xué)銹蝕反應(yīng)，通常是金屬，由于環(huán)境影響促使材料及其性能改變。例如，一般的銹蝕蝕刻金屬表面和重塑的部分，而局部銹蝕則引發(fā)的微觀凹坑和針孔。

有各種各樣的銹蝕抑制劑可以對(duì)特定的金屬起到保護(hù)作用。銹是鐵及其合金的電化學(xué)氧化的共同名稱，防銹劑可延緩鐵金屬的銹蝕。生銹，是因?yàn)闈櫥�油、潤滑脂和金屬加工液�?jīng)常與鐵金屬接觸，而銹蝕是最具破壞性的。其他緩蝕劑保護(hù)有色金屬，如“黃色”金屬（銅及其合金）和鋁合金。大部分潤滑油配方中銹蝕抑制劑的含量約為0.1%或更低，而潤滑脂的含量約在0.5%到3%。

潤滑油、潤滑脂和金屬加工液的配方通常很少含有少于3種增強(qiáng)性能的添加劑。許多防銹和銹蝕抑制劑都是表面活性分子，它們吸附于金屬表面粘附在一層薄薄的膜層中，并保護(hù)金屬免受銹蝕性化學(xué)物質(zhì)、水和氧的攻擊，避免銹蝕的產(chǎn)生。

然后金屬還需要吸附抗磨和極壓添加劑以減少摩擦，這樣以來不同的添加劑就會(huì)在金屬表面爭奪“土地”。因此，潤滑油配方必須找到兼容或有積極作用（協(xié)同增效）的添加劑組合，避免那些負(fù)面的相互作用（拮抗）。下面圖表列出了常見的正、負(fù)相加作用。例如，某些化學(xué)物質(zhì)能夠有效抑制生銹，但對(duì)水敏感性有負(fù)面影響，從而影響潤滑油在含有水分環(huán)境中的抗乳化性、水解穩(wěn)定性和過濾性。有些配方中含有多種抑制劑，用來提高潤滑油化學(xué)性能和/或成本效益。例如，磺酸鹽和羧酸鹽多功能協(xié)同防銹。

相互間作用

目前市場(chǎng)上可用的緩蝕劑眾多。對(duì)齒輪油和潤滑脂來說，緩蝕劑一般是很有效的。然而，當(dāng)環(huán)境變得更惡劣時(shí)潤滑油生產(chǎn)商可能會(huì)增加緩蝕劑的份量，而銹蝕抑制劑則可能通過爭奪金屬表面影響抗磨劑、極壓添加劑、抗乳化性、增泡沫等其他添加劑的性能發(fā)揮。對(duì)潤滑脂的稠化劑系統(tǒng)來說，選擇時(shí)銹蝕抑制劑的兼容性尤為重要。銹蝕抑制劑會(huì)影響潤滑脂稠化劑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和潤滑脂的稠度。某些抑制劑提供有效的防銹蝕性能，但在標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)測(cè)試中卻被發(fā)現(xiàn)會(huì)縮短潤滑脂的使用壽命，如FE9角接觸球軸承試驗(yàn)機(jī)。這可能是由于多種因素，包括緩蝕劑對(duì)潤滑脂的機(jī)械穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性的影響，或者銹蝕抑制劑對(duì)抗磨/極壓添加劑的性能產(chǎn)生了干擾作用。

緩蝕劑對(duì)齒輪油尤為重要，因?yàn)殇擙X輪很容易銹蝕。例如，在某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，在常溫下浸泡在去離子水幾個(gè)月后，52100合金鋼球發(fā)生嚴(yán)重銹蝕。與此相反，被含0.1%配比無灰銹蝕抑制劑齒輪油涂層覆蓋的鋼球在相同的實(shí)驗(yàn)中成功抵抗了銹蝕侵害。

潤滑油配方需要特定的潤滑化學(xué)實(shí)驗(yàn)以找到合適的緩蝕劑。例如，粘土顆粒造成潤滑脂增稠提出了特殊的挑戰(zhàn)。許多緩蝕劑會(huì)吸附在粘土顆粒上，而潤滑油生產(chǎn)者可能會(huì)提高添加劑分量以作補(bǔ)償。但是，如果添加劑干擾提供油脂結(jié)構(gòu)的粘土顆�；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)，這可能相當(dāng)于制造了“一個(gè)流變定時(shí)炸彈”。在貯藏好幾個(gè)月后，粘土潤滑脂的稠度可能會(huì)逐漸從NLGI 2級(jí)降到1級(jí)或更低級(jí)別。

其他添加劑的相互作用似乎是不利的。某種緩蝕劑，造成含一定配比的硫極壓添加劑的齒輪油出現(xiàn)變色。這種顏色變化對(duì)性能沒有影響，雖然它與氧化和化學(xué)故障的變色表現(xiàn)非常相似。

某類有色金屬緩蝕劑的重要性也不可忽視。金屬鈍化劑，如苯并三氮唑，對(duì)俗稱的黃色或銅基合金起保護(hù)作用。此外，銹蝕會(huì)釋放出銅離子，可以催化基礎(chǔ)油的氧化和縮短潤滑劑的有效使用壽命。雖然市場(chǎng)上已有許多有效的銹蝕抑制劑，但還是有一些欠缺。市場(chǎng)渴求更經(jīng)濟(jì)的全氟聚醚潤滑脂緩蝕劑。全氟聚醚潤滑脂通常在超高溫條件下使用，而高溫環(huán)境會(huì)減弱傳統(tǒng)的銹蝕抑制劑性能。

除此以外，還不乏其他挑戰(zhàn)。如果美國環(huán)境保護(hù)署像它此前提出的那樣，禁止金屬加工液采用中鏈和長鏈氯化石蠟，用硫化物質(zhì)取代極壓添加劑，那么就需要更為重視活性硫?qū)�黃金屬的銹蝕。據(jù)觀察，環(huán)烷酸的供應(yīng)也成為問題。煉油廠的副產(chǎn)品金屬鹽，主要是鋅鹽-環(huán)烷酸，在一些應(yīng)用（主要是油脂）中是有效和廉價(jià)的防銹劑。但是，適用于潤滑油的環(huán)烷酸的產(chǎn)量在減少，而它們的替代品仍在評(píng)估中，同時(shí)生產(chǎn)成本也將增加。雅士頓公司指出：由于有關(guān)法規(guī)對(duì)鋇的管控，某些添加劑在潤滑油市場(chǎng)失寵，甚至在某些國家和地區(qū)不再被使用，如鋇鹽。金屬加工液、硼酸及其衍生物，以及某些胺，也面臨著監(jiān)管問題。但是，它們并沒有消失，人們正在尋找替代方法。

未來之發(fā)展

英威達(dá)公司宣布于3月31日關(guān)閉其在德克薩斯州維多利亞市的煉油廠。該煉油廠生產(chǎn)C12中間產(chǎn)品，包括被廣泛應(yīng)用于金屬加工液銹蝕抑制劑的二甲酸。

市場(chǎng)上有很多的替代品，但是可以預(yù)見，如果這種廣泛使用的添加劑變得不可用，那么金屬加工液銹蝕抑制劑的成本將會(huì)變得不那么經(jīng)濟(jì)。

行業(yè)一致認(rèn)為，監(jiān)管障礙促使添加劑供應(yīng)商不積極為潤滑油產(chǎn)業(yè)研發(fā)新的銹蝕抑制劑。新化合物注冊(cè)所需要付出的大量努力和成本投入，抑制了新的添加劑類型的發(fā)展，甚至在一定程度上妨礙了現(xiàn)有化合物新用途的發(fā)展。目前的挑戰(zhàn)仍然是優(yōu)化現(xiàn)有的化學(xué)組合以滿足日益嚴(yán)格的要求。同時(shí)，有害物質(zhì)標(biāo)簽也造成某些終端用戶停止使用一些性能表現(xiàn)良好且未被禁止的化學(xué)物質(zhì)。

美國、歐盟、中國和日本等地區(qū)的法規(guī)監(jiān)管和檢測(cè)要求各不相同。因此，許多企業(yè)不研發(fā)新型緩蝕劑設(shè)計(jì)新的分子。相反，潤滑油行業(yè)是希望通過調(diào)整現(xiàn)有的添加劑組合發(fā)現(xiàn)新的協(xié)同效應(yīng)。人們總是愿意測(cè)試新的緩蝕劑，看看它們的優(yōu)點(diǎn)。