攻克銹蝕難題

2016-08-12   來源：潤滑油情報

在整個工業(yè)領域，銹蝕是設備運營商面臨的大難題之一。這種自然發(fā)生的現(xiàn)象會損害軸承、齒輪箱等設備的金屬表面，縮短機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國際標準G193條（銹蝕相關的標準術語和縮寫詞）把銹蝕定義為“材料之間的化學或電化學銹蝕反應，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特定的金屬起到保護作用。銹是鐵及其合金的電化學氧化的共同名稱，防銹劑可延緩鐵金屬的銹蝕。生銹，是因為潤滑油、潤滑脂和金屬加工液經(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，并保護金屬免受銹蝕性化學物質(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，避免那些負面的相互作用（拮抗）。下面圖表列出了常見的正、負相加作用。例如，某些化學物質(zhì)能夠有效抑制生銹，但對水敏感性有負面影響，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

目前市場上可用的緩蝕劑眾多。對齒輪油和潤滑脂來說，緩蝕劑一般是很有效的。然而，當環(huán)境變得更惡劣時潤滑油生產(chǎn)商可能會增加緩蝕劑的份量，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。對潤滑脂的稠化劑系統(tǒng)來說，選擇時銹蝕抑制劑的兼容性尤為重要。銹蝕抑制劑會影響潤滑脂稠化劑結構的穩(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，但在標準化平臺測試中卻被發(fā)現(xiàn)會縮短潤滑脂的使用壽命，如FE9角接觸球軸承試驗機。這可能是由于多種因素，包括緩蝕劑對潤滑脂的機械穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性的影響，或者銹蝕抑制劑對抗磨/極壓添加劑的性能產(chǎn)生了干擾作用。

緩蝕劑對齒輪油尤為重要，因為鋼齒輪很容易銹蝕。例如，在某項實驗中，在常溫下浸泡在去離子水幾個月后，52100合金鋼球發(fā)生嚴重銹蝕。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驗中成功抵抗了銹蝕侵害。

潤滑油配方需要特定的潤滑化學實驗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)。許多緩蝕劑會吸附在粘土顆粒上，而潤滑油生產(chǎn)者可能會提高添加劑分量以作補償。但是，如果添加劑干擾提供油脂結構的粘土顆�；瘜W結構，這可能相當于制造了“一個流變定時炸彈”。在貯藏好幾個月后，粘土潤滑脂的稠度可能會逐漸從NLGI 2級降到1級或更低級別。

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。這種顏色變化對性能沒有影響，雖然它與氧化和化學故障的變色表現(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，對俗稱的黃色或銅基合金起保護作用。此外，銹蝕會釋放出銅離子，可以催化基礎油的氧化和縮短潤滑劑的有效使用壽命。雖然市場上已有許多有效的銹蝕抑制劑，但還是有一些欠缺。市場渴求更經(jīng)濟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，在一些應用（主要是油脂）中是有效和廉價的防銹劑。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估中，同時生產(chǎn)成本也將增加。雅士頓公司指出：由于有關法規(guī)對鋇的管控，某些添加劑在潤滑油市場失寵，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

英威達公司宣布于3月31日關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，包括被廣泛應用于金屬加工液銹蝕抑制劑的二甲酸。

市場上有很多的替代品，但是可以預見，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變得不那么經(jīng)濟。

行業(yè)一致認為，監(jiān)管障礙促使添加劑供應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)有的化學組合以滿足日益嚴格的要求。同時，有害物質(zhì)標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)管和檢測要求各不相同。因此，許多企業(yè)不研發(fā)新型緩蝕劑設計新的分子。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。人們總是愿意測試新的緩蝕劑，看看它們的優(yōu)點。