極壓抗磨劑是指能夠提高潤滑油在極壓條件下防止滑動的金屬表面燒結(jié)、擦傷和磨損的化學(xué)品。人們把能夠減小摩擦副間摩擦和磨損、防止摩擦面燒結(jié)的各種添加劑統(tǒng)稱為載荷添加劑（load-carrying additive）。載荷添加劑按其作用性質(zhì)可分為油性劑、抗磨劑和極壓劑三類，但抗磨劑和極壓劑之間的區(qū)分并不是十分嚴(yán)格，有時也很難區(qū)分，在某些應(yīng)用中被歸類為抗磨劑，而在另一些應(yīng)用中則被歸類為極壓劑，有些添加劑兼具有極壓和抗磨兩種性質(zhì)，因此按國內(nèi)石油添加劑的分類，把載荷添加劑分成油性劑和極壓抗磨劑兩類。

極壓抗磨劑（extreme pressure and antiwear agent 或 EP-antiwear agent）是隨著齒輪、尤其 是隨著雙曲線齒輪的發(fā)展而發(fā)展起來的。最早使用的油性劑是動植物油脂，第一個使用的極壓劑是元素硫。齒輪技術(shù)最大的發(fā)展之一是美國從1926年開始使用準(zhǔn)雙曲線齒輪，它有較大的傳遞負(fù)荷的能力，較大的抵抗齒輪破壞的能力，重心低，操作平穩(wěn)，是滑動和滾動相結(jié)合，對潤滑油的要求非常高。原來含動植物油脂的潤滑油無法滿足其要求，含元素硫極壓劑的潤滑油雖然有良好的抗擦傷性能，但不能解決雙曲線齒輪的潤滑問題。為此在20世紀(jì)30年代中期研制出了硫-氯型極壓抗磨劑，用在雙曲線齒輪潤滑中，性能是良好的。它能滿足高速和適當(dāng)負(fù)荷的轎車對潤滑油的要求，但在卡車中，特別是在高扭矩低速條件下磨損依然很嚴(yán)重。隨后在20世紀(jì)30年代末開發(fā)出的硫化鯨魚油使含硫極壓抗磨劑的性能得到了很大的提高，用硫化鯨魚油和鉛皂配制的硫-鉛型齒輪油廣泛應(yīng)用在工業(yè)齒輪的潤滑上。直到50年代在硫-氯型添加劑中引入含磷化合物，配制成的硫-磷-氯-鋅型齒輪油，既可以滿足轎車又可以滿足卡車的要求。但由于硫-磷-氯-鋅型齒輪油的熱穩(wěn)定性和氧化安定性不太好，60年代以后逐漸被新開發(fā)的硫-磷型添加劑所取代，這種硫-磷型添加劑在高速抗擦傷性、高溫安定性和防銹性能方面均優(yōu)于硫-磷-氯-鋅型添加劑。此后，對含硫含磷極壓抗磨劑單劑性能提高及與各添加劑的復(fù)合性能研究較多，近年來由于環(huán)保方面的要求，對低硫低磷及無硫無磷型極壓抗磨劑的研究較多，如有機(jī)金屬鹽類、硼酸鹽類、過堿性磺酸鹽類等，作為高含硫磷型極壓抗磨劑的替代產(chǎn)品，現(xiàn)已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。

4.7.1 組成結(jié)構(gòu)

潤滑油極壓抗磨劑的品種繁多，組成各不相同。目前，常用的極壓抗磨劑有含氯極壓抗磨劑、含硫極壓抗磨劑、含磷極壓抗磨劑、有機(jī)金屬鹽極壓抗磨劑、堿性磺酸鹽極壓抗磨劑等多種類型。 硼酸鹽極壓抗磨劑和過

含氯極壓抗磨劑主要為氯化烴類化合物，如氯化石蠟、五氯聯(lián)苯等。

含硫極壓抗磨劑主要為硫化烴類和硫化酯類化合物，如硫化烯烴、二硫化二芐、烷基多

合物，如磷酸酯、磷酸酯胺鹽、硫代磷酸酯、硫代磷酸酯胺鹽等。、有金屬的有機(jī)化合物，如二烷基二硫代磷酸銷（ZDP）、二

二硫代磷酸鉬（MoDDP）、二烷基二硫代氨基甲酸鉬（MoDTC）和環(huán)烷酸鉛等。

（店劑主要指由刷酸鹽微粒被表面活性劑包裹形成的油溶性載荷膠團(tuán)，如常用的硼酸鹽有偏硼酸鈉、偏硼酸鉀、三硼酸鉀等。

過性被熱極壓抗磨劑的組成結(jié)構(gòu)與過堿性磺酸鹽清凈劑相同，是由碳酸鹽微粒與破酸鹽形成的油溶性納米級載荷膠團(tuán)，如過堿性磺酸鈣、磺酸鈉、磺酸鋇等。

各類極壓抗磨劑的組成不同，極壓抗磨的機(jī)理不同，性能特點(diǎn)也不同。含硫、磷或氯極壓抗磨劑在極壓狀態(tài)時產(chǎn)生的高壓、高溫條件下，會與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成剪切強(qiáng)度較低的硫化、磷化或氯化金屬固體保護(hù)膜，把兩金屬面隔開，從而防止了金屬的磨損和燒結(jié)。其中含硫極壓抗磨劑形成的膜具有良好的抗燒結(jié)能力和耐負(fù)荷能力，多用于高速高負(fù)荷的情況；含磷極壓抗磨劑形成的膜具有良好的抗磨抗擦傷性能，適用于低速高負(fù)荷的情況；兩者復(fù)合使用具有協(xié)同作用，特別是含硫的磷化物在沖擊負(fù)荷和高速下具有保護(hù)金屬表面的效果。含氯極壓抗磨劑形成的膜臨界剪切強(qiáng)度低，摩擦系數(shù)小，但是其耐熱強(qiáng)度較低，遇水會腐蝕設(shè)備，目前有少量用于金屬加工油。金屬鹽極壓抗磨劑在極壓狀態(tài)下會生成較為復(fù)雜的金屬無機(jī)化合物，沉積在金屬表面形成保護(hù)膜起到抗磨作用；硼酸鹽極壓抗磨劑通過沉積在摩擦表面上，生成具有彈性且粘附力很強(qiáng)的硼酸鹽保護(hù)膜起到抗磨作用；過堿性磺酸鹽極壓抗磨劑也是通過沉積在摩擦表面上生成主要以金屬碳酸鹽為主，且在靠近金屬表面處為以金屬氧化物為主的雙層無機(jī)保護(hù)膜起到極壓抗磨作用。

4.7.2 作用機(jī)理

極壓抗磨劑的類型不同，其作用機(jī)理不同，適用的條件也不同。

（1）含氯極壓抗磨劑

含氯極壓抗磨劑在使用過程中會首先吸附于金屬表面，隨著摩擦面間負(fù)荷的增加及溫度的升高，導(dǎo)致有機(jī)氯化物分解或C-Cl鍵斷裂生成氯原子或HC1，并與金屬表面反應(yīng)生成FeCl2或FeCl，保護(hù)膜，顯示出抗磨和極壓作用。

氯化鐵膜為層狀結(jié)構(gòu)（與石墨和二硫化鉬相似），具有臨界剪切強(qiáng)度低、摩擦系數(shù)小的

特點(diǎn)，但氯化鐵膜的熔點(diǎn)相對較低，因此其耐熱強(qiáng)度低，在300～400℃時就會破裂，另外在

遇水時會水解生成鹽酸和氫氧化鐵，失去潤滑作用，并引起化學(xué)磨損和銹蝕。因此，含氯添

加劑在無水及低于350℃的條件下使用較為有效。

（2）含硫極壓抗磨劑

普遍認(rèn)為含硫極壓抗磨劑的極壓抗磨性能與硫化物的C-S鍵能有關(guān)，較弱的C-S鍵

能較容易生成防護(hù)膜，具有較好的抗磨效果。有機(jī)硫化物的作用機(jī)理首先是在金屬表面上吸

附，降低金屬面之間的摩擦；隨著負(fù)荷的增加，金屬面間接觸點(diǎn)的溫度瞬時升高，有機(jī)硫化物與金生成應(yīng)形成硫醇鐵覆蓋膜，從而起抗磨作用；隨著負(fù)荷的進(jìn)一步提高，C-S鏈開始

附在金屬表面，

斷裂，生成硫化鐵固體膜，起極壓作用起抗脂作用，隨打壓抗脂劑，在使用過程中首先吸

所示：

隨著負(fù)荷的增加及金屬面時開高，S-S鍵斷裂并與金屬反應(yīng)形成

醇鐵覆蓋膜，隨著負(fù)荷的進(jìn)一步提圍面間溫度院時開硫化鐵固體膜。

硫化鐵膜熔點(diǎn)高（FeS的熔點(diǎn)為1193℃），耐熱性好，因此含硫極壓抗磨劑抗燒結(jié)負(fù)荷

。硫化鐵膜沒有氯化鐵膜那樣的層狀結(jié)構(gòu)，其摩擦系數(shù)比氯化鐵膜大，且硫化鐵膜較脆，

所以含硫極壓抗磨劑的抗磨性較差。

（3）含磷極壓抗磨劑

對含磷極壓抗磨劑的作用機(jī)理先后有兩種不同的說法，早期的觀點(diǎn)認(rèn)為吸附在金屬表面一步與鐵生成低熔點(diǎn)的共融合金流向凹部，使摩擦表面變光滑，防止了磨損，稱這種作用為學(xué)拋光。后來佛伯斯（Forbes）等人經(jīng)研究認(rèn)為在邊界潤滑條件下，含磷極壓抗磨劑分解后與鐵反應(yīng)生成亞磷酸鐵或磷酸鐵，而非磷化鐵。即含磷極壓抗磨劑在使用過程中首先吸附在鐵表面上，在邊界條件下發(fā)生C-0鍵斷裂，與鐵反應(yīng)生成亞磷酸鐵或磷酸鐵有機(jī)膜，起抗磨作用；在極壓條件下，有機(jī)磷酸鐵膜進(jìn)一步反應(yīng)，生成無機(jī)磷酸鐵反應(yīng)膜，使金屬之間不發(fā)生直接接觸，從而保護(hù)了金屬，起極壓作用。

通常含磷極壓抗磨劑的極壓抗磨損性與水解穩(wěn)定性有關(guān)，水解穩(wěn)定性越差，其極壓抗磨損性越好。在含磷極壓抗磨劑中，次膦酸酯和膦酸酯的極壓性最差，因?yàn)榇戊⑺狨ズ挽⑺狨サ腃-P鍵比磷酸酯的C-0-P鍵要穩(wěn)定。在磷酸酯中，酸性磷酸酯比中性磷酸酯的抗燒結(jié)性能要好，因?yàn)樗嵝粤姿狨ピ诮饘俦砻嫖搅头磻?yīng)性都較強(qiáng)。含磷極壓抗磨劑的極壓性

能大小順序?yàn)椋?/p>

磷酸酯胺鹽＞磷酸酰胺≥亞磷酸酯≥酸性磷酸酯＞磷酸酯＞膦酸酯＞次膦酸酯

一般來說，含磷極壓抗磨劑的熱穩(wěn)定性越差，其抗磨性越好，但抗磨的持久性下降，添加劑消耗就快。熱穩(wěn)定性依賴于酯化的烷基類型，烷基芳基的熱穩(wěn)定性最好，其次是仲及伯烷基。通常有機(jī)磷添加劑是與有機(jī)硫添加劑復(fù)合應(yīng)用的，這主要是為了通過有機(jī)硫添加劑來改善生成防護(hù)膜的強(qiáng)度和韌性。

防止有機(jī)金屬鹽展抗驗(yàn)劑有機(jī)金屬鹽根壓抗磨劑的組成不同，形成的固體的組的和，有二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）生成的固體膜是由聚磷酸鋅、合物等組版，該順具有較強(qiáng)的抗磨和負(fù)荷承載能力。環(huán)烷酸鉛極壓劑在鐵表面與鐵發(fā)生管換，生成鉛的薄膜，當(dāng)有含硫添加劑存在時，在鐵表面會生成含有硫酸鉛、 硫化鉛、硫化鐵、鉛等組分的極壓性能更好的保護(hù)膜。

（5）硼酸鹽極壓抗磨劑

硼酸鹽極壓抗磨劑的作用機(jī)理與含硫、磷、氯等極壓抗磨劑不同，它在極壓狀態(tài)下不是

通過與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成化學(xué)膜來起潤滑作用，而是由于摩擦副在相互滑動時金

屬表面會產(chǎn)生電荷，使硼酸鹽微粒發(fā)生電泳移向金屬表面并沉積，在摩擦表面上生成具有彈

性且粘著力很強(qiáng)的半固體，這種硼酸鹽膜的厚度是一般極壓劑形成的極壓膜的10～20倍，

具有良好的抗磨和極壓性能，特別能承受沖擊負(fù)荷。由于硼酸鹽膜不是通過極壓抗磨劑與金

屬表面反應(yīng)生成的，因此也將這種類型的極壓膜稱為“非犧牲”膜。

（6）過堿性磺酸鹽極壓抗磨劑

根據(jù)已有的對過堿性磺酸鹽抗磨機(jī)理研究的結(jié)果來看，其在金屬表面形成的保護(hù)膜由兩層組成，靠近金屬表面的一層是由金屬氧化物和鐵組成的，上面是一層主要由金屬碳酸鹽組成的膜。由此可見，過堿性磺酸鹽在使用過程中，處于金屬表面間的堿性磺酸鹽膠團(tuán)隨金屬間摩擦強(qiáng)度的不斷增大，磺酸鹽上的碳鏈就會被切斷，進(jìn)而磺酸鹽中的金屬離子鍵斷裂，釋放出其中的金屬碳酸鹽微粒并沉積在金屬表面，形成保護(hù)膜，其中靠近金屬表面的金屬碳酸鹽會分解出金屬氧化物并與鐵形成一層極壓性更好的保護(hù)膜，對金屬表面起到保護(hù)作用。目前對堿性磺酸鹽的極壓抗磨性能還有待進(jìn)一步研究，但其在金屬切削過程中的極壓抗磨效果不亞于含硫、含磷和含氯極壓抗