Các chất bôi trơn động cơ chuyển sang các chất phụ gia không có tro ngoài ZDDP

Bối cảnh ngành công nghiệp: Sự thay đổi từ các mô hình dựa trên kinh nghiệm sang các mô hình dựa trên dữ liệu

Trong tám thập kỷ, kẽm dialkyldithiophosphate (ZDDP) đã thống trị các công thức bôi trơn động cơ đốt trong do chi phí thấp và tính chất đa chức năng (chống mài mòn, chống oxy hóa,chống ăn mòn)Tuy nhiên, với các mục tiêu trung lập carbon toàn cầu và các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt như Euro VI / Trung Quốc 6B,ngành dầu bôi trơn đang trải qua một sự thay đổi mô hình từ "hiệu suất đầu tiên" đến "cân bằng hiệu suất môi trường". "

Phân tích dữ liệu tiết lộ những hạn chế của ZDDP thông qua các tác động bên ngoài tiêu cực của nó:hàm lượng phốt pho (P) và lưu huỳnh (S) tạo ra tro đốt giảm tuổi thọ của các bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều (TWC) và bộ lọc hạt (GPF / DPF)Thống kê cho thấy các phụ gia phốt pho làm giảm hiệu quả chuyển đổi hệ thống xử lý sau 15% -20% sau 50.000 km. Hơn nữa, hệ số ma sát (COF) của ZDDP là 0,10-0.12 trong độ bôi trơn ranh giới đã trở thành một trần hiệu suất cho các động cơ hiện đại theo đuổi hiệu quả nhiên liệu tối đa.

Khung thiết kế thử nghiệm và lấy mẫu dữ liệu

Nghiên cứu này sử dụng thiết kế thí nghiệm hiệu suất cao (DoE) để đánh giá có hệ thống các chất phụ gia dựa trên phốt pho không có tro (P) và hợp chất phốt pho / lưu huỳnh (P / S).Dầu cơ sở nhóm API III (Yubase 4) được sử dụng làm chất lỏng tham chiếu, với độ nhớt động (100 °C) là 4,1 cSt và chỉ số nhớt là 125, đảm bảo hiệu suất dầu cơ bản đồng nhất.

1Không gian mẫu và điều khiển biến

Thí nghiệm đã thử nghiệm 14 phụ gia ứng cử viên: 6 phụ gia dựa trên phốt pho tinh khiết (P) và 8 hợp chất phốt pho / lưu huỳnh (P / S), với ZDDP là nhóm kiểm soát.Phân số khối lượng 08% để loại bỏ tác động của nồng độ đối với động học hình thành phim.

2Các chỉ số hiệu suất chính (KPI)

• Tỷ lệ ma sát (μ): Công nghệ MTM-SLIM quét tốc độ trượt 0,01-100 mm/s để nắm bắt sự phát triển đường cong Stribeck
• Khối lượng hao mòn (Vw, mm3): Các thử nghiệm hao mòn tương ứng với can thiệp ánh sáng trắng đo độ sâu và diện tích hao mòn
• Độ dày màng (h, nm): Khảo sát hình ảnh lớp spacer (SLIM) theo dõi tăng trưởng phim ma sát thời gian thực
• Biến đổi thành phần hóa học: XANES phân tích sự phối hợp phốt pho, trong khi ToF-SIMS lập bản đồ phân bố hóa học không gian

Phân tích dữ liệu: Sự hình thành phim ma sát, động học và nhiệt động học

1Mức ngưỡng hiệu suất: Hiệu ứng phối hợp của các chất phụ gia tổng hợp P/S

Các chất phụ gia phosphorus tinh khiết cho thấy tính chất dễ vỡ trong các thử nghiệm kéo dài (16 giờ), với độ sâu mòn trung bình cao hơn 28% so với ZDDP.ATPPT) đã chứng minh sự phối hợp vượt trội:

• Cơ chế phối hợp: Lưu huỳnh đã thay đổi các tính chất tái sinh của các tấm ma sát.tạo ra một cấu trúc vi mô "khó mềm" làm giảm cắt giảm trong khi cung cấp khả năng chống mòn
• Phân tích hồi quycho thấy mối tương quan mạnh mẽ (R2 = 0, 89) giữa hàm lượng lưu huỳnh và độ ổn định của phim, xác nhận vai trò quan trọng của lưu huỳnh

2. Động học phụ thuộc thời gian: Thách thức của thời gian truyền phim

Thời gian cảm ứng cực kỳ ngắn của ZDDP (< 10 phút) tương phản với biến động hệ số ma sát ban đầu của các chất phụ gia không có tro (0-2 giờ).Phân tích chuỗi thời gian cho thấy các chất phụ gia không có tro tuân theo động học thứ nhất với năng lượng kích hoạt cao hơn (Ea), đòi hỏi tối ưu hóa thông qua các chất thúc đẩy xúc tác hoặc điều chỉnh rào cản phân tử steric.

Phân tích cấu trúc vi mô và cơ chế hóa học

Hình ảnh AFM cho thấy ZDDP hình thành các tấm granular dày đặc, trong khi P / S tổng hợp tạo ra các tấm amorphous mịn hơn.hệ số ma sát của chúng thấp hơn 8%-12%, chứng minh hiệu quả năng lượng vượt trội trong khi duy trì bảo vệ mòn.

Kết luận và hướng đi trong tương lai

Phân tích đa chiều này xác nhận:

1. Khả năng thay thế: P / S phụ gia không có tro phù hợp với hiệu suất chống mòn lâu dài của ZDDP
2. Phân biệt hiệu suất: Các chất phụ gia không có tro cung cấp ma sát và khí thải thấp hơn nhưng đòi hỏi tối ưu hóa động học hình thành phim
3. Con đường phát triển: Các công thức trong tương lai nên kết hợp thiết kế phân tử với chất xúc tác cảm ứng phim để đạt được bảo vệ hoàn toàn

Các chất bổ sung không có tro không chỉ đại diện cho sự tiến bộ kỹ thuật mà còn là sự chuyển đổi không thể tránh khỏi sang các chất bôi trơn xanh, carbon thấp, hiệu quả cao.Với sự tích lũy dữ liệu sâu sắc và mô phỏng động lực học phân tử, các chất phụ gia không có tro dự kiến sẽ chiếm hơn 40% thị trường dầu bôi trơn động cơ hiệu suất cao trong vòng năm năm, chấm dứt sự thống trị của ZDDP trong ngành.

Phụ lục: Bảng so sánh dữ liệu chính (tóm tắt)

Lưu ý: Dữ liệu đại diện cho mức trung bình thử nghiệm; giá trị thực tế thay đổi theo độ cực dầu cơ bản và nồng độ phụ gia.