以α－ZrP為固體潤滑劑，分別以２，６－二叔丁基對甲酚（BHT）和二苯胺（DPA）為抗氧劑，製備了鋰基潤滑脂。分別採用SRV 高頻線性往復摩擦磨損試驗機和四球機摩擦磨損試驗機考察了這兩種抗氧劑對α－ZrP鋰基脂摩擦磨損性能的影響，用3D 白光幹涉儀、掃描電鏡（SEM）和能譜儀（EDS）觀察並分析了磨痕表面形貌和主要元素。結果表明，當復配抗氧劑質量分數為1.0％時，α－ZrP鋰基脂在保持減摩性能穩定的同時，抗磨性能得到明顯提升，有效地延長了潤滑脂壽命。
層狀α－ZrP材料由於具有良好的機械強度和化學穩定性，在潤滑領域作為固體潤滑劑已經開展了系列研究。據報導， 離 子 液 體 熱 體系合成的α－ZrP在礦物油中 具 有 良 好 的 潤 滑 性 能，四球機潤滑 實 驗 表 明，質 量 分 數 為 １.0％ 的 α－ZrP在承載力和抗磨性能方面均優於相同添加質量的MoS2。通過研究α－ZrP和有機胺插層α－ZrP對重質礦物油黏度和減摩性能的影響，發現添加α－ZrP和胺插層α－ZrP後均可以有效地降低基礎油的黏度，從而降低了基礎油的摩擦係數。
直接 水 熱 合 成 的 Cu（OH）2 Zr（HPO4）2·2H2O（簡稱 為 Cu－α－ZrP）作為鋰基脂固體潤滑劑，四球試驗機潤滑性能結果表明，在相同實驗條件下，Cu－α－ZrP的摩擦學性能明顯優於 MoS2。進 一 步採用SRV 線性往複試驗機，仍以α－ZrP、Cu－α－ZrP為鋰基脂固體潤滑劑研究了往復運動模式下的摩擦 學 性 能。研 究 發 現，往 復 運 動 下α－ZrP 比Cu－α－ZrP具有更加穩定的潤滑性能。
為了提高潤滑脂使用壽命、保持其潤滑性能長時間的穩定性，抗氧劑是潤滑脂中常用的添加劑之一，在潤滑脂添加劑中，每一種組分的添加都會對原有潤滑脂 的 潤 滑 性 能 產 生 影 響。因 此，本 文 在前期潤滑研究工作的基礎上，優選目前潤滑脂使用廣泛的兩種類型抗氧劑酚型２，６－二 叔 丁 基（BHT）對甲酚和 胺 型 二 苯 胺 （DPA），以 質量 分 數 為５.０％ α－ZrP作為鋰基脂固體潤滑添加劑，分別選用四球和SRV 高頻往復摩擦磨損試驗機，考察了這兩
種類型抗氧劑對添加了質量分數５.０％ α－ZrP鋰基脂摩擦學性能的影響，為α－ZrP的 實 際 應 用 提 供 理論和技術支持。
一、實驗部分
1、潤滑脂的製備
將部分基礎油（PAO8）倒入敞口不鏽鋼反應器中，加入脂肪酸（ｍ（１２－羥基硬脂酸）∶ｍ（硬脂酸）＝４∶１），啟動攪拌器，加熱升溫至70～80 ℃，待脂肪酸完全溶解，再加入預先溶於水的氫氧化鋰溶液（ｍ（氫氧化鋰）∶ｍ（水）＝４∶１），在120～130 ℃下皂化２～３ｈ；皂 化 結 束 後，加入硬脂酸或氫氧化鈉調節游離酸鹼（控制游離鹼0.06％～0.15％），反應30min後，加入 升 溫 油，升 溫 至210～220 ℃，保 持10min後，停止加熱；溫度降到190 ℃時，加入急冷油，溫度降 至 100 ℃ 時，加入已稱量好的質量分數為5.0％的α－ZrP(質 量 分 數5.0％是 最佳添加量），攪拌冷卻至室溫，停止攪拌，從反應器中取出潤滑脂，依據實驗需要，依次分別加入質量分數1.0％，1.5％，2.0％的 BHT、DPA 抗 氧 劑，攪 拌 均勻後，將潤滑脂在三輥研磨機上研磨４次，得到復配抗氧劑的α－ZrP鋰基脂樣品。
2、摩擦磨損實驗
1）. SRV 摩擦磨損試驗
Ｏptimo1 SRV－V 型摩擦磨損試驗機評價潤滑脂的摩擦學 性 能。摩擦副的接觸形式為球－盤 點 接觸，上試 件 鋼 球 為 ＧCr15鋼，θ10 ｍｍ，ＨRc硬 度：59～64，表面 粗 糙 度 Ｒａ：0.014μｍ；下 試 件 鋼 盤 為ＧCr１５鋼盤，θ7.８８×２４ｍｍ，ＨＲｃ硬度：59～61，表面粗糙 度 Ｒａ：0.124μｍ．根 據 標 準 ASTM D5707－11，考察載荷、頻率、運行時間對潤滑性能影響。記錄實時即時摩擦係數，每組試驗在相同條件下重複３次，試驗前用石油醚超聲清洗鋼球和鋼盤。
2）. 四球摩擦磨損試驗
採用四球試驗機 MS－10A 型（長磨試驗）和 MS－10J型（PB、PD 試驗）評 價 潤 滑 脂 摩 擦 學 性 能。鋼 球 為 GCr15 鋼，θ12.7ｍｍ，HRc硬度：59～61．按照石化標準 SH／T 0202－92，測試潤滑脂樣品的承載 PB 值和燒結負荷ＰＤ 值；考察了載荷、時間對潤滑性能的影響。實驗結束後利用解析度為0.01ｍｍ 的光學顯微鏡測量３個下試球的磨斑直徑，取其平均值作為測試結果。摩擦係數及即時摩擦係數曲線由試驗機自動記錄。
3). 磨損表面分析
採用配置 Ｘ 射線能量色散譜儀（EDS，Bruker，QUANTAX 70）的掃描電子顯微鏡（SEM, Hitachi，TM－3000）觀測下試球磨斑表面形貌並分析 其 表 面元素分布。選 用3D 光 學 輪 廓 儀（Zygo，Zegage）測量下試件鋼盤的體積磨損量。
二、結果討論
1、高頻線性往復摩擦磨損試驗
1）、抗氧劑添加量對α－ZrP鋰基脂潤滑性能的影響
首先利用 SRV－V 高頻往復摩擦磨損試驗機，在鋼－鋼摩擦 副，點－點 接 觸，往 復 運 動 模 式 下，研 究復配抗氧劑 BHT 和 DPA 後，對α－ZrP鋰基潤滑脂摩擦學性能的影響。
如圖１所示是在α－ZrP潤滑脂中含有不同質量分數抗氧劑時，載荷為500N，頻率30Hz下的平均摩擦係數和體積磨損量。由圖１（ａ）可以看出，隨著抗氧劑 ＢＨＴ 質 量 分 數 的 增 大，摩擦係數相比於基礎脂變化不大，在0.085～0.087之間波動；下試件鋼盤的體積 磨 損 量 隨 著BHT添 加 量 的 增 加，先 減小再增大，當添加量為1.0％時，具有最佳的抗磨效果。圖１（ｂ）是抗氧劑 DPA 的添加量對平均摩擦係數和體積磨損量的影響，與 BHT 變化趨勢相似，亦是 DPA 添加量為1.0％時，效果最好。
2）、載荷對α－ZrP鋰基脂潤滑性能的影響
如圖２所 示 是 當 BHT 和 DPA 的 添 加 質 量 分數均為1.0％，頻率為30Hz時，在不同載荷條件下的平均摩擦 系 數 和 體 積 磨 損 量。由 圖２（ａ）可 以 看出隨著載荷的增大，３種潤滑脂的平均摩擦係數 均呈現逐步減小的趨勢，其中在不同載荷下，質量分數為1.0％ BHT 的減摩性能均優於僅含質量分數為5.0％α－ZrP的基礎脂；在載荷200～500N下，含質量分數1.0％ DPA 的減摩性能亦優於5.0％ α－ZrP基礎脂，但其承載負荷不如質量分數為1.0％ BHT潤滑脂，在承載負荷為600Ｎ 時，出現卡咬。由圖２（ｂ）可以看出隨著載荷的增大，下 試 件 鋼 盤 的 體 積磨損量逐漸增大，但相比於α－ZrP基礎脂，隨著載荷的增加，質量分數為1.0％ BHT 和1.0％ DPA潤滑脂的體積磨損量均比基礎脂低，抗磨性能優於α－ZrP脂。這說明 在 不 同 載 荷 下，BHT 和 DPA分 別與α－ZrP有較好的復配增效性，減摩、抗磨性能均得到了提升。
3）、頻率對α－ZrP鋰基脂潤滑性能的影響
選擇了３種潤滑脂都能承載的最高載荷500N作為運行載 荷，研究了線性往復運動下，頻 率 對 α－ZrP鋰基脂復配質量分數為1.0％抗氧劑的潤滑性能影響。圖３給出了頻率變化為20～60Hz條件下的平均摩擦 系 數 和 體 積 磨 損 量。
從 圖３（ａ）可 以 看出在所選頻率範圍內，３種潤滑脂的平均摩擦系 數隨著頻率的增加呈上升趨勢，且變化曲線出現交叉，３種脂的平均摩擦係數在0.089～0.101範 圍 出 現波動，表明添 加 抗 氧 劑 BHT 和 DPA 後，減 摩 性 能與α－ZrP脂相近。
從圖３（ｂ）可以看出，加入質量分數為 1.0％ 抗 氧 劑，在 所 選 頻 率 範 圍，DPA 脂 和BHT 脂的體積磨損量都低於α－ZrP脂。在 頻 率 為20～30Hz時，DPA 脂比 BHT脂的抗磨性能好；在頻率為40～50Hz時，３種 潤 滑 脂 的 下 試 件 鋼 盤 體積磨損量數值接近，BHT 脂比 DPA脂的抗磨性能略好，特別是在60Hz時，BHT脂的體積磨損量仍保持了與 α－ZrP 脂 相 近 的 數 值。因 此，α－ZrP 脂 在復配質量分數為1.0％ BHT 和 DPA 抗氧劑後，在所選運行載荷500N和頻率範圍內，基本保持了原有α－ZrP脂的潤滑性能。
4）、時間對α－ZrP鋰基脂潤滑性能的影響
加入抗氧劑的目的就是在保持原有潤滑脂性能的基礎上，有效地延長潤滑脂的使用時間。因此，本文選擇運行載荷500N，頻率30Hz，運行時間由原來的30min延長至5h，研究長時間運行下，抗氧劑BHT 和 DPA 對α－ZrP脂潤滑性能的影響。
圖４為長時間運行下的即時摩擦係數曲線。α－ZrP脂的即時摩 擦 系 數 在 運 行 至47min時 出 現 陡升，摩 擦 系 數 達 到 較 高 的 數 值 0.35，持 續 了 約4min，然 後 降 至0.10；但 在 復 配 抗 氧 劑 BHT和DPA後，即時摩擦係數在5ｈ內始終保持在0.081～0.087波動，運行全程非常穩定，並未隨時間延長而發生摩擦係數的大幅度波動。因此，復配抗氧劑後，保持了穩定的減摩性能。
圖５所 示 為 α－ZrP 脂、復 配 質 量 分 數 為1.0％ BHT 脂和質量分數為1.0％ DPA 脂，在 相 同 運 行載荷500N，30Hz的條件下，分別運行30min和運行5h後下試件鋼盤體積磨損量的對比圖。由圖５可見，運行30min的 α－ZrP 脂、質 量 分 數 為 1.0％ BHT 脂和質量分數為1.0％DPA脂的下試件體積磨損量（10－４ ｍｍ３）依次為3.69，3.46和2.57；當運行時間延長至５ｈ後，３種脂的下試件體積磨損量（10－４ ｍｍ３）依次為101.02，4.74，4.83，長時間運行後，α－ZrP脂的體積磨損量呈現大幅度增加，磨 損 加劇；但復配 BHT和 DPA 後，增加量非常小，可見，復配抗氧劑後，在抗磨性能上有了顯著的提升，有效地改善了α－ZrP鋰基脂的潤滑性能。
2、四球機摩擦磨損試驗
1）、抗氧劑添加量對α－ZrP鋰基脂潤滑性能的影響
利用四球摩擦磨損試驗機，在鋼－鋼摩擦副，點－點接觸，旋轉運動模式下，研究復配抗氧劑 BHT 和DPA 後，對α－ZrP鋰基潤滑脂摩擦學性能的影響。
抗氧劑 BHT 和DPA 添加的質量分數分別為1.0％，1.5％，2.0％，在溫度（25±５）℃，轉速1770r／min，時間10s的 試 驗 條 件 下，研 究 復 配 對α－ZrP鋰基脂的承載能力（PB）和燒結負荷（PD）的影響；進一步在載荷294N，溫度75℃、轉速1450r／min、時間30min的條件下，考察復配對α－ZrP鋰基脂減摩和抗磨性能的影響。結果見表１。
從表１可以看到，復配抗氧 劑 後，燒 結 負 荷 PD值始終保持在1960N，而承載力 PB值有一定的下降，由α－ZrP脂的1235N 下降至質量分數為1.0％BHT 脂的784N，質量分數為1.0％ DPA 脂的696N。平均摩擦係數μ略有增高，但磨斑直徑（WSD）D值保持在同一水平。結果表明，復配抗氧劑後，雖然α－ZrP脂 的 極 壓 性 能 有 一 定 程 度 的 下 降，但 仍 基 本保持了原有α－ZrP脂的減摩和抗磨性能。
在溫度75 ℃、轉 速1450r／min、時 間30min的條件下，進一步研究了這３種脂的長磨失效負荷。α－ZrP脂、添加質量分數為1.0％BHT 脂和添加質量分 數 為 1.0％ DPA 脂 的 長 磨 失 效 負 荷 依 次 為1078，980，882N，因 此，在 載 荷 882N，1450r／min，溫度75 ℃，運行時間延長至５ｈ，研究了 長 時間運行下，復配抗氧劑後３種潤滑脂的減摩和抗磨性能。
從圖６可知，３種脂的即時摩擦係數都比較平穩；圖７是這３種脂長時間運行後的平均摩擦係數和磨斑直 徑，平均摩擦係數依次為 0.072，0.071，0.071；磨斑直徑分別為1.05，0.84，0.80ｍｍ，復配抗氧劑後，抗磨性能得到了提高。
3、磨損表面分析
為了進 一 步 驗 證 抗 氧 劑 BHT 和 DPA 對 潤 滑性能的影響，本文對摩擦試驗後摩擦副的表面形貌和元素組成進行了3D－SEM 和 EDS分析。圖８是使用 SRV 高頻往複試驗機在點－點接觸下，往復 運行５ｈ後下 試 件 鋼 盤 磨 損 表 面 的3D 輪 廓 圖、SEM照片和 EDS元素分析。
由圖可見，在相同摩擦試驗條件下，僅有α－ZrP存 在 時，下試件鋼盤表面粗糙，磨痕 寬 且 深，呈 現 橄 欖 球 狀；在分別含有抗氧劑BHT 和 DPA的潤滑脂作用下，下試件鋼盤的劃痕顯著變窄 且 表 面 光 滑 平 整。由 3D－SEM 圖 片 的 對比可見，在α－ZrP 脂中添加一定量抗氧劑 BHT 和 DPA後，鋼盤的磨損程度明顯減輕，與摩擦試驗 結果相符合。磨痕表面的 EDS圖譜分析可以看出，鋼盤表面除了鋼盤自身 Fe，Cr元素外，還有一定量的Zr，Ｐ元素 賦 存，表 明 鋼 盤 表 面 有 α－ZrP 固 體 膜 存在。
圖９是四球摩擦磨損試驗機點－點 接 觸 旋 轉 運動５ｈ條件下，下試件鋼球磨損表面的3D－SEM 和EDS分析。從3D 輪廓圖中可以看到，雖然鋼 球 表面都能夠看到明顯的劃痕，但僅有α－ZrP存在時，摩擦試驗後鋼球的磨斑明顯比含有抗 氧 劑 BHT 和DPA 的磨斑大，且磨斑邊緣粗糙。對 應 的 SEM 照片也 顯 示 鋼 球 表 面 不 光 滑，α－ZrP 脂 比 含 有 抗 氧 劑脂的表面更 粗 糙，復 配 BHT 和DPA 後，鋼 球 表 面局部地方有明顯的粘 附。鋼球磨損表面的 EDS元素分析 顯 示，鋼 球 表 面 除 了 Fe，Cr元 素 外，有 一 定量的Zr，Ｐ元素賦存，表明鋼盤表面有α－ZrP固體膜存在。以上結果表明：復配抗氧劑BHT 和DPA 後，在長時間摩擦過程中摩擦副表面的磨損程度明顯減輕。
三、結論
１）含α－ZrP鋰基潤滑脂復配抗氧劑 BHT和DPA 的最佳添加質量分數為1.0％．
２）往復運動模式下，在高載荷500N，長時間５ｈ運行條件下，復配 BHT和DPA 的潤滑脂 不僅運行穩定且保持了優良的抗磨性能。
３）旋轉運動模式下，在高載荷882N，長時間５ｈ運行條件下，復配 BHT和DPA的潤滑脂 運 行穩定，保持了較好的抗磨性能。
４）3D白光幹涉儀、SEM 和EDDS對摩擦副表面的分析表明：α－ZrP與抗氧劑復配前後，在摩擦副表面有固體膜覆蓋，有效地降低了磨損。