极压抗磨剂是指能够提高润滑油在极压条件下防止滑动的金属表面烧结、擦伤和磨损的化学品。人们把能够减小摩擦副间摩擦和磨损、防止摩擦面烧结的各种添加剂统称为载荷添加剂（load-carrying additive）。载荷添加剂按其作用性质可分为油性剂、抗磨剂和极压剂三类，但抗磨剂和极压剂之间的区分并不是十分严格，有时也很难区分，在某些应用中被归类为抗磨剂，而在另一些应用中则被归类为极压剂，有些添加剂兼具有极压和抗磨两种性质，因此按国内石油添加剂的分类，把载荷添加剂分成油性剂和极压抗磨剂两类。

极压抗磨剂（extreme pressure and antiwear agent 或 EP-antiwear agent）是随着齿轮、尤其 是随着双曲线齿轮的发展而发展起来的。最早使用的油性剂是动植物油脂，第一个使用的极压剂是元素硫。齿轮技术最大的发展之一是美国从1926年开始使用准双曲线齿轮，它有较大的传递负荷的能力，较大的抵抗齿轮破坏的能力，重心低，操作平稳，是滑动和滚动相结合，对润滑油的要求非常高。原来含动植物油脂的润滑油无法满足其要求，含元素硫极压剂的润滑油虽然有良好的抗擦伤性能，但不能解决双曲线齿轮的润滑问题。为此在20世纪30年代中期研制出了硫-氯型极压抗磨剂，用在双曲线齿轮润滑中，性能是良好的。它能满足高速和适当负荷的轿车对润滑油的要求，但在卡车中，特别是在高扭矩低速条件下磨损依然很严重。随后在20世纪30年代末开发出的硫化鲸鱼油使含硫极压抗磨剂的性能得到了很大的提高，用硫化鲸鱼油和铅皂配制的硫-铅型齿轮油广泛应用在工业齿轮的润滑上。直到50年代在硫-氯型添加剂中引入含磷化合物，配制成的硫-磷-氯-锌型齿轮油，既可以满足轿车又可以满足卡车的要求。但由于硫-磷-氯-锌型齿轮油的热稳定性和氧化安定性不太好，60年代以后逐渐被新开发的硫-磷型添加剂所取代，这种硫-磷型添加剂在高速抗擦伤性、高温安定性和防锈性能方面均优于硫-磷-氯-锌型添加剂。此后，对含硫含磷极压抗磨剂单剂性能提高及与各添加剂的复合性能研究较多，近年来由于环保方面的要求，对低硫低磷及无硫无磷型极压抗磨剂的研究较多，如有机金属盐类、硼酸盐类、过碱性磺酸盐类等，作为高含硫磷型极压抗磨剂的替代产品，现已进入实际应用阶段。

4.7.1 组成结构

润滑油极压抗磨剂的品种繁多，组成各不相同。目前，常用的极压抗磨剂有含氯极压抗磨剂、含硫极压抗磨剂、含磷极压抗磨剂、有机金属盐极压抗磨剂、碱性磺酸盐极压抗磨剂等多种类型。 硼酸盐极压抗磨剂和过

含氯极压抗磨剂主要为氯化烃类化合物，如氯化石蜡、五氯联苯等。

含硫极压抗磨剂主要为硫化烃类和硫化酯类化合物，如硫化烯烃、二硫化二苄、烷基多

合物，如磷酸酯、磷酸酯胺盐、硫代磷酸酯、硫代磷酸酯胺盐等。、有金属的有机化合物，如二烷基二硫代磷酸销（ZDP）、二

二硫代磷酸钼（MoDDP）、二烷基二硫代氨基甲酸钼（MoDTC）和环烷酸铅等。

（店剂主要指由刷酸盐微粒被表面活性剂包裹形成的油溶性载荷胶团，如常用的硼酸盐有偏硼酸钠、偏硼酸钾、三硼酸钾等。

过性被热极压抗磨剂的组成结构与过碱性磺酸盐清净剂相同，是由碳酸盐微粒与破酸盐形成的油溶性纳米级载荷胶团，如过碱性磺酸钙、磺酸钠、磺酸钡等。

各类极压抗磨剂的组成不同，极压抗磨的机理不同，性能特点也不同。含硫、磷或氯极压抗磨剂在极压状态时产生的高压、高温条件下，会与金属表面发生化学反应，生成剪切强度较低的硫化、磷化或氯化金属固体保护膜，把两金属面隔开，从而防止了金属的磨损和烧结。其中含硫极压抗磨剂形成的膜具有良好的抗烧结能力和耐负荷能力，多用于高速高负荷的情况；含磷极压抗磨剂形成的膜具有良好的抗磨抗擦伤性能，适用于低速高负荷的情况；两者复合使用具有协同作用，特别是含硫的磷化物在冲击负荷和高速下具有保护金属表面的效果。含氯极压抗磨剂形成的膜临界剪切强度低，摩擦系数小，但是其耐热强度较低，遇水会腐蚀设备，目前有少量用于金属加工油。金属盐极压抗磨剂在极压状态下会生成较为复杂的金属无机化合物，沉积在金属表面形成保护膜起到抗磨作用；硼酸盐极压抗磨剂通过沉积在摩擦表面上，生成具有弹性且粘附力很强的硼酸盐保护膜起到抗磨作用；过碱性磺酸盐极压抗磨剂也是通过沉积在摩擦表面上生成主要以金属碳酸盐为主，且在靠近金属表面处为以金属氧化物为主的双层无机保护膜起到极压抗磨作用。

4.7.2 作用机理

极压抗磨剂的类型不同，其作用机理不同，适用的条件也不同。

（1）含氯极压抗磨剂

含氯极压抗磨剂在使用过程中会首先吸附于金属表面，随着摩擦面间负荷的增加及温度的升高，导致有机氯化物分解或C-Cl键断裂生成氯原子或HC1，并与金属表面反应生成FeCl2或FeCl，保护膜，显示出抗磨和极压作用。

氯化铁膜为层状结构（与石墨和二硫化钼相似），具有临界剪切强度低、摩擦系数小的

特点，但氯化铁膜的熔点相对较低，因此其耐热强度低，在300～400℃时就会破裂，另外在

遇水时会水解生成盐酸和氢氧化铁，失去润滑作用，并引起化学磨损和锈蚀。因此，含氯添

加剂在无水及低于350℃的条件下使用较为有效。

（2）含硫极压抗磨剂

普遍认为含硫极压抗磨剂的极压抗磨性能与硫化物的C-S键能有关，较弱的C-S键

能较容易生成防护膜，具有较好的抗磨效果。有机硫化物的作用机理首先是在金属表面上吸

附，降低金属面之间的摩擦；随着负荷的增加，金属面间接触点的温度瞬时升高，有机硫化物与金生成应形成硫醇铁覆盖膜，从而起抗磨作用；随着负荷的进一步提高，C-S链开始

附在金属表面，

断裂，生成硫化铁固体膜，起极压作用起抗脂作用，随打压抗脂剂，在使用过程中首先吸

所示：

随着负荷的增加及金属面时开高，S-S键断裂并与金属反应形成

醇铁覆盖膜，随着负荷的进一步提围面间温度院时开硫化铁固体膜。

硫化铁膜熔点高（FeS的熔点为1193℃），耐热性好，因此含硫极压抗磨剂抗烧结负荷

。硫化铁膜没有氯化铁膜那样的层状结构，其摩擦系数比氯化铁膜大，且硫化铁膜较脆，

所以含硫极压抗磨剂的抗磨性较差。

（3）含磷极压抗磨剂

对含磷极压抗磨剂的作用机理先后有两种不同的说法，早期的观点认为吸附在金属表面一步与铁生成低熔点的共融合金流向凹部，使摩擦表面变光滑，防止了磨损，称这种作用为学抛光。后来佛伯斯（Forbes）等人经研究认为在边界润滑条件下，含磷极压抗磨剂分解后与铁反应生成亚磷酸铁或磷酸铁，而非磷化铁。即含磷极压抗磨剂在使用过程中首先吸附在铁表面上，在边界条件下发生C-0键断裂，与铁反应生成亚磷酸铁或磷酸铁有机膜，起抗磨作用；在极压条件下，有机磷酸铁膜进一步反应，生成无机磷酸铁反应膜，使金属之间不发生直接接触，从而保护了金属，起极压作用。

通常含磷极压抗磨剂的极压抗磨损性与水解稳定性有关，水解稳定性越差，其极压抗磨损性越好。在含磷极压抗磨剂中，次膦酸酯和膦酸酯的极压性最差，因为次膦酸酯和膦酸酯的C-P键比磷酸酯的C-0-P键要稳定。在磷酸酯中，酸性磷酸酯比中性磷酸酯的抗烧结性能要好，因为酸性磷酸酯在金属表面吸附力和反应性都较强。含磷极压抗磨剂的极压性

能大小顺序为：

磷酸酯胺盐＞磷酸酰胺≥亚磷酸酯≥酸性磷酸酯＞磷酸酯＞膦酸酯＞次膦酸酯

一般来说，含磷极压抗磨剂的热稳定性越差，其抗磨性越好，但抗磨的持久性下降，添加剂消耗就快。热稳定性依赖于酯化的烷基类型，烷基芳基的热稳定性最好，其次是仲及伯烷基。通常有机磷添加剂是与有机硫添加剂复合应用的，这主要是为了通过有机硫添加剂来改善生成防护膜的强度和韧性。

防止有机金属盐展抗验剂有机金属盐根压抗磨剂的组成不同，形成的固体的组的和，有二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）生成的固体膜是由聚磷酸锌、合物等组版，该顺具有较强的抗磨和负荷承载能力。环烷酸铅极压剂在铁表面与铁发生管换，生成铅的薄膜，当有含硫添加剂存在时，在铁表面会生成含有硫酸铅、 硫化铅、硫化铁、铅等组分的极压性能更好的保护膜。

（5）硼酸盐极压抗磨剂

硼酸盐极压抗磨剂的作用机理与含硫、磷、氯等极压抗磨剂不同，它在极压状态下不是

通过与金属表面发生化学反应，生成化学膜来起润滑作用，而是由于摩擦副在相互滑动时金

属表面会产生电荷，使硼酸盐微粒发生电泳移向金属表面并沉积，在摩擦表面上生成具有弹

性且粘着力很强的半固体，这种硼酸盐膜的厚度是一般极压剂形成的极压膜的10～20倍，

具有良好的抗磨和极压性能，特别能承受冲击负荷。由于硼酸盐膜不是通过极压抗磨剂与金

属表面反应生成的，因此也将这种类型的极压膜称为“非牺牲”膜。

（6）过碱性磺酸盐极压抗磨剂

根据已有的对过碱性磺酸盐抗磨机理研究的结果来看，其在金属表面形成的保护膜由两层组成，靠近金属表面的一层是由金属氧化物和铁组成的，上面是一层主要由金属碳酸盐组成的膜。由此可见，过碱性磺酸盐在使用过程中，处于金属表面间的碱性磺酸盐胶团随金属间摩擦强度的不断增大，磺酸盐上的碳链就会被切断，进而磺酸盐中的金属离子键断裂，释放出其中的金属碳酸盐微粒并沉积在金属表面，形成保护膜，其中靠近金属表面的金属碳酸盐会分解出金属氧化物并与铁形成一层极压性更好的保护膜，对金属表面起到保护作用。目前对碱性磺酸盐的极压抗磨性能还有待进一步研究，但其在金属切削过程中的极压抗磨效果不亚于含硫、含磷和含氯极压抗