2021-03-01 48

在台灣,談到機油,通常與極壓劑密不可分,因為台灣普遍存在落後思想…機油中添加越多"活性極壓劑"(油精) ,就是上帝,就是天神。很多油商使用一部機器叫做"抗磨測試機"網路公開或到修車廠挨家挨戶推銷,聲稱自家產品有多好有多棒,疊了那麼多的重量機器持續運轉(乾磨損測試).將這種添加劑加入引擎後會飛天會鑽地,天花亂墜一大篇後,可憐的車主們,你們的引擎開始被腐蝕你們知道嗎?今天我們就要談談甚麼是極壓劑,他是否是機油中必要的成分?添加極壓劑之後又會對引擎造成甚麼樣的影響呢?

什麼是極壓劑?


潤滑性添加劑主要區分為減低摩擦力,以及磨耗控制兩類。前者包括減摩劑、固體潤滑劑等,後者包括抗磨劑、極壓劑等。

『極壓添加劑』,簡稱極壓劑,是給在高溫高壓的摩擦作業中,給機件形成一層保護膜的添加劑。



極壓添加劑(EP, Extreme Pressure)作用於邊界摩擦域~混合摩擦域間,主要功用是在油膜完全/幾近破裂時,抑制所有磨耗中最嚴重的熔執(Scuffing, Scoring,曳行,擦損)現象

熔執現象是兩摩擦面的微觀突起(peak, asperity)碰撞、發生局部閃點高溫而互焊融接、繼而因剪應力而撕裂分離,造成大面積、深度的表面破壞。極壓劑在閃點溫度作用下(500°C以上),與金屬表面快速反應,生成較低摩擦係數、較低抗剪強度的保護膜(如硫化鐵),互相接觸的微觀突起撕裂分離時,保護膜與部份突起的金屬被剝離,進而使突起的高度降低、減低整體粗糙度、增加有效接觸面積。因此在使用含極壓劑的潤滑劑一段時間之後,高負荷的摩擦面應會變得比較光滑。

由於極壓添加劑是因為高溫而與金屬起反應,壓力並不是直接因素,因此也有人稱之為極溫添加劑(Extreme Temperature),也稱之為抗熔執添加劑(Anti-Scuffing)

極壓劑與抗磨劑並沒有絕對的分別,很多抗磨劑都具備一定程度的極壓劑特性,反之亦然,事實上任一種抗磨/極壓添加劑是被認定為極壓或抗磨劑,根據的是個別廠商的主觀認知。參考下圖,含極壓劑的基礎油一般而言在較輕度的摩擦工況下的摩耗量高於含抗磨劑者,但在重度磨擦工況下抗磨劑無法防止摩擦面咬死、而極壓劑可藉由加速摩耗量來防止咬死。

常見的極壓劑為硫化烯烴、直烷/環烷磷酸鹽、胺基鹽等。硫化物與氯化物的極壓效果最佳,但由於環保因素氯化物已退出市場。

極壓添加劑僅對金屬間的重度摩擦有效。由於極壓劑有可能腐蝕銅合金(蝸齒減速機中常用銅製作蝸輪)、對潤滑劑的抗氧化性能有負面影響,因此極壓劑並非廣泛被使用於工業潤滑劑中。




抗磨添加劑(Anti-Wear, AW)作用於混合摩擦域,主要目的為抑制較輕微的正常磨耗。

抗磨劑依其化學成份不同,作用機制亦大不相同。共通的特性是在一般摩擦的溫度下即開始反應形成保護膜覆蓋大部份的表面,而非僅形成於有實際接觸的突起點附近。

最常見的抗磨劑是ZDDP(二烷基二硫代磷酸鋅, Zinc DialkylDithioPhosphate)。原本開發作為抗氧化劑與防蝕劑,但被發現有非常優良的抗磨耗性能與一定程度的抗極壓性能,因此廣泛使用於各種工業潤滑劑之中。

抗磨劑與極壓劑同樣僅對金屬間摩擦有潤滑作用。兩者的主要目的都是磨耗控制,相較於減摩劑與固體潤滑劑,覆蓋抗磨劑與極壓劑保護膜的金屬表面摩擦係數較高。

由於抗磨劑與極壓劑需與金屬表面進行化學反應,因此對於不鏽鋼等合金鋼,因含低反應活性的鉻,抗磨劑與極壓劑的效果明顯較差。

商業販售的潤滑劑不一定會特別註明是否含有抗磨劑、極壓劑,但含有專用極壓劑的產品一般會在產品敘述中以「抗壓性能優異」之類的詞彙加以暗示。

極壓劑是否是機油中的必要成分?


一般來說,只要你用符合車廠規定的機油,它的黏度產生的油膜足夠保護整個引擎,
唯獨一個例外,就是凸輪軸,到目前為止,依然沒辦法光靠機油的油膜保護凸輪軸。

所以為了要延長凸輪軸的使用壽命,極壓劑在機油添加劑中佔了很重要的地位。
機油的極壓劑成分很多,但是最主要成分有兩種,一是鋅(Zinc,Zn),另外一種是磷(Phosphorum,P)

在1996年以前,為了保護凸輪軸,油商會在機油裡面添加大量的極壓劑,
汽車引擎機油都會添加各1300~1400ppm的鋅和磷。
柴油引擎機油更是添加到1600~1800ppm的含量


1996年開始,美國汽車開始有重大的轉折,那就是排氣管強制加裝觸媒轉換器,
但是機油極壓劑裡的鋅和磷會讓觸媒轉換器提早失效。
於是在美國引起是否要降低極壓劑含量的爭論

最後API以節能、環境保護為理由再次要求降低機油鋅磷含量

極壓劑是否是機油中的必要成分?

並非如此,他算是個輔助加成的角色,所有的潤滑性添加劑,都是為了改善潤滑劑在邊界摩擦(Boundary Friction)~混和摩擦(Mixed Friction)時的潤滑能力而加入工業用潤滑劑的(參考Stribeck曲線圖)。在邊界摩擦與混和摩擦狀態,由於油膜未能完全隔離兩摩擦面,而有相當程度的固體直接接觸,需要透過化學或物理方式保護摩擦面以降低磨損程度。



上圖顯示各種潤滑添加劑在抗摩耗上的作用(僅為概念示意)






上圖顯示各種潤滑添加劑在減低摩擦係數上的作用(僅為概念示意)




通常使用極壓劑,是因為他能與基體金屬表面產生作用,直接化學反應,生成反應膜。但隨著溫度與金屬材料性質的改變,都會影響極壓劑本身的效用,且當兩種或三種以上化合物同時使用時,可能產生交互作用,可能加成效果或是互相牴觸。



添加極壓劑之後,對引擎造成的影響

引擎內部扮演關鍵角色的組件"波司"就是以銅為主的材質。 
根據維基百科所述:極壓添加劑僅對金屬間的重度摩擦有效。

由於極壓劑有可能腐蝕銅合金,對潤滑劑的抗氧化性能有負面影響,因此極壓劑並非廣泛被使用於工業潤滑劑中。

一般市售品牌機油不願意添加"非活性極壓劑",道理很簡單,非常昂貴! 活性與非活性極壓劑價差非常大。

如果您懂得愛車如何保護,請盡量不要選擇使用這種會飛天鑽地的"油精",

不僅容易衰退劣化,更可能腐蝕您愛車的引擎機件。

索爾機油與機油添加劑,皆選用非活性極壓劑,首重節能環保且經過熱安定實驗證明耐溫度高達350度以上、耐酸度也高!

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