纳米润滑剂：“皇帝的新装”式的高新科技？

　　编者按：近年来，“纳米润滑剂”概念满天飞，但与环保、绿色润滑油等认证相比，纳米润滑油产品却一直处于无序和混乱状态，“纳米”也成了某些商家想用就用的高科技“招牌”。日前，中国润滑油业内资深专家关子杰先生在中国润滑油行业第一门户——中国润滑油信息网（www.sinolub.com ）发文，阐述对“纳米润滑剂”的研究和见解。

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　　【正文】
 

　　“皇帝的新装”式的高新科技-对纳米润滑剂的讨论

　　文/关子杰

　　“皇帝的新装”的寓言家喻户晓，说的是连幼稚的小孩也能看出的事情，却被人为披上美丽的外衣，而那些饱学之士却出于某些目的，不但不以揭穿，还连声叫好。不要认为仅是笑话，却发生在科技发达的以实事求是为基础的今天，摩擦学的“纳米润滑油”添加剂是否就属于这类笑话，相关理论和报告的学术观点有待商榷。

　　一，前言

　　2006年开始中国工程院牵头，由16位院士及63位专家组织起来以摩擦学应用为题，对我国的工矿企业作了约二年的调研，写出了“摩擦学科学及工程应用现状及发展战略研究”的报告㈠(以下简称“战略报告”)，此报告应是我国在此领域最高挡次的杰作，文中关于纳米润滑剂有如下一段话：

　　“虽然我国在纳米摩擦学方面巳经取得了多项具有国际先进水平甚至领先的成果，但我国润滑剂生产的两大龙头企业中却没有研究开发自己的纳米润滑剂产品，反而是一些国外公司和小型民营企业在销售和推广它们的纳米节能抗磨产品”。责备我国的主流润滑剂企业因没有纳米润滑剂产品而跟不上形势。这些老院士专家们的观点值得商榷。在我国据说己进行了“二十多年研究”而至今仍“处于起步阶段”的纳米润滑剂，其中的数据和说法缺乏基本摩擦磨损和润滑理论的支持。令人大惑不解，国内外润滑剂行业动态中纳米润滑剂的位置在哪里？

　　1，国际润滑剂行业。全球性润滑剂龙头企业如美孚，壳牌，BP等的产品手册没有纳米润滑剂产品；他们来华的专家谈到未来产品趋向也没有纳米产品。

　　2，国际润滑剂添加剂行业。全球头几位的润滑剂添加剂公司如Lubrizol路博润，Oronit奥伦耐，Infinium润英联，AFTON雅夫顿等也没有做纳米添加剂，2014年笔者亲口询问全球最大的润滑剂添加剂公司-路博润公司副总裁唐崇飞先生(TSUNG FEI YANG)，他的回答是“我们不搞这些东西”。

　　3，专业著作：近期一些国外润滑剂专著，如①，“(Lubricante Additives润滑剂添加剂 )”第二版，2008年出版，中译本今年由石化出版社出版；②，“(Lbricants润滑剂)”，2014。5出版，其目录中并没有有关纳米添加剂的章节内容。

　　国内外润滑剂及润滑剂添加剂的龙头企业以润滑剂及其添加剂为主业，不但有本专业最強大的科研开发团队及带头人，有齐全的耗资巨大的分析评定设备，应该最清楚什么是润滑剂学科的前沿，如果他们在掌握本行业的最新技术及未来动向上步子稍慢，就会影响该公司在市场竞争中生存和排名，为什么现在他们对最“时髦”的纳米兴趣不大？

　　目前我国从事纳米润滑材料攻关的一些高校， 他们不是以润滑剂和添加剂制造为主课而又不从事润滑剂生产，他们并无直接参与润滑油或添加剂新产品从开题到研制，生产及市场服务全过程的经历，就靠一些的零碎知识及几台小型模拟试验仪器，没有经过台架评定和使用试验，其“多项具有国际先进水平甚至领先的成果”，值得商榷。再看看“报告”中提出的搞纳米润滑剂的民营润滑剂公司，他们的人力资源、研发条件非常有限，他们的纳米润滑剂产品也需经过科学评定和实践检验。

　　综上所述，是国内外润滑剂主业全体对早己“扬名”的纳米润滑剂的忽视还是我们摩擦学院士们的认识有偏差？事实是检验真理的唯一标准，我们仅用润滑油及工程机械的科普知识就可看出这些“战略研究”中的纳米润滑材料中的问题。

　　二，纳米润滑剂的特性

　　由中国石化出版社于2010年出版，方建华等编著的“润滑油添加剂手册”㈢中第5章，名为“纳米润滑油添加剂”，文中较系统的总结了纳米润滑油添加剂情况，其中参考资料有数十篇，也较新，应有一定代表性，就以此文内容为主看看纳米润滑油添加剂的情况。

　　1，从润滑油基本知识看：

　　1)，㈢中列出纳米润滑油添加剂的物理化学特性共七条，没有一条与润滑油摩擦学性能有直接关系。

　　2)，减摩抗磨特性

　　超卓的摩擦学特性是纳米润滑油添加剂的标榜的最大优势，但㈢的全部数据说明其摩擦学性能很一般，其暴露的问题有：

　　①，四球机的最大卡咬负荷Pb和烧结负荷Pd。按试验方法，Pb最大测量值3098N，Pd最大为7845N。㈢中有此二值数据的有7个表格，其中纳米润滑油添加剂的Pb实测最大值为1520N，Pd实测最大值为2000N，仅为方法最大值的中下水平，现在很多同类市售润滑油添加剂在加入量与其相等或低于时都能达到或大于其最大值。表明纳米润滑油添加剂的Pb和Pd都远低于现有同类添加剂的水平。

　　问题是文中为了掩盖这一点，不把其结果与现有同类添加剂比较，而是与Pb和Pd最差的基础油比较，说在”此剂添加量为…Pd是基础油的近3倍，添加量为…Pb几乎是基础油的3倍”，这种评价在模拟试验方法中是不太科学的。

　　②，文中还列了很多四球机的常磨实测数据，摩擦系数曲线等，但都是与基础油作参比油，少与同类现有添加剂作比较。

　　③，四球机测试，摩擦系数测试等，仅是一些小型简易的模拟试验方法，是筛选性方法，用作趋向性的初步判断，与实际使用的摩擦学性能还相差很远，如评定内燃机油和车辆齿轮油的抗磨损性能和节能性能，国际有一套通用的标准台架试验方法，要用指定的试验发动机或汽车后桥按规定的试验条件操作一定时间后，对某些零配件作测定，不同品种及挡次的油有规定的及格分数线，这些试验设备及方法我国北京和兰州润滑油中心有一部分，经这些试验程序通过后其性能才有说服力，其他的油品也要有某些机械经一定数量同类设备一定时间使用后的表现才能肯定，现有市售的主力添加剂大多有这些试验数据。纳米添加剂没有一个这种试验数据，光凭几个模拟试验数据与肯定摩擦学性能还相差甚远，何况这些模拟数据并不好。

　　3)，润滑剂产品规格是保证产品质量的基本要求，如果添加剂的加入使其中一项指标不合格，这个添加剂会被否定。如内燃机油的硫酸灰分是一项基本指标，主要来自含金属化合物的清净添加剂，是在活塞环岸生硬积炭的罪魁，其中明确提出要求的是欧洲内燃机油规格，2011年硫酸灰分要求≯1。6%，现有的添加剂配方已使油的硫酸灰分接近此值，而纳米添加剂为金属化合物戓纯金属，加量1%会使油中硫酸灰分大于1%了，无需加其他剂此值就超标。其他还有许多指标也全要考虑，但㈢中并用无纳米添加剂调成合格润滑油的数据。

　　4)，成本及生产难度？与现有同类添加剂相比有无优势？其成本减去由此增加的效益后有无盈余？都没有说明。

　　从上说明，现有数据并不能表明纳米材料有好的摩擦学性能，模拟试验数据与现有同类添加剂水平差距大，也没有证明其实用性。

　　2，从机械基本知识看：

　　纳米添加剂另一优点是有自修复功能，也是此添加剂独有的功能，按㈡的说法是：“其自修复机理是在巳产生磨损结果后，通过磨擦作用在摩擦副表面形成具有一定几何厚度和力学强度的纳米层，重新修复填补摩擦磨损表面，获得良好的润滑效果”。也就是说含纳米添加剂的润滑油在设备中运转，其纳米添加剂会粘附在金属表面生成牢固的有宏观厚度及足够机械强度的纳米层，能使磨损了的摩擦副尺寸复原，既不用停机换易损件又保证了设备的标准性能。

　　按机械维修常识，自修复还应做到以下二点，才有实用性：

　　●在不同机械不同操作条件下，对不同摩擦副及不同金属材料都能自修复

　　●仅对过度磨损部位作修复，对磨损不超标部位及修复达标后不再继续修复

　　但是至目前为止，所有报告中的试验数据或事实中，没有任何一个能证明纳米润滑剂具有上述“自修复”性能。

　　㈢中列了所有自称具有“自修复”功能的纳米粒子的“修复”试验中，没有任何数据证明上述说法，如“4。1MGO/Sio2复合纳米粒子的抗磨自修复性能中，图5-4和5-5，5-6载荷和转速越高，环块重量变小，时间长则环块增重” ，说明抗磨性很差，且增重无止境。又如“4。11纳米胶囊铜的抗磨自修复性能，图5-29试块重随时间变化无规律”。这些数据根本就不能证明试块经试验后表面生成“有一定几何厚度和力学强度的纳米层”。

　　若真能如上述的修复，从常识看，问题就更大，理由如下：

　　①，这些添加剂不能用于正常运转的设备，因为这些设备磨损量都在无需“修复”范围内，而这类设备占了在服役设备的绝大多数。

　　②，设备的摩擦副的金属材质各不相同，都是设计时严格选择的最佳匹配，纳米添加剂都复盖了全部摩擦副表面，也破坏了原来的科学匹配，进而影响了设备性能及寿命。

　　③，设备的加工表面粗糙度也是设计的要求，其中的坑起贮润滑油的微油池作用，纳米添加剂把这些坑填平，成了“超光滑” ，破坏了微油池，使摩擦磨损加剧。欧洲内燃机油专有一缸套抛光(P0lish)的标准试验评定此性能(方法号CECL-101-08)。笼统的“超光滑”是机械的祸害。

　　④，纳米添加剂能吸附在金属表面达到一定厚度纳米层，若此厚度为0.1mm，则只有1nm吸附在金属表面，其他9999个纳米粒子重迭自相吸附才达到此厚度，说明纳米柆子能强烈地自相吸附成固体，这些凝聚的纳米粒子团会在油中堵塞油道滤网甚至产生磨粒磨损。

　　问题是在所有的纳米添加剂资料中，除了不断吹捧其优点外，从未正式承认它有任何缺点，对于在油中凝聚的严重缺点，用对其”修饰”加以掩饰，修饰后相互吸附没有了，自修复也就没有了。

　　⑤，纳米添加剂”修复”到金属表面，油中的添加剂浓度会迅速下降，其性能也迅速消失，是短命添加剂。

　　从上述，仅从简单的机械常识及他们的“自修复”试验表明，”自修复”的提法是不成立的，也是不可取的，在纳米前冠以“自修复”一万遍也没有自修复。

　　3，从对其机理的解释也表明研究者的结论缺乏理论支持

　　①，“球轴承”说。如果纳米粒子能起“球轴承”作用，常识告诉我们:一要全部粒子是均匀且直径相同的正园形，否则不能滚；二要此粒子的机械强度大于基体，否则被压扁；三要基体表面平滑，但前两点不可能做到更没有证明。而后一点，基体表面都有粗糙度，峰和谷之差及坑口宽的尺寸为微米级，比它们小一千倍的纳米“粒”如何在这些峰谷上滚动？此说法纯属臆测。

　　②，关于自修复更是“神”机理，㈡中如是说：“由于零件自身的热、力、电化学等特性摩擦副表面会随着机械摩擦过程自发地调整表面结构和摩擦状态，获得最优化的摩擦条件，自发的获得低的摩擦系数和磨损率，表现出了一定程度自组织自适应下的自修复作用”，也就是说，无需任何理由，也无需我们采取任何措施，机械摩擦时就能“自发”的按我们的意志调整到最佳状态。太神了，就算熟了的苹果”自发”地掉到牛顿头上，也是有理由的啊！

　　其次，㈡文中对纳米成膜有四条“推测”，且不说推测并不成立，即使成立也仅说了纳米粒在金属表面成纳米薄膜，没有说纳米粒成厚层的理由，更没有说明此厚层能达到一定的机械强度而又能抗磨的理由。

　　纳米润滑剂工作巳开展了二十多年，仍称处于“起步” 阶段，己太漫长了，2000年后几年的论文内容与十多年后的今天对照，模式基本相似，并不是致力于为其优点做得更深入，更突出，更扎实，为其应用于市场下功夫， 而是致力于不断开发新纳米润滑剂品种，性能水平原地踏步。

　　某些固体物体细微到纳米级后，某些特性有变异，可能用于新用途，但并不是用在所有领域都有奇迹，能否用作高性价比的润滑油添加剂？要做扎实的基础性工作，而不是披着“纳米”神奇外衣盲目吹捧，从不讲缺点又努力掩盖缺点。

　　其实，要证明纳米粒子的摩擦学性能非常简单，只要把经筛选最有希望的纳米粒子与其他添加剂复合做成符合规格的内燃机油或车辆齿轮油中，按相应的标准程序台架试验方法在北京戓兰州的润滑油评定中心试验，其试验结果与市场同类油比较就可证明。

　　要证明自修复性能也很简单，只要到机械修理厂挑数台易损件已过度磨损尺寸超标，性能已下降的设备，加含纳米粒子的合格润滑油运转后，多数设备性能上升达标，拆机后各摩擦副易损件尺寸复原，再装机继续运转易损件不会继续再增厚，才是真正实用的自修复。当然这些试验应在机械，油及第三方共同参与下进行，这样结果是可信的，现市场主要润滑油添加剂及其配方都经历这个过程，如果纳米添加剂真有宣传上那么神奇的话，为什么不这样做？如果再过几年仍在摆弄几个模拟试验数据曲线而自称国际水平，恐怕皇帝的新装变为皇帝的旧装了。

　　4，小结

　　1)，现有的纳米润滑剂工作数据表明其摩擦学性能不如现有的同类添加剂，也没有做与各类基础油、其他添加剂的相容性考察及能否做成合格润滑油产品和性价比等研究。

　　2)，所谓”自修复”仅戴上”自修复”帽子而没有任向证明有实用”自修复”试验数据。

　　3)，所谓”机理”缺乏机械和润滑剂基本知识。

　　4)，众多”纳米”论文仅在不断变换品种，后面的性能、往商品化上的工作停步不前。

　　5，建议

　　“纳米”润滑剂经二十多年发展，应己很成熟，应己有成熟的品种，建议拿出1-3个最成功的品种作认真的评定。一是请润滑剂评定中心负责，把其按指定量的纳米添加剂与其他添加剂一起加上特定基础油中做成一个成品润滑油，按此油规格的项目作分析评定，评定结果与现市售相应润滑油评定结果比较；二是请机械工程学会维修分会负责，抽出数台有代表性的因易损件过度磨损而待维修的设备，加上有指定的”自修复”添加剂的润滑油，经指定的工况运转后拆捡，测最易损件尺寸。 

　　参考资料

　　(一)，谢友柏主编；摩擦学科学及工程应用现状及发展战略研究；高等教育出版社2009，3。

　　(二)，李进等；在线自修复磨损添加剂的机理及发展现状；润滑油与燃料；2014，4-5。

　　(三)，方建华等；润滑剂添加剂手册；中国石化出版社；2010，9。

　　作者简介

　　【关子杰】毕业于中国石油大学。曾任兰州炼油厂研究所室主任、深圳太阳石油公司总经理、茂名石化南海高级润滑油公司总工程师，总经理、茂名石化副总工程师、高工。出版出《润滑油应用与采购指南》、《合成润滑剂及其应用》、《润滑油应技术问答》、《润滑油与设备故障诊断技术》、《金属加工液基础与应用》、巜内燃机润滑油应用原理》等多部著作。 

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