Etude du mécanisme d'action du dialkyldithiophosphate de zinc en régime de lubrification limite Mechanism of Boundary Lubrication with Zinc Dialkyldithiophosphates

Abstract

Le mécanisme d'action de l'isobutyl-isopentyl dithiophosphate de zinc en régime de lubrification limite a été étudié grâce à la comparaison des films superficiels apparaissant par simple immersion et au cours du frottement, en présence de cet additif. Deux étapes de ce mécanisme ont ainsi pu être mises en évidence : 1) Avant sa décomposition dans l'huile, le DTPZn réagit avec la surface pour former un film de sulfure et d'oxyde métallique dont l'épaisseur ne peut atteindre généralement que quelques 1/1000 de micromètre Cette réaction se traduit, au niveau de la molécule, par la rupture d'une partie des liaisons thiophosphorées et par un échange ionique entre le métal support et Zn2+. 2) Après la dégradation, dans l'huile, des liaisons P-O-C de la molécule de DTPZn, les produits phosphorés de cette décomposition s'adsorbent ou réagissent en surface pour constituer un film de phosphates de quelques 1/10 de micromètre. Parallèlement les produits soufrés (mercaptans, disulfures), issus de la décomposition du DTPZn dans l'huile ou en surface, réagissent indépendamment avec le métal. L'activité extrême-pression de l'additif qui provient de la formation de sulfure métallique en surface est donc fonction de l'affinité du métal support vis-à-vis du soufre. Bien que l'effet de la température ne suffise pas à expliquer la décomposition du DTPZn, au cours du frottement, les intermédiaires réactionnels de la dégradation de l'additif par simple chauffage ou entre les éprouvettes de frottement sont très proches. En effet, la décomposition partielle de l'additif, par chauffage préalable, favorise la formation du film phosphoré sur les surfaces de frottement, ce qui confère au lubrifiant une efficacité plus grande. The action mechanism of isobutyl-isopentyl zinc dithiophosphate in the boundary lubrication regime was analyzed by comparing surface films appearing by simple immersion and during friction, in the presence of this additive. Two stages in this mechanism were thus revealed:1) Before its decomposition in oil, DTPZn reacts with the surface to form a sulfide and metal-oxide film that is generally only a few 1/1000 micrometre thick. At the level of the molecule, this reaction causes the rupture of part of the thiophosphorated bonds and an ion exchange between the support metal and Zn2+. 2) After degradation of the P-O-C bonds of the DTPZn molecule in oil, the phosphorated products of this decomposition are adsorbed or react on the surface to form a phosphate film of some 1 /10 micrometreAt the same time the sulfur-containing products (mercaptans, disulfides) coming from the decomposition of DTPZn in oil or on the surface react independently with the metal. The extreme-pressure activity of the additive coming from the formation of metallic sulfide on the surface thus depends on the affinity of the metal support with regard to sulfur. Although the effect of temperature does not suffice to explain the decomposition of DTPZn during friction, the reaction intermediates from the degradation of the additive by simple heating or between test samples are quite similar. Indeed, the partial decomposition of the additive by prior heating enhances the formation of the phosphorated film on friction surfaces, thus giving the lubricant greater efficiency.