【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 水對(duì)表面的活性起對(duì)抗作用的介質(zhì)會(huì)影響膜的生成。 ? 運(yùn)動(dòng)副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的工況決定了邊界潤(rùn)滑是否成功，如速度、載荷大小、溫度等。 53 邊界潤(rùn)滑 ? 三、邊界潤(rùn)滑條件下的摩擦系數(shù) ? 發(fā)生邊界潤(rùn)滑時(shí)，其中一部分區(qū)域產(chǎn)生金屬表面直接接觸，這時(shí)摩擦力等于剪斷表面粘附部分的剪切阻力與邊界膜分子之間的剪切阻力之和： 1( 1 )F A A? ? ? ?? ? ?式中， A表示承受全部載荷的面積； a表示發(fā)生金屬直接接觸部分的百分?jǐn)?shù)； τ金屬粘附部分的剪切強(qiáng)度； τ1邊界膜的剪切強(qiáng)度。 54 邊界潤(rùn)滑 ? 說(shuō)明：由上式可知，當(dāng)邊界膜能起到很好的潤(rùn)滑作用時(shí)，摩擦系數(shù)決定于邊界膜內(nèi)部的剪切強(qiáng)度，由于它比干摩擦?xí)r金屬的剪切強(qiáng)度低的多，所以摩擦系數(shù)也小的多； ? 當(dāng)邊界膜的潤(rùn)滑效果較差時(shí)，摩擦面的粘結(jié)點(diǎn)較多，因而摩擦系數(shù)增大，磨損隨之增大。 ? 因此，運(yùn)動(dòng)副摩擦表面的摩擦特性是依靠邊界潤(rùn)滑的作用來(lái)改善的。 55 邊界潤(rùn)滑 ? 四、對(duì)邊界潤(rùn)滑劑的要求 ? ，能阻止表面微凸體將潤(rùn)滑劑膜穿透，因而可以減緩磨損過(guò)程； ? 強(qiáng)度，也就是摩擦力??； ? ，以便在高溫下也能產(chǎn)生保護(hù)膜。 56 邊界潤(rùn)滑 ? 五、形成邊界膜的物理 化學(xué)過(guò)程 ? ：在邊界潤(rùn)滑系統(tǒng)中，當(dāng)潤(rùn)滑劑分子在范德華表面力作用下吸附在表面上時(shí)稱為物理吸附。 ? 由于物理吸附分子的結(jié)合較弱，物理吸附的邊界潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)溫度較為敏感，因?yàn)闊崮芤鹉さ娜诨?，因此只限用于平均溫度及摩擦生熱較低的工況條件下。 57 邊界潤(rùn)滑 ? ? 當(dāng)潤(rùn)滑劑分子通過(guò)化學(xué)鍵的作用吸附在表面上時(shí)，稱為化學(xué)吸附。 ? 化學(xué)吸附需要活化能量，具有較高的吸附熱，熔點(diǎn)較高，化學(xué)吸附膜可在其熔點(diǎn)以下保持有效的潤(rùn)滑，一般可在中等的負(fù)載、溫度與滑動(dòng)速度條件下起潤(rùn)滑作用。 58 邊界潤(rùn)滑 ? ? 當(dāng)潤(rùn)滑劑分子與固體表面之間有化合價(jià)電子交換時(shí)就發(fā)生反應(yīng)，形成一種新化合物，化學(xué)反應(yīng)膜厚度只受通過(guò)晶體晶格擴(kuò)散的過(guò)程支配，它具有較高的活性與鍵能。大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)膜的界面潤(rùn)滑劑分子中含有硫與磷原子，可以在表面生成硫化物及磷化物，這些膜比物理吸附與化學(xué)吸附膜更穩(wěn)定，潤(rùn)滑效果更好。 ? 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的邊界潤(rùn)滑劑適合在重載荷、高溫度和高滑動(dòng)速度工況下使用，但限于使用可與表面產(chǎn)生反應(yīng)的潤(rùn)滑劑。 59 邊界潤(rùn)滑 ? 六、 “ 爬行 ” 現(xiàn)象 ? 作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦副在其驅(qū)動(dòng)載荷和載荷保持恒定的情況下出現(xiàn)時(shí)而停止時(shí)而跳躍或者忽快忽慢、運(yùn)動(dòng)不均勻的現(xiàn)象一般稱為 “ 爬行 ” 。 ? 爬行現(xiàn)象是由于摩擦副間的摩擦特性所引起的一種張弛型自激振動(dòng)，是一種有害現(xiàn)象，機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)部件發(fā)生爬行，破壞了進(jìn)給的均勻性，影響工件的加工精度和表面光潔度，摩擦表面磨損增加，使車床不能正常工作。 60 邊界潤(rùn)滑 ? 爬行現(xiàn)象很容易在承受重載的滑動(dòng)摩擦副中出現(xiàn)，如車床工作臺(tái)與床身導(dǎo)軌由靜止?fàn)顟B(tài)起到瞬間及低速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生，此時(shí)摩擦面一般處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，一般而言可以從以下途徑消除爬行現(xiàn)象： ? ，使之成為流體潤(rùn)滑，或是采用邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下具有優(yōu)良潤(rùn)滑性能的潤(rùn)滑劑。 ? ，例如消除絲杠間的間隙，提高傳動(dòng)部件的穩(wěn)定性。 ? ，增加系統(tǒng)阻振性能。 ? ，使之摩擦系數(shù)降低，不易膠合。 61 氣體潤(rùn)滑 ? 氣體也是一種潤(rùn)滑劑，通過(guò)動(dòng)壓或靜壓方式由足夠壓力的氣膜將運(yùn)動(dòng)副表面分開(kāi)，承受外力作用，從而降低運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力與表面磨損。 ? 優(yōu)點(diǎn)： ? 摩擦系數(shù)低，在高速下發(fā)熱小，溫度低； ? 由于溫度引起的氣體粘度變化小，工作溫度范圍較廣； ? 氣體潤(rùn)滑膜比液體潤(rùn)滑膜薄的多，在高速支撐中容易獲得較高的回轉(zhuǎn)精度； ? 空氣采用方便，不會(huì)變質(zhì)，不會(huì)引起污染； ? 在放射性環(huán)境或其他環(huán)境下能正常工作，不受放射等的影響。 62 氣體潤(rùn)滑 ? 缺點(diǎn)： ? 和相同尺寸的液體支撐件相比，承載能力要低，剛度較差； ? 必須有氣源由外部供給潔凈而干燥的空氣； ? 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生振蕩； ? 對(duì)支撐元件的制造精度及表面光潔度要求較高； ? 排氣噪音較高。 63 潤(rùn)滑油脂 ? 概述 ? 在潤(rùn)滑材料方面，礦物潤(rùn)滑劑占總量的 95%以上，目前全世界產(chǎn)量達(dá)兩千萬(wàn)噸以上，約占石油產(chǎn)量的 2%。這主要是因?yàn)槭彤a(chǎn)量豐富，而且能通過(guò)各種精制工藝得到質(zhì)量較優(yōu)的潤(rùn)滑油。 ? 上世紀(jì) 50年代起，合成潤(rùn)滑油得到較大發(fā)展，以滿足一般石油潤(rùn)滑油無(wú)法滿足的苛刻使用要求，如各種耐高低溫、高真空輻射、化學(xué)介質(zhì)等使用條件下的潤(rùn)滑油。 ? 隨著近代機(jī)械工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)潤(rùn)滑材料性能提出了更高的要求，單純的通過(guò)潤(rùn)滑油的工藝改進(jìn)或合成某種新型化合物，滿足不了使用要求，所以，潤(rùn)滑油使用各種添加劑得到迅速發(fā)展，目前成為潤(rùn)滑油中不可缺少的組成部分。 64 潤(rùn)滑油 ? 一、潤(rùn)滑油的組成和性質(zhì) ? 組成石油的主要元素是碳和氫。這兩種元素占石油組成的 96%99%，其中碳大約占 85%87%，氫約占 11%14%，碳?xì)浠衔锖?jiǎn)稱烴。 ? 根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)的不同，分為烷烴，環(huán)烷烴，芳香烴以及環(huán)烷芳香烴。 ? 潤(rùn)滑油的粘度及氧化性等主要性質(zhì)，便是由這些烴類的組成決定。 65 潤(rùn)滑油 ? 對(duì)于粘度來(lái)說(shuō)，烷烴比環(huán)烷烴和芳香烴等環(huán)狀烴的粘度要低，但卻具有平滑的粘度溫度曲線，即高的粘度指數(shù)。在環(huán)烷烴中，粘度隨分子中環(huán)數(shù)的增加而增加。 ? 對(duì)于氧化安定性來(lái)說(shuō)，環(huán)烷烴較芳香烴易被氧化，且在高溫時(shí)極易氧化而生成羧酸和羥酸等氧化產(chǎn)物，同時(shí)出現(xiàn)粘稠性沉淀。 ? 環(huán)烷烴的氧化性隨環(huán)數(shù)的增加而氧化安定性變差，環(huán)烷烴的分子越大，越容易引起氧化，引起氧化產(chǎn)物增多，油品使用性質(zhì)變壞。環(huán)烷芳香烴很容易氧化生成大量酸性物質(zhì)和氧化迭合產(chǎn)物。 66 潤(rùn)滑油 ? 二、潤(rùn)滑油的氧化和變質(zhì) ? 潤(rùn)滑油的氧化安定性是一個(gè)極重要的指標(biāo)，因?yàn)橛推吩谑褂弥凶冑|(zhì)的主要原因是氧化。 ? 潤(rùn)滑油在使用和長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中，在一定條件下與氧氣與空氣接觸便會(huì)氧化變質(zhì)，生成羧酸、膠質(zhì)等氧化物。這些氧化物溶解或分散在油中，便會(huì)使油的顏色變暗，粘度和酸值增大并生成沉淀等，而且會(huì)腐蝕金屬。 67 ? 潤(rùn)滑油的氧化程度主要影響因素為： ? ：溫度是氧化的主要因素 ? ：氧化隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而加深，吸收氧的數(shù)量隨之成倍的增加。 68 潤(rùn)滑油 ? 三、潤(rùn)滑油添加劑 ? 添加劑一般為各種極性化合物、高分子聚合物和含有硫、磷等活性元素的化合物，在潤(rùn)滑油中加入少量這些化合物，能使?jié)櫥偷母黜?xiàng)性能呈現(xiàn)嶄新的特性或得到更為滿意的油品。 ? 添加劑大致可分為兩類：一類為影響潤(rùn)滑油物理性質(zhì)的添加劑，如各種降凝劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑、增粘劑等；另一類為在化學(xué)方面起作用的添加劑，如各種抗氧劑、防銹劑、極壓抗磨劑等。 69 合成潤(rùn)滑油 ? 合成潤(rùn)滑劑是一種新型潤(rùn)滑材料，它是用有機(jī)合成的方法制得的具有特定結(jié)構(gòu)和性能的潤(rùn)滑油。 ? 由于它具有特殊的使用性能，能夠滿足一般礦物潤(rùn)滑劑不能滿足的日益苛刻的使用要求，隨著工業(yè)水平的提高和航空、宇航機(jī)其他尖端技術(shù)的發(fā)展，合成潤(rùn)滑劑迅速發(fā)展起來(lái)，近年來(lái)，由于石油供應(yīng)短缺，世界能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，進(jìn)一步刺激了合成潤(rùn)滑油的發(fā)展。 70 潤(rùn)滑脂 ? 潤(rùn)滑脂是一種（或多種）稠化劑和一種（或幾種）潤(rùn)滑液體所組成的具有塑性的潤(rùn)滑劑。從機(jī)械觀點(diǎn)出發(fā)，即在低載荷時(shí)，潤(rùn)滑脂呈現(xiàn)出固體的性質(zhì)，而在某個(gè)臨界負(fù)荷時(shí)，潤(rùn)滑脂開(kāi)始塑性變形（類似液體一樣流動(dòng)），去掉負(fù)荷后，又恢復(fù)固體的性質(zhì)。 ? 所以潤(rùn)滑脂不是一種新的化合物，而不過(guò)是在潤(rùn)滑液里面添加了一些能起到稠化作用的物質(zhì)，把液體滯化成半固體。 ? 最常見(jiàn)的潤(rùn)滑脂是 “ 黃油 ” ，它是用脂肪酸鈣皂稠化石油潤(rùn)滑油而成。 71 潤(rùn)滑脂 ? 如上所述，潤(rùn)滑脂包含有稠化劑和潤(rùn)滑液體，并根據(jù)需要添加各種添加劑。 ? （基礎(chǔ)油） ? 潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑性質(zhì)基本上仍取決于所含有的潤(rùn)滑液體的潤(rùn)滑性質(zhì)，因?yàn)闈?rùn)滑液在潤(rùn)滑脂中占 90%左右。常用的有石油潤(rùn)滑油、合成烴油等。 ? ? 稠化劑是潤(rùn)滑脂中重要的組成部分，它是被相對(duì)均勻的分散而形成潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)的固體顆粒，在潤(rùn)滑液體中被表面張力或其他物理力所固定而形成潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)。這種固體顆?？梢允抢w維狀，如金屬皂，也可以是扁平狀或球狀，但均要求顆粒要極其細(xì)小并能均勻分布于潤(rùn)滑液中。 ? ? 添加劑的作用是提高潤(rùn)滑脂的使用效果，可根據(jù)不同的使用要求添加不同的添加劑。如膠溶劑可以使顆粒的分布更加均勻，調(diào)節(jié)潤(rùn)滑脂的稠度和纖維結(jié)構(gòu)；添加含硫、磷的化合物可提高潤(rùn)滑脂的抗磨性。 72 固體潤(rùn)滑 ? 一、研究固體潤(rùn)滑的意義 ? 由于現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要，特別是航空工業(yè)、空間技術(shù)的發(fā)展，要求得到適應(yīng)更加苛刻的工作條件下使用的潤(rùn)滑劑。 ? 這些新的使用條件，超過(guò)了潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的使用極限，促使人們尋找新的潤(rùn)滑材料，發(fā)展新的潤(rùn)滑方法以滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。 73 固體潤(rùn)滑 ? 二、固體潤(rùn)滑的定義及分類 ? ? 為防止與保護(hù)表面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)免于損壞以及減少摩擦和磨損在表面上使用的粉末狀或薄膜狀固體稱為固體潤(rùn)滑劑。 ? 注：許多固體潤(rùn)滑材料在界面上僅以熔融狀態(tài)潤(rùn)滑，例如玻璃和水，這些不是固體潤(rùn)滑劑，但它們是被研究的對(duì)象之一；許多固體潤(rùn)滑劑具有層狀的結(jié)構(gòu)，如石墨、二硫化鉬。 74 固體潤(rùn)滑 ? ? 如何分類存在爭(zhēng)議，有三類主張：分為金屬與非金屬；有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料；層狀與非層狀。 ? 三、固體潤(rùn)滑劑優(yōu)缺點(diǎn)及用途 ? ? 使用范圍廣 ? 承載能力強(qiáng) ? 低速下防粘 滑性能好 ? 可用于不易密封的地方 ? 在真空中能發(fā)揮良好的潤(rùn)滑作用 ? 能在有腐蝕的地方不加保護(hù)的使用 ? 能簡(jiǎn)化潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高可靠性 75 固體潤(rùn)滑 ? ? 固體潤(rùn)滑劑摩擦系數(shù)大，能量損失大 ? 固體潤(rùn)滑劑沒(méi)有冷卻作用，許多情況下需添加附屬的冷卻設(shè)備 ? 固體潤(rùn)滑劑作覆蓋膜使用時(shí)，壽命有限 ? 以塑料為基體的固體潤(rùn)滑劑強(qiáng)度較低，耐溫性差，導(dǎo)熱性不良 ? 克服缺點(diǎn)的方法：尋找新材料及改進(jìn)使用方法 76 固體潤(rùn)滑 ? ? 在高負(fù)荷及高溫條件下，如熱鍛、高溫?cái)D壓、壓鑄等 ? 高速條件下，如火箭發(fā)射架導(dǎo)軌、磁懸軸承、高速離心機(jī) ? 低速條件下，如機(jī)床導(dǎo)軌 ? 超低溫環(huán)境，如制冷機(jī)的低溫軸承、活塞環(huán)及密封件 ? 大量塵土、泥沙的情況，如農(nóng)用機(jī)械、建筑礦山機(jī)械的齒輪軸承等 ? 有腐蝕的環(huán)境中，如化工機(jī)械 ? 須簡(jiǎn)化潤(rùn)滑設(shè)施的地方，如火箭、人造衛(wèi)星上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件 ? 需長(zhǎng)期存放而不影響使用性能的情況下，如導(dǎo)彈防衛(wèi)系統(tǒng)、安全裝置、飛機(jī)駕駛盤的保險(xiǎn)裝置 77 固體潤(rùn)滑 ? 四、固體潤(rùn)滑劑的使用方法 ? ? 將固體潤(rùn)滑劑作成整體零部件的例子有：塑料制成的齒輪、軸承、凸輪、滾動(dòng)軸承，以及將具有一定特性的材料（導(dǎo)電性能很好的石墨、硬度很高的陶瓷）直接制成石墨電刷、刀刃支撐等，用玻璃纖維、石墨纖維等增強(qiáng)的具有自潤(rùn)滑性能塑料制品也是這類方法。 78 固體潤(rùn)滑 ? ? 通過(guò)各種手段將固體潤(rùn)滑劑覆蓋在摩擦表面上使之成為具有一定自潤(rùn)滑性能的干膜，也是固體潤(rùn)滑劑的一種廣泛的方法。 ? 對(duì)干膜的要求：無(wú)論什么方法成膜，希望所獲得干膜摩擦系數(shù)低，耐磨壽命長(zhǎng)，膜對(duì)底材的粘結(jié)能力大，固體潤(rùn)滑劑要有足夠的內(nèi)聚力，以建立足夠厚的膜來(lái)防止被底材表面微凸體磨穿并具有一定數(shù)量的潤(rùn)滑劑儲(chǔ)存，干膜要具備較高的承載能力，具有較高的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)還要有一定的硬度。 79 固體潤(rùn)滑 金屬類型 預(yù)處理方法 鋼 噴砂、電火花處理、磷酸處理 鋁 陽(yáng)極氧化處理、化學(xué)生膜處理 鍍鉻及鎳 噴砂或蒸汽處理 鈦 噴砂或蒸汽處理 鍍鋅 磷酸處理 銅及銅合金 電解液浸漬 鎂 重鉻酸處理 ?在成膜過(guò)程中，底材表面處理方法不同直接影響干膜的摩擦性能和使用壽命，不同的表面處理方法將影響干膜的硬度及固體潤(rùn)滑劑在底材上的粘結(jié)能力。一般金屬材料底材的預(yù)處理見(jiàn)表 55. 表 55 常用金屬的底材預(yù)處理工藝 80 固體潤(rùn)滑 ? 常用膜的制備方法有以下幾種： ? 粘結(jié)膜：用粘結(jié)劑將固體潤(rùn)滑劑粘結(jié)在底材上形成的固體潤(rùn)滑干膜叫粘結(jié)膜。其工序一般包括底材的準(zhǔn)備、粘結(jié)劑的制備及干膜的制備。 ? 濺射膜：濺射是一種真空沉積過(guò)程，在高真空條件下，保持射頻頻率的高壓正負(fù)極之間產(chǎn)生放電，在放電時(shí)通入一定量的易電離的氣體，電離粒子以高速?gòu)恼龢O沖向負(fù)極打擊負(fù)極材料的表面，使負(fù)極材料飛濺出來(lái)，沉積需要成膜的表面形成的膜叫濺射膜。 ? 濺射膜主要應(yīng)用于要求極薄的固體潤(rùn)滑膜存在的場(chǎng)合或是用于公差要求嚴(yán)格、摩擦碎片少的場(chǎng)合，適合高精度、低負(fù)荷、低速下的作為精密光學(xué)儀