【文章內(nèi)容簡介】 水對表面的活性起對抗作用的介質(zhì)會影響膜的生成。 ? 運動副相對運動時的工況決定了邊界潤滑是否成功，如速度、載荷大小、溫度等。 53 邊界潤滑 ? 三、邊界潤滑條件下的摩擦系數(shù) ? 發(fā)生邊界潤滑時，其中一部分區(qū)域產(chǎn)生金屬表面直接接觸，這時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數(shù)； τ金屬粘附部分的剪切強度； τ1邊界膜的剪切強度。 54 邊界潤滑 ? 說明：由上式可知，當邊界膜能起到很好的潤滑作用時，摩擦系數(shù)決定于邊界膜內(nèi)部的剪切強度，由于它比干摩擦時金屬的剪切強度低的多，所以摩擦系數(shù)也小的多； ? 當邊界膜的潤滑效果較差時，摩擦面的粘結點較多，因而摩擦系數(shù)增大，磨損隨之增大。 ? 因此，運動副摩擦表面的摩擦特性是依靠邊界潤滑的作用來改善的。 55 邊界潤滑 ? 四、對邊界潤滑劑的要求 ? ，能阻止表面微凸體將潤滑劑膜穿透，因而可以減緩磨損過程； ? 強度，也就是摩擦力??； ? ，以便在高溫下也能產(chǎn)生保護膜。 56 邊界潤滑 ? 五、形成邊界膜的物理 化學過程 ? ：在邊界潤滑系統(tǒng)中，當潤滑劑分子在范德華表面力作用下吸附在表面上時稱為物理吸附。 ? 由于物理吸附分子的結合較弱，物理吸附的邊界潤滑系統(tǒng)對溫度較為敏感，因為熱能引起膜的融化，因此只限用于平均溫度及摩擦生熱較低的工況條件下。 57 邊界潤滑 ? ? 當潤滑劑分子通過化學鍵的作用吸附在表面上時，稱為化學吸附。 ? 化學吸附需要活化能量，具有較高的吸附熱，熔點較高，化學吸附膜可在其熔點以下保持有效的潤滑，一般可在中等的負載、溫度與滑動速度條件下起潤滑作用。 58 邊界潤滑 ? ? 當潤滑劑分子與固體表面之間有化合價電子交換時就發(fā)生反應，形成一種新化合物，化學反應膜厚度只受通過晶體晶格擴散的過程支配，它具有較高的活性與鍵能。大多數(shù)化學反應膜的界面潤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吸附膜更穩(wěn)定，潤滑效果更好。 ? 產(chǎn)生化學反應的邊界潤滑劑適合在重載荷、高溫度和高滑動速度工況下使用，但限于使用可與表面產(chǎn)生反應的潤滑劑。 59 邊界潤滑 ? 六、 “ 爬行 ” 現(xiàn)象 ? 作相對運動的摩擦副在其驅動載荷和載荷保持恒定的情況下出現(xiàn)時而停止時而跳躍或者忽快忽慢、運動不均勻的現(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，是一種有害現(xiàn)象，機床進給傳動部件發(fā)生爬行，破壞了進給的均勻性，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 邊界潤滑 ? 爬行現(xiàn)象很容易在承受重載的滑動摩擦副中出現(xiàn)，如車床工作臺與床身導軌由靜止狀態(tài)起到瞬間及低速運動過程中產(chǎn)生，此時摩擦面一般處于邊界潤滑狀態(tài)，一般而言可以從以下途徑消除爬行現(xiàn)象： ? ，使之成為流體潤滑，或是采用邊界潤滑狀態(tài)下具有優(yōu)良潤滑性能的潤滑劑。 ? ，例如消除絲杠間的間隙，提高傳動部件的穩(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 氣體潤滑 ? 氣體也是一種潤滑劑，通過動壓或靜壓方式由足夠壓力的氣膜將運動副表面分開，承受外力作用，從而降低運動時的摩擦阻力與表面磨損。 ? 優(yōu)點： ? 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； ? 氣體潤滑膜比液體潤滑膜薄的多，在高速支撐中容易獲得較高的回轉精度； ? 空氣采用方便，不會變質(zhì)，不會引起污染； ? 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 氣體潤滑 ? 缺點： ? 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； ? 動態(tài)穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生振蕩； ? 對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 潤滑油脂 ? 概述 ? 在潤滑材料方面，礦物潤滑劑占總量的 95%以上，目前全世界產(chǎn)量達兩千萬噸以上，約占石油產(chǎn)量的 2%。這主要是因為石油產(chǎn)量豐富，而且能通過各種精制工藝得到質(zhì)量較優(yōu)的潤滑油。 ? 上世紀 50年代起，合成潤滑油得到較大發(fā)展，以滿足一般石油潤滑油無法滿足的苛刻使用要求，如各種耐高低溫、高真空輻射、化學介質(zhì)等使用條件下的潤滑油。 ? 隨著近代機械工業(yè)的飛速發(fā)展，對潤滑材料性能提出了更高的要求，單純的通過潤滑油的工藝改進或合成某種新型化合物，滿足不了使用要求，所以，潤滑油使用各種添加劑得到迅速發(fā)展，目前成為潤滑油中不可缺少的組成部分。 64 潤滑油 ? 一、潤滑油的組成和性質(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%，碳氫化合物簡稱烴。 ? 根據(jù)其組成結構的不同，分為烷烴，環(huán)烷烴，芳香烴以及環(huán)烷芳香烴。 ? 潤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 潤滑油 ? 對于粘度來說，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。 ? 對于氧化安定性來說，環(huán)烷烴較芳香烴易被氧化，且在高溫時極易氧化而生成羧酸和羥酸等氧化產(chǎn)物，同時出現(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 潤滑油 ? 二、潤滑油的氧化和變質(zhì) ? 潤滑油的氧化安定性是一個極重要的指標，因為油品在使用中變質(zhì)的主要原因是氧化。 ? 潤滑油在使用和長期儲存過程中，在一定條件下與氧氣與空氣接觸便會氧化變質(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，便會使油的顏色變暗，粘度和酸值增大并生成沉淀等，而且會腐蝕金屬。 67 ? 潤滑油的氧化程度主要影響因素為： ? ：溫度是氧化的主要因素 ? ：氧化隨著時間的延長而加深，吸收氧的數(shù)量隨之成倍的增加。 68 潤滑油 ? 三、潤滑油添加劑 ? 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，在潤滑油中加入少量這些化合物，能使?jié)櫥偷母黜椥阅艹尸F(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：一類為影響潤滑油物理性質(zhì)的添加劑，如各種降凝劑、粘度指數(shù)改進劑、增粘劑等；另一類為在化學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 合成潤滑油 ? 合成潤滑劑是一種新型潤滑材料，它是用有機合成的方法制得的具有特定結構和性能的潤滑油。 ? 由于它具有特殊的使用性能，能夠滿足一般礦物潤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、宇航機其他尖端技術的發(fā)展，合成潤滑劑迅速發(fā)展起來，近年來，由于石油供應短缺，世界能源危機日趨嚴重，進一步刺激了合成潤滑油的發(fā)展。 70 潤滑脂 ? 潤滑脂是一種（或多種）稠化劑和一種（或幾種）潤滑液體所組成的具有塑性的潤滑劑。從機械觀點出發(fā)，即在低載荷時，潤滑脂呈現(xiàn)出固體的性質(zhì)，而在某個臨界負荷時，潤滑脂開始塑性變形（類似液體一樣流動），去掉負荷后，又恢復固體的性質(zhì)。 ? 所以潤滑脂不是一種新的化合物，而不過是在潤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。 ? 最常見的潤滑脂是 “ 黃油 ” ，它是用脂肪酸鈣皂稠化石油潤滑油而成。 71 潤滑脂 ? 如上所述，潤滑脂包含有稠化劑和潤滑液體，并根據(jù)需要添加各種添加劑。 ? （基礎油） ? 潤滑脂的潤滑性質(zhì)基本上仍取決于所含有的潤滑液體的潤滑性質(zhì)，因為潤滑液在潤滑脂中占 90%左右。常用的有石油潤滑油、合成烴油等。 ? ? 稠化劑是潤滑脂中重要的組成部分，它是被相對均勻的分散而形成潤滑脂結構的固體顆粒，在潤滑液體中被表面張力或其他物理力所固定而形成潤滑脂結構。這種固體顆粒可以是纖維狀，如金屬皂，也可以是扁平狀或球狀，但均要求顆粒要極其細小并能均勻分布于潤滑液中。 ? ? 添加劑的作用是提高潤滑脂的使用效果，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)潤滑脂的稠度和纖維結構；添加含硫、磷的化合物可提高潤滑脂的抗磨性。 72 固體潤滑 ? 一、研究固體潤滑的意義 ? 由于現(xiàn)代工業(yè)技術發(fā)展的需要，特別是航空工業(yè)、空間技術的發(fā)展，要求得到適應更加苛刻的工作條件下使用的潤滑劑。 ? 這些新的使用條件，超過了潤滑油、潤滑脂的使用極限，促使人們尋找新的潤滑材料，發(fā)展新的潤滑方法以滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。 73 固體潤滑 ? 二、固體潤滑的定義及分類 ? ? 為防止與保護表面在相對運動時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滑劑。 ? 注：許多固體潤滑材料在界面上僅以熔融狀態(tài)潤滑，例如玻璃和水，這些不是固體潤滑劑，但它們是被研究的對象之一；許多固體潤滑劑具有層狀的結構，如石墨、二硫化鉬。 74 固體潤滑 ? ? 如何分類存在爭議，有三類主張：分為金屬與非金屬；有機材料與無機材料；層狀與非層狀。 ? 三、固體潤滑劑優(yōu)缺點及用途 ? ? 使用范圍廣 ? 承載能力強 ? 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)揮良好的潤滑作用 ? 能在有腐蝕的地方不加保護的使用 ? 能簡化潤滑系統(tǒng)的設計，提高可靠性 75 固體潤滑 ? ? 固體潤滑劑摩擦系數(shù)大，能量損失大 ? 固體潤滑劑沒有冷卻作用，許多情況下需添加附屬的冷卻設備 ? 固體潤滑劑作覆蓋膜使用時，壽命有限 ? 以塑料為基體的固體潤滑劑強度較低，耐溫性差，導熱性不良 ? 克服缺點的方法：尋找新材料及改進使用方法 76 固體潤滑 ? ? 在高負荷及高溫條件下，如熱鍛、高溫擠壓、壓鑄等 ? 高速條件下，如火箭發(fā)射架導軌、磁懸軸承、高速離心機 ? 低速條件下，如機床導軌 ? 超低溫環(huán)境，如制冷機的低溫軸承、活塞環(huán)及密封件 ? 大量塵土、泥沙的情況，如農(nóng)用機械、建筑礦山機械的齒輪軸承等 ? 有腐蝕的環(huán)境中，如化工機械 ? 須簡化潤滑設施的地方，如火箭、人造衛(wèi)星上的相對運動部件 ? 需長期存放而不影響使用性能的情況下，如導彈防衛(wèi)系統(tǒng)、安全裝置、飛機駕駛盤的保險裝置 77 固體潤滑 ? 四、固體潤滑劑的使用方法 ? ? 將固體潤滑劑作成整體零部件的例子有：塑料制成的齒輪、軸承、凸輪、滾動軸承，以及將具有一定特性的材料（導電性能很好的石墨、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、石墨纖維等增強的具有自潤滑性能塑料制品也是這類方法。 78 固體潤滑 ? ? 通過各種手段將固體潤滑劑覆蓋在摩擦表面上使之成為具有一定自潤滑性能的干膜，也是固體潤滑劑的一種廣泛的方法。 ? 對干膜的要求：無論什么方法成膜，希望所獲得干膜摩擦系數(shù)低，耐磨壽命長，膜對底材的粘結能力大，固體潤滑劑要有足夠的內(nèi)聚力，以建立足夠厚的膜來防止被底材表面微凸體磨穿并具有一定數(shù)量的潤滑劑儲存，干膜要具備較高的承載能力，具有較高的抗壓強度，同時還要有一定的硬度。 79 固體潤滑 金屬類型 預處理方法 鋼 噴砂、電火花處理、磷酸處理 鋁 陽極氧化處理、化學生膜處理 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滑劑在底材上的粘結能力。一般金屬材料底材的預處理見表 55. 表 55 常用金屬的底材預處理工藝 80 固體潤滑 ? 常用膜的制備方法有以下幾種： ? 粘結膜：用粘結劑將固體潤滑劑粘結在底材上形成的固體潤滑干膜叫粘結膜。其工序一般包括底材的準備、粘結劑的制備及干膜的制備。 ? 濺射膜：濺射是一種真空沉積過程，在高真空條件下，保持射頻頻率的高壓正負極之間產(chǎn)生放電，在放電時通入一定量的易電離的氣體，電離粒子以高速從正極沖向負極打擊負極材料的表面，使負極材料飛濺出來，沉積需要成膜的表面形成的膜叫濺射膜。 ? 濺射膜主要應用于要求極薄的固體潤滑膜存在的場合或是用于公差要求嚴格、摩擦碎片少的場合，適合高精度、低負荷、低速下的作為精密光學儀