摩擦學(xué)研究領(lǐng)域的進展和發(fā)展趨勢-文庫吧資料
2025-06-26 06:58本頁面
【正文】 化學(xué)膜所承擔的標準負荷Wc可以表示為： Wc = APo (3)流體效應(yīng)所承擔的負荷Wh可以表示為： Wh = W – Wc (4)Wh/W = 1 – Wc/W = 1 – Po/Pv (5)圖19是不同滑動速度下流體效應(yīng)和直接接觸所承擔負荷的變化曲線。這時候的潤滑處于混合的、完全彈性流體動力潤滑的狀態(tài)。而在磨斑的中心部分，相當于2個光滑面的干摩擦，因此高速下強烈的流體效應(yīng)使得磨斑相當?shù)男。喾吹?，較低速度下弱的流體效應(yīng)使磨斑增大。圖 17 不同壓力下表觀壓力與滑動速度之間的關(guān)系用光學(xué)顯微鏡觀察點摩擦下的潤滑劑流動狀態(tài)，可以看到?jīng)]有明顯的潤滑劑從磨斑的出口流出，而在磨斑周圍有可見的潤滑劑流動（圖18）。通過上述方法，可以推導(dǎo)出下列的線性方程：Pv = 292 + 315v （1）其中，Pv 是包括流體效應(yīng)的表觀壓力，v是滑動速度。圖 16 壓力一定時磨斑與滑動速度的關(guān)系外推圖17中的直線與縱坐標（滑動速度為0），就可以得到不包括流體效應(yīng)的表觀壓力。從理論上講，流體效應(yīng)隨著滑動速度的降低而減小，當速度為0時減小為0。根據(jù)以上的推論，可以得到表觀壓力與滑動速度之間的關(guān)系曲線（圖17），表觀壓力定義為磨斑上相應(yīng)區(qū)域所承載的壓力。如果這個理論正確，我們可以通過對壓力－滑動速度變化曲線進行外推得到每個添加劑所生成化學(xué)膜的承載能力。當滑動速度增大時，流體效應(yīng)也提高；相反的，如果滑動速度減小為0，則全部的壓力都由化學(xué)膜承擔，即壓力作用于鋼球的直接接觸點。圖 13 液體石蠟潤滑下的鋼球磨斑表面當添加劑在邊界潤滑條件下，在摩擦表面生成化學(xué)膜后，膜的承載能力就決定了磨斑和摩擦系數(shù)的大小。如果表觀壓力等于摩擦副中較小的硬度，那么直接接觸近似于表觀接觸面積（圖12）；圖 12 液體石蠟+硫磷化合物潤滑下的鋼球磨斑表面如果潤滑過程中沒有化學(xué)膜形成，那么摩擦表面將非常粗糙（圖13）。摩擦過程中，摩擦副的壓力一部分由潤滑劑承擔，另一部分由摩擦副的直接接觸承擔；當EP/FM添加劑加入到基礎(chǔ)油中后，潤滑膜的形成對于減少表面磨損至關(guān)重要；滑動點接觸條件下，在一定的速度和壓力下，磨斑將出現(xiàn)一個特定值，當達到這個值后，磨斑在隨后的摩擦過程中不再增大，不同添加劑在同一基礎(chǔ)油中有不同值。在利用球盤實驗機對潤滑油進行評價時，可以發(fā)現(xiàn)不同類型的EP/FM添加劑潤滑下的鋼球磨斑在特定壓力和滑動速度下有一個特定值，當磨斑直徑達到這一特定值后，在隨后的摩擦過程中不再增大；只有當滑動速度減小或壓力增大時，才會使磨斑增大[22]。潤滑劑分子間適當?shù)恼持饔煤驮诒砻嫔系奈?，可以生成固體膜；較強的鍵合作用，但是較弱的粘著力，可以生成柔軟的、可變形的、可分散壓力的膜組分；可移動的物質(zhì)能夠提供易剪切的層組分，可以減少壓力向表面的滲透；根據(jù)摩擦條件苛刻程度的不同，可移動的活性物質(zhì)能夠?qū)φ澈辖M分進行補充，這一過程被稱作自修復(fù)或自復(fù)原作用，對于延長苛刻條件下的機械部件的壽命十分重要。綜合以上的概念，我們可以設(shè)想一個理想化的邊界潤滑膜模型（見圖11）。有研究表明，沒有基礎(chǔ)油復(fù)配的抗磨劑如ZDDP等單獨使用并不能表現(xiàn)出抗磨作用，這就意味著有效的抗磨膜必然伴隨著復(fù)雜的反應(yīng)產(chǎn)物，它們互相作用才能達到最佳的性能：為了承擔負荷，就必須形成硬度大的固體膜；為了分散壓力，提供犧牲性的抗剪切膜以免摩擦表面受到損害，就要生成柔軟的聚合物膜[16]；磨屑可能對于柔軟的聚合物膜有著強化作用。 ZDDP的抗磨機理ZDDP等抗磨劑在摩擦接觸過程中發(fā)生分解，在表面生成硬度大、韌性強的無定形潤滑膜。用高效液相色譜（HPLC）可以將基礎(chǔ)油分成不同的組分如飽和組分、芳香族組分和極性組分等，然后用微氧化實驗對不同的組分進行測試，所生成的有機金屬化合物用GPCGFAA進行分析，結(jié)果見圖10。在ASTM發(fā)動機程序Ⅲ氧化試驗中的凸輪軸和螺桿上，也發(fā)現(xiàn)生成了這類有機金屬化合物。光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果顯示，摩擦接觸開始1min后，邊界潤滑膜已完全生成。Klaus首先用中子活化分析方法確認了氧化后潤滑劑中油溶性有機金屬化合物的存在；Gates等人用凝膠色譜法和原子吸收光譜法對有機金屬化合物的分子量分布進行了分析[18]，圖9給出的是全合成潤滑劑（包含抗磨劑、分散劑和清凈劑等）隨著摩擦過程的進行，有機金屬化合物的分布與時間的關(guān)系。這些物質(zhì)可溶于極性溶劑如THF，并且可以用凝膠色譜按照分子量大小進行分離[16]。圖 8 225℃下不同金屬對酯類基礎(chǔ)油的氧化催化作用氧化反應(yīng)的過程中，基礎(chǔ)油的分子按照2種方式發(fā)生反應(yīng)：較小的分子通過β碳原子進行分解；大分子的化合物通過縮和反應(yīng)生成聚合物，典型的縮和反應(yīng)如下式所示：主要的化學(xué)反應(yīng)包括：氧化步驟；有機酸的生成；羥醛縮和生成高分子化合物。眾所周知，碳氫化合物的氧化機理是自由基反應(yīng)，包含鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止。因為SiC比SiN的脆度要大，需要形成更厚的潤滑膜才能起到降低摩擦的作用。圖6和7給出了兩種不同材料的潤滑膜形貌和外觀。從整體上來說，潤滑膜的外觀和形貌與其潤滑性能之間沒有直接的規(guī)律性關(guān)系[15]。如果有ZDDP或TCP等抗磨劑的存在，則潤滑膜中會含有磷酸鐵等玻璃狀的磷酸鹽成分。Nakayama等[13]觀察到在摩擦過程中有斷裂化學(xué)鍵、外逸電子和帶電粒子出現(xiàn)，這些因素都促進了摩擦化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。邊界潤滑狀態(tài)下摩擦表面之間的凹凸處發(fā)生碰撞，根據(jù)負荷和材料性質(zhì)的不同，表面會發(fā)生局部彈性形變和塑性形變，苛刻條件下還會發(fā)生斷裂。圖 5 裝有智能防震系統(tǒng)的軸承二、邊界潤滑膜的形成和潤滑機理 邊界潤滑的定義所謂邊界潤滑，是指油膜平均厚度小于摩擦副表面粗糙度狀態(tài)下的潤滑，在相對運動過程中存在表面之間的直接接觸。 智能系統(tǒng)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和傳感器新技術(shù)的出現(xiàn)，使二者結(jié)合后衍生出的智能系統(tǒng)給了摩擦學(xué)研究令人振奮的推動力。由于涂層技術(shù)能夠保持長期穩(wěn)定有效的潤滑，體現(xiàn)出了相對于潤滑油的極大優(yōu)勢，這一領(lǐng)域的理論研究和技術(shù)發(fā)展會變得越來越重要。 表面最優(yōu)化設(shè)計在過去的40年，一個在實踐中非常有效但基礎(chǔ)理論研究又極為缺乏的領(lǐng)域是表面處理和涂層技術(shù)，很多有效的處理過程已經(jīng)得到了廣泛的商業(yè)應(yīng)用。過去的幾年中所提出的數(shù)個
語文相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1