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潤滑的分類

文章來源:日騰潤滑油  人氣:340  發表時間:2017-12-08

潤滑的分類

    用潤滑劑來隔開摩擦表面,防止它們直接接觸,就是通常所說的“機械的潤滑”。根據潤滑油在摩擦表面上所形成潤滑膜層的狀態和性質,潤滑分為流體潤滑和邊界潤滑兩大類型。

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    (1) 流體潤滑 流體潤滑又稱液體潤滑,它是在摩擦副的摩擦面被一層具有一定厚度并可以流動的流體層隔開時的潤滑。此時摩擦面間的流體層,稱為流體潤滑的潤滑膜層。

    流體潤滑膜層具有三個特點: 一是具有流動性,可以流動,摩擦阻力小,但容易流失;二是具有一定的流體壓力,可起到平衡外載負荷的作用;三是流體層需達到一定的厚度,保證摩擦面間的微凸體相互之間不發生接觸。

    流體潤滑的摩擦系數很小,在0. 001~0.01 之間,磨損也非常低,是潤滑中一種最理想的狀態。其缺點是流動液體層的形成較困難,需特定的條件,同時所形成的流體層易于流失,承受負荷的能力有限。

    流體潤滑根據流體潤滑膜產生的方式,分為流體靜壓潤滑、流體動壓潤滑及彈性流體動壓潤滑三種類型。

    ①流體靜壓潤滑。通過外部油泵提供的壓力實現流體潤滑的方式稱為流體靜壓潤滑。潤滑中,油品在高壓油泵的作用下通過油路輸送到軸承底部的油腔中,利用油的壓力和流動的沖力將支承的軸頂起,以此形成軸與軸套之間的流體油層。由于這種潤滑油層的形成與軸承的運轉狀況無關,無論軸承的轉速高或低,即使在靜止狀態時也可以保證摩擦面上有著足夠厚度的流動油層,因而稱之為流體靜壓潤滑。這種潤滑方式的缺點是設備昂貴、復雜。

    ②流體動壓潤滑。通過軸承的轉動或摩擦面在櫻形間隙中的滑動而產生油壓自動形成流體油膜的方式叫做流體動壓潤滑。流體動壓潤滑廣泛應用干滑動軸承和高速滑動摩擦部件之中,是機械設備中應用最普遍的潤滑方式。

     滑動軸承在運轉過程中,由于軸和軸套間隙中潤滑油受到高速轉動軸的摩擦力作用,隨同軸一起轉動,在轉動中油進入軸承底部相接觸的摩擦區域時,由于軸與軸套間呈楔形間隙,油流通道變小,使油受到擠壓,因而產生油壓。油壓的產生使軸受到一個向上的作用力,當軸承的轉速足夠高,產生的油壓達到一定值時,就可以將鈾拾起,在摩擦面間形成一層流動的油層。

    ③彈性流體動壓潤滑。彈性流體動壓潤滑是一種比較復雜的情況,它是在流動油層已存在的前提下,摩擦面對油層擠壓并伴隨著金屬表面和潤滑油性質發生變化的過程。彈性流體動壓潤滑主要存在于齒輪和滾動軸承的潤滑中。在齒輪和滾動軸承中,摩擦件的運動方式及摩擦面的接觸方式同滑動軸承完全不同?;瑒虞S承中摩擦件的相對運動和摩擦面的接觸都是滑動的方式。而在齒輪部件和滾動軸承中,摩擦副的運動方式是一個摩擦件相對干另一個摩擦件的滾動,摩擦面的接觸是從分離到接觸,接觸后再分離的“離合”過程。在這個“離合”過程中,如果摩擦部位存在著潤滑油,則會形成對油的擠壓。由于在接觸點上負荷壓力的作用會使金屬面產生形變,接觸面積增大,同時油受到擠壓而使得黏度增大,變得黏稠,因此在機械高速運轉的摩擦過程中,則往往在潤滑油尚未從摩擦面完全擠出的瞬間,就已經完成了一個 “離合”擠壓的過程,摩擦面上仍保持著一層呈流體狀態的油層。

    流體潤滑膜的形成與油品的性質關系密切,從以上幾種流體潤滑膜形成過程的討論可以看出,流體油膜形成的起因是流體油壓的產生,而油壓的產生則與流體在摩擦面上的流動阻力的大小,即油品的黏牲有關。試驗證明,油品的黏度越大,油品越黏稠,在摩擦面保持流體潤滑層的能力就越強。因此,在大負荷尤其是低轉速形成流體潤滑膜困難的條件下,應盡量選用黏度大的油品,而在小負荷、高轉速的條件下,則可使用低黏度的潤滑油。

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   (2) 邊界潤滑 摩擦表面被一層極薄的(約0,01μm)、呈非流動狀態的潤滑膜隔開時的潤滑稱為邊界潤滑。與流體潤滑相比,邊界潤滑中的潤滑膜層呈非流動狀態,能穩定地保持在摩擦表面,它的形成不需要類似流體潤滑的種種條件,并具有很高的承受負荷的能力。因而在機械潤滑中也得到了廣泛的應用。在所有難以形成流體潤滑的摩擦機件上,潤滑形式往往是邊界潤滑。

    在邊界潤滑狀態下,摩擦力要比流體潤滑狀態大得多,摩擦表面的金屬凹凸點的邊界可能發生直接接觸,液體的潤滑已不完全是由它的黏度起作用,而主要是靠往潤滑劑中加人某些活性化合物。這些化合物能與摩擦表面的金屬起物理或化學作用而在凸點峰頂處形成邊界膜,正是這層邊界膜起到主要的潤滑作用。如果只靠提高所用潤滑油的黏度,是不能適應邊界潤滑狀態要求的。

    邊界潤滑是一類相當普遍的潤滑狀態,如汽缸與活塞環、凸輪與挺桿等處都可能處于邊界潤滑狀態。在一般情況下,邊界潤滑的摩擦系數小于0.1,高于流體潤滑而低于干摩擦。所以,相對干摩擦來說,邊界潤滑能有效地減少機器零件的磨損,延長使用壽命,較大幅度地提高承載能力,擴大使用范圍。

    邊界潤滑根據潤滑膜的性質和形成的原理不同,分為吸附膜邊界潤滑和反應膜邊界潤滑兩種。其中,吸附膜又可劃分為物理吸附膜和化學反應膜。對于在高溫高壓下形成的反應膜邊界潤滑(即條件最苛刻的邊界潤滑),也稱為“極壓潤滑”?,F將吸附邊界潤滑膜和反應邊界潤滑膜的形成和特點介紹如下。

    ①吸附膜邊界潤滑。依靠金屬表面的吸附作用所形成的潤滑油膜層稱為邊界吸附膜。吸附膜由于吸附在金屬表面,已失去流動佳,因而能穩定地保持在金屬摩擦件的表面。

    邊界吸附潤滑膜在重負荷、低轉速或低滑動速度的摩擦部件上部能夠保持穩定,起到比流體潤滑膜更為穩定和可靠的潤滑作用。當機械的轉速很低、負荷很高,使得摩擦面間的流動油層受到破壞,被擠壓出去時,金屬面上所吸附的油層往往還能保持,起到潤滑的作用。一般情況下,邊界吸附膜的厚度為0. 1~1μm,僅為流體潤滑膜層的1%左右,其摩擦系數數約為干摩擦的1/10。在機械設備的潤滑中,例如發動機中汽缸與活塞環、凸輪與挺桿以及重負荷齒輪的潤滑,同時也包括各類摩擦部件在啟動瞬間的潤滑,往往處于吸附膜邊界潤滑狀態。

    金屬表面邊界吸附膜依靠金屬晶格分子對油分子的吸附而形成,通常,金屬晶格的引力場可使金屬表面形成數十到數百層的油分子吸附層。這種引力場對油品中的極性分子有著更強的吸附作用?,F代研究表明,金屬面上的吸附膜是一種由多層分子定向排列的層狀結構。與金屬表面接觸的分子,其極性端吸附于金屬的表面晶格,非極性端則朝向著外部,和相鄰分子的非極性端相連,而相鄰分子朝外的極性端又與更外一層分子的極性端相連,直至金屬力場的衰減不能再吸附油品分子為止,以此構成分子層與層之間的定向排列。這種定向的排列與吸附分子的極性有密切關系。通常,極性強的分子有利于分子層之間排列結構的牢固結合和減緩金屬引力場的衰減,從而增大吸附膜的強度和厚度。

    由于吸附膜邊界潤滑時,摩擦發生在吸附膜內部分子層與層之間,因此,其油膜的性質與油品的黏度無關,而取決于吸附分子的極性。潤滑油的這種在金屬表面形成邊界吸附潤滑膜的性質通常稱為’'油性”。它與油品中極性分子的極性、相對分子質量以及含量有關。而這些極性分子往往就是為提高油性而加入的酷類結構的油性添加劑。

    吸附膜的油膜強度優于流體油膜,但在更高的負荷和高溫條件時,它也會失效。這些通過分子吸附作用而形成的膜層,具有吸附的可逆性,低溫時可形成較穩定的吸附層,而在高溫時則會發生解吸現象。據研究,金屬表面的各類吸附膜能保持的溫度通常不超過200~250℃。因此,在高溫的工作條件下,或者是在一些會產生大量摩擦熱量的極高負荷的部件中,僅依靠潤滑油的黏度和油性則是不夠的,這時還需要潤滑油具有極壓潤滑的性質,通過金屬表面的化學反應膜層實現潤滑。

    ②化學反應膜邊界潤滑。即使是高強度的吸附膜,在溫度超過200~250℃時也會失效。同時,潤滑油在這樣的高溫下還會發生氧化反應。因此,在高溫、高壓的苛刻條件下,就需要考慮采用其他的方式來實現機械設備的潤滑。為解決這個問題,一個有效的方法就是采用極壓潤滑,也就是在摩擦表面形成化學反應邊界潤滑膜。

    a. 化學反應膜的生成?;瘜W反應邊界潤滑膜的形成依賴于油品中的極壓添加劑,即含有硫、磷和氯等元素的有機化合物(如硫化烯烴、亞磷酸二正丁酚和氯化石蠟等)。這些化合物在高溫、高壓工作條件下,在相互滑動的摩擦表面上,由于摩擦面上微凸體在高負荷下的大面積接觸,摩擦熱量聚集,因而在摩擦面接觸點區域出現高溫,使這些有機化合物分解出活性元素,與金屬表面起化學反應,從而生成相應的金屬化合物,例如硫化鐵、氯化鐵等,這層通過反應生成的化合物膜層被稱為邊界潤滑反應膜。

    極壓潤滑中形成的邊界反應膜可在高溫下穩定地存在,即使在摩擦過程中會出現部分損耗,也能有新的成分及時生成,因而總能在摩擦面上始終保持有一層反應膜潤滑層,保證高溫高壓苛刻條件下可靠的潤滑。

    b. 化學反應膜的特點. 反應膜形成和穩定保持的溫度可達數百度至上千度。與邊界吸附醛相類似,邊界叵應脧也具有較低的抗剪切阻力. 井能承受更高的載荷。這類由添加劑與金目生成的氏化物、美化物、氣化物薄膜,具有比金屬低得多的硬度和剪切強度,并且熔點較低,還可在摩擦過程中的高溫高壓下產生部分變形流動,對表面起到化學拋光作用,使臣擦表面更加光滑,使單位面積承受載荷下降,這些對表面的潤滑效果都起到一定的改善作用,隊而使摩擦副的摩擦阻力降低,材料的磨損減小。

    化學反應膜比吸附膜穩定得多。它的摩擦系數與膜的抗剪切強度有關,當抗剪切強度低時,摩擦系數也低,通常摩擦系數為0. 1~0.25,反應膜要能在重載、高速、高沮情況下保證有效的邊界潤滑,就應具有一定的厚度,一般要求反應膜的厚度為一至數十納米,曾記錄致厚度為100nm 的硫化鐵膜。

    極壓添加劑能在金屬表面產生低熔點反應膜已為實踐所證明. 研究者曾在使用含硫、含氯潤滑油的汽車準雙曲面齒輪表面上發現了硫化鐵及氯化鐵的存在。

    除了含硫、磷和氯的有機物外,還可來用含氟和氮等元寒的有機物作極壓添加劑,此外,有機金屬化合物如環烷酸鉛、二烷基二硫代磷酸鋅等也可用來作極壓添加劑。

    極壓反應膜比吸附膜穩定,適用于重載和高溫下的潤滑. 但由于其形成的溫度高,低溫下發揮不了作用,因而不適合于較低溫度下的潤滑。另外,反應膜在形成時,添加劑反應能力也不能過強,否則會加快材料的損耗而造成腐蝕。


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