發(fā)布時(shí)間:2022-11-07
世界能源的1/3~1/2最終以各種不同形式的摩擦消耗掉,降低機(jī)械的摩擦損失對(duì)節(jié)約能源有著至關(guān)重要的作用,潤(rùn)滑油是機(jī)械降低摩擦、減小摩損的有效手段,同時(shí)還擔(dān)負(fù)著冷卻降溫、防止腐蝕、傳遞作用力、減振、絕緣、清潔、密封等任務(wù),對(duì)現(xiàn)代各型機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行起著無法替代的作用。潤(rùn)滑油降摩減磨的效果直接取決于潤(rùn)滑油潤(rùn)滑性的好壞,潤(rùn)滑性也是潤(rùn)滑油最基本的特性。研究潤(rùn)滑油潤(rùn)滑性對(duì)于研究和研發(fā)潤(rùn)滑油都有重要意義。
1 潤(rùn)滑油潤(rùn)滑性影響因素
潤(rùn)滑性是指潤(rùn)滑劑減少摩擦和磨損的能力。作為潤(rùn)滑油最基本的性質(zhì),潤(rùn)滑性直接影響到機(jī)械磨損程度,與機(jī)械的使用壽命和使用效率息息相關(guān),從某種意義上講,潤(rùn)滑油的好壞很大程度取決于潤(rùn)滑性能的好壞。潤(rùn)滑油潤(rùn)滑性取決于油品的黏度、油性和極壓性三個(gè)方面的性質(zhì)。
1.1 黏度
液體在力作用下作流運(yùn)動(dòng)時(shí),相鄰兩層體分子間存在內(nèi)摩擦力阻滯液體流動(dòng),這種特性稱為液體的黏滯性,衡量黏滯性大小的物理量為黏度。油品黏度常用的表示方法主要是運(yùn)動(dòng)黏度和動(dòng)力黏度,這兩種黏度表示方法表示的是絕對(duì)黏度,其中動(dòng)力黏度常用于理論分析和計(jì)算,運(yùn)動(dòng)黏度普遍用于汽油機(jī)油、柴油機(jī)油、柴油、噴氣燃料、液壓油、潤(rùn)滑油的技術(shù)指標(biāo)中。在一些場(chǎng)合會(huì)使用相對(duì)黏度,包括恩氏黏度、賽氏度、巴比黏度等,我國使用的是恩氏黏度,且僅個(gè)別大黏度、深色的油品中使用。黏度越大,品流動(dòng)的摩擦阻力越大,流動(dòng)越困難,從宏觀上表現(xiàn)為油品更黏稠。
根據(jù)潤(rùn)滑油在摩擦副表面所形成的潤(rùn)滑膜層的性質(zhì)和狀態(tài),潤(rùn)滑可以分為流體潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑兩大類,而黏度對(duì)潤(rùn)滑性的影響主要體現(xiàn)在流體潤(rùn)滑流體潤(rùn)滑中。流體潤(rùn)滑中,兩摩擦表面被一層可流動(dòng)的潤(rùn)滑油膜隔開,膜厚比通常大于3,正是由于流體潤(rùn)滑膜的存在,使得摩擦系數(shù)很低,磨損極小,是最為理想的滑狀態(tài)。
流體潤(rùn)滑膜的形成與油品黏度有重要關(guān)系。流體油膜形成的起因是流體油壓的產(chǎn)生,而油壓的產(chǎn)生與流體在摩擦面上的流動(dòng)阻力有關(guān),也就是和黏度有關(guān)。黏度越大,油品保持流體潤(rùn)滑層的能力越強(qiáng),越能減少磨損,因此,在低轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷的場(chǎng)合,流體潤(rùn)滑膜形成困難,需使用大黏度的潤(rùn)滑油來減少磨損,但同時(shí)黏度增加會(huì)增大機(jī)械的工作阻力,而在高轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷的場(chǎng)合,流體潤(rùn)滑膜形成較容易,使用黏度較低的潤(rùn)滑油就能起到良好的潤(rùn)滑效果,還避免了因黏度增加而增大的工作阻力,提高了械效率。
1.2油性
在機(jī)械工作條件不足以形成足夠厚度或連續(xù)的流體潤(rùn)滑膜時(shí),摩擦副的潤(rùn)滑主要靠極薄的(約0.01μm),非流動(dòng)狀態(tài)的潤(rùn)滑膜,此時(shí)處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。由于潤(rùn)滑膜呈非流動(dòng)狀態(tài),潤(rùn)滑油的黏度不再是潤(rùn)滑的重要影響因素,而潤(rùn)滑油與固體間的物理化學(xué)作用成為影響潤(rùn)滑效果的主要因素。
潤(rùn)滑油在金屬表面形成吸附膜的性質(zhì)稱為油性,油性與油分子的極性有關(guān)。油品中與金屬表面和性強(qiáng)的極性的組分與金屬表面分子依靠范德華力而形成物理吸附潤(rùn)滑膜,當(dāng)油品中存在脂肪酸類化合物時(shí),還會(huì)和金屬表面形成暫時(shí)性的脂肪酸金屬皂,形成半化學(xué)半物理性質(zhì)的吸附潤(rùn)滑膜,這種帶有半化學(xué)性質(zhì)的吸附膜比單純的物理吸附膜有更強(qiáng)的吸附能力。正是吸附膜的存在,使得摩擦副不至于直接接觸,從而降低磨損,并且油品油性越強(qiáng),吸附膜就越容易形成,潤(rùn)滑效果也就越好。一般情況下油品中極性分子的極性越強(qiáng)、分子鏈長(zhǎng)越長(zhǎng)或在油品中含量越多,潤(rùn)滑油油性就越強(qiáng),吸附膜的厚度和強(qiáng)度也都會(huì)增加,潤(rùn)滑效果也就越好。
相比于流體潤(rùn)滑,吸附膜潤(rùn)滑要差得多,但也能起到較好的潤(rùn)滑效果。當(dāng)溫度升高或者是摩擦副之間滑動(dòng)速度過快時(shí),這種靠分子極性而形成的吸附膜會(huì)發(fā)生解吸,而失去潤(rùn)滑作用,因此吸附膜潤(rùn)滑只使用于溫度和速度不高的場(chǎng)合。
1.3 極壓性
油品在金屬表面形成邊界反應(yīng)潤(rùn)滑膜的性質(zhì)稱為極壓性。在高溫、高壓時(shí),邊界吸附膜潤(rùn)滑會(huì)受到破壞而失去潤(rùn)滑作用、這時(shí)候需要靠油品的極壓添加劑與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成化學(xué)反應(yīng)邊界膜來潤(rùn)滑。
潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油成分不能與金屬發(fā)生反應(yīng),因此需要在基礎(chǔ)油中添加極壓添加劑,它們是含硫、磷、氯等元素的有機(jī)化合物,在苛刻條件下潤(rùn)滑時(shí),吸附膜失去潤(rùn)滑作用,兩摩擦副出現(xiàn)大面積接觸,摩擦產(chǎn)生熱量使得極壓添加劑分解出活性元素,活性元素與金屬之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在摩擦副表面形成一層金屬化合物,這些金屬化合物的硬度和剪切強(qiáng)度比金屬低得多,且熔點(diǎn)較低,在摩擦過程中產(chǎn)生的高溫高壓條件下能發(fā)生部分變形和流動(dòng),使摩擦表面更加光滑,有助于潤(rùn)滑。
化學(xué)反應(yīng)膜相對(duì)于吸附膜有更好的穩(wěn)定性,可以在更高的負(fù)荷和溫度下起到潤(rùn)滑作用,但在低溫下由于難以產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),反而不適合潤(rùn)滑。化學(xué)反應(yīng)膜的形成靠的是潤(rùn)滑油中的極壓添加劑,添加劑的反應(yīng)能力亦不能太強(qiáng),否則會(huì)加快金屬材料的損耗,從另一個(gè)角度講,金屬發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)也就是發(fā)生了化學(xué)腐蝕。
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