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第六章 润滑作用与润滑剂
边界润滑的效果与润滑油量密切相关 吸附膜覆盖摩擦表面将使表面的自由能减少。当润滑油量很少时,首先在整个表面上形成单分子吸附层,使表面自由能达到最低。随后,油量增加吸附膜厚度均匀增加。 * 第六章润滑作用与润滑剂 * A B C 润滑油量在A~C之间: 粗糙峰顶处的油膜厚度维持不变,而摩擦只发生在峰顶,所以油量不影响摩擦系数的数值; 一旦峰顶的油膜破坏,峰谷的油依靠自由能减少的趋势迅速补充峰顶,使峰顶油膜得到恢复。 油量只能达到A或更少时: 由于油膜很薄难以流动,峰顶油膜破坏后得不到补充油量,于是产生干摩擦 油量超过C后:摩擦系数不稳定 化学反应膜 润滑剂中的某些成分与金属表面发生化学反应而生成反应膜。化学反应膜比吸附膜稳定得多,并具有高熔点和低剪切强度,摩擦系数保持在0.1~0.25之间。 良好的润滑效果要求反应膜有一定的厚度,通常化学反应膜厚度为10~100?。反应膜的形成是不可逆的。但在摩擦过程中,反应膜不断地被磨损又不断的生成,因而它的润滑效果取决于这两种过程的动态平衡。如果反应膜破坏后不能及时生成新膜,则润滑效果将丧失。 化学反应膜的作用还取决于膜的连接强度,只有当反应膜与母体金属连接牢固时才能起保护金属的作用。否则,反应膜反而加剧磨损 * 第六章润滑作用与润滑剂 * 边界润滑的特性 总承载能力: 两摩擦表面相互滑动时的摩擦力: 混合润滑状态的摩擦系数 当边界润滑效果良好时,摩擦系数决定于边界膜的剪切强度 * 第六章润滑作用与润滑剂 * A B C S B A:粗糙峰因接触压力较大导致边界膜破裂,产生两金属表面直接接触 B:边界润滑;主要承载面积 C:粗糙峰之间形成的油腔;边界膜彼此不接触,承受的载荷很小 S:油膜润滑部分。由于两表面距离很近,运动中产生流体动压或挤压效应而承受一部分载荷 影响边界膜性能的因素 滑动速度:在平稳的摩擦状态下,边界润滑的摩擦系数一般不随滑动速度改变而保持一定的数值。在由静摩擦向动摩擦转变过程中,吸附膜的摩擦系数随滑动速度增加而下降,然后达到一定数值。化学反应膜的摩擦系数随速度的升高而增加,然后趋于一定数值。 载荷:在通常的载荷范围内,吸附膜的摩擦系数不因载荷不同而变化。若载荷很高吸附膜发生破裂时,摩擦系数将急剧升高。 温度:各种吸附膜只能在一定的温度范围内正常工作。超过临界温度,吸附膜将发生失向、软化或解附而导致润滑失效 * 第六章润滑作用与润滑剂 * 一、蜡状润滑剂的作用 在金属表面覆盖一层薄的蜡,减少金属微峰粘结率; 使金属与外界气体相隔离, 堵塞了金属的微孔隙,降低金属的腐蚀生成率。 * 第六章润滑作用与润滑剂 * 蜡状润滑剂熔点较低,在使用时应注意其熔化温度。 经典例子:蜡状物:16烷酸+接触对:Cd—Cd.滑动表面. 温度60℃,摩擦系数μ较低μ0.1; 温度60℃,蜡状物开始熔化,液体范围逐渐扩大,在金属表面附着力减弱,金属微峰间粘结加强,导致μ迅速上升,μ0.5 温度超过105℃,μ出现不规则现象,润滑蜡状物全熔化。Stick-ship状态。μ0.5,伴随非常高的金属转移。. 降低温度,表面形成了十六烷酸与镉的皂状物质,温度降至105℃时皂化物质固化。μ降至原来的数值,但曲线并不对称。由此可见,蜡状润滑剂一旦熔化,摩擦系数也随之变化。 * 第六章润滑作用与润滑剂 * 饱和碳链+极性基. 蜡状润滑剂如具有饱和碳链结构,同时又有极性基(OH-),则在滑动电接触情况下,效果较好。如长碳氢链的醇氨(CnH2n+1OH),烷胺的氯化氢盐。 这是因为饱和碳链是疏水部分,不会吸水,具有隔离水的作用,碳链越长,效果越好,水分子越难沿分子间隙与金属表面相接触。而极性基团对金属原子有吸引力,涂在金属表面上附着力强,所以可用于粗糙度低的金属表面。 * 第六章润滑作用与润滑剂 * 单纯饱和碳氢链 它们分子间结合力小,摩擦系数很小,相互易滑动,但由于是中性分子,在金属上吸附力不如前者,需要粗糙的表面贮有,以免在滑动时被推走。所以粗糙表面上的谷深部分实际上是润滑材料的仓库。滑动时,高峰将润滑剂从谷中挖出涂覆在金属接触面上。如石蜡。 Antler试验: ⑴粗糙表面涂蜡状润滑剂,单向滑动,润滑剂被挖空,摩擦系数接近金属之间的摩擦系数。 ⑵往复滑动,挖出润滑剂后又推进谷中,可长期使用。 结论:光滑表面谷浅,润滑剂被推到一处堆积起来,很难持久保持。对中性蜡,触点表面粗糙度应大于0.3~0.4μm为宜。对于极性蜡,则粗糙度可以降低。 * 第六章润滑作用与润滑剂 * 金属间的直接接触导电 蜡状物质都是绝缘材料,在金属表面形成一绝缘层。由于实际上峰顶间接触,蜡状物很软,峰顶处受压力大时,便把蜡挤到周围间隙去了,因此形成了金属间的直接接触导电。 隧道效应导电 另一种情况,压力增加后,
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