发布时间:2022-11-07
世界能源的1/3~1/2最终以各种不同形式的摩擦消耗掉,降低机械的摩擦损失对节约能源有着至关重要的作用,润滑油是机械降低摩擦、减小摩损的有效手段,同时还担负着冷却降温、防止腐蚀、传递作用力、减振、绝缘、清洁、密封等任务,对现代各型机械设备的正常运行起着无法替代的作用。润滑油降摩减磨的效果直接取决于润滑油润滑性的好坏,润滑性也是润滑油最基本的特性。研究润滑油润滑性对于研究和研发润滑油都有重要意义。
1 润滑油润滑性影响因素
润滑性是指润滑剂减少摩擦和磨损的能力。作为润滑油最基本的性质,润滑性直接影响到机械磨损程度,与机械的使用寿命和使用效率息息相关,从某种意义上讲,润滑油的好坏很大程度取决于润滑性能的好坏。润滑油润滑性取决于油品的黏度、油性和极压性三个方面的性质。
1.1 黏度
液体在力作用下作流运动时,相邻两层体分子间存在内摩擦力阻滞液体流动,这种特性称为液体的黏滞性,衡量黏滞性大小的物理量为黏度。油品黏度常用的表示方法主要是运动黏度和动力黏度,这两种黏度表示方法表示的是绝对黏度,其中动力黏度常用于理论分析和计算,运动黏度普遍用于汽油机油、柴油机油、柴油、喷气燃料、液压油、润滑油的技术指标中。在一些场合会使用相对黏度,包括恩氏黏度、赛氏度、巴比黏度等,我国使用的是恩氏黏度,且仅个别大黏度、深色的油品中使用。黏度越大,品流动的摩擦阻力越大,流动越困难,从宏观上表现为油品更黏稠。
根据润滑油在摩擦副表面所形成的润滑膜层的性质和状态,润滑可以分为流体润滑和边界润滑两大类,而黏度对润滑性的影响主要体现在流体润滑流体润滑中。流体润滑中,两摩擦表面被一层可流动的润滑油膜隔开,膜厚比通常大于3,正是由于流体润滑膜的存在,使得摩擦系数很低,磨损极小,是最为理想的滑状态。
流体润滑膜的形成与油品黏度有重要关系。流体油膜形成的起因是流体油压的产生,而油压的产生与流体在摩擦面上的流动阻力有关,也就是和黏度有关。黏度越大,油品保持流体润滑层的能力越强,越能减少磨损,因此,在低转速、高负荷的场合,流体润滑膜形成困难,需使用大黏度的润滑油来减少磨损,但同时黏度增加会增大机械的工作阻力,而在高转速、低负荷的场合,流体润滑膜形成较容易,使用黏度较低的润滑油就能起到良好的润滑效果,还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
在机械工作条件不足以形成足够厚度或连续的流体润滑膜时,摩擦副的润滑主要靠极薄的(约0.01μm),非流动状态的润滑膜,此时处于边界润滑状态。由于润滑膜呈非流动状态,润滑油的黏度不再是润滑的重要影响因素,而润滑油与固体间的物理化学作用成为影响润滑效果的主要因素。
润滑油在金属表面形成吸附膜的性质称为油性,油性与油分子的极性有关。油品中与金属表面和性强的极性的组分与金属表面分子依靠范德华力而形成物理吸附润滑膜,当油品中存在脂肪酸类化合物时,还会和金属表面形成暂时性的脂肪酸金属皂,形成半化学半物理性质的吸附润滑膜,这种带有半化学性质的吸附膜比单纯的物理吸附膜有更强的吸附能力。正是吸附膜的存在,使得摩擦副不至于直接接触,从而降低磨损,并且油品油性越强,吸附膜就越容易形成,润滑效果也就越好。一般情况下油品中极性分子的极性越强、分子链长越长或在油品中含量越多,润滑油油性就越强,吸附膜的厚度和强度也都会增加,润滑效果也就越好。
相比于流体润滑,吸附膜润滑要差得多,但也能起到较好的润滑效果。当温度升高或者是摩擦副之间滑动速度过快时,这种靠分子极性而形成的吸附膜会发生解吸,而失去润滑作用,因此吸附膜润滑只使用于温度和速度不高的场合。
1.3 极压性
油品在金属表面形成边界反应润滑膜的性质称为极压性。在高温、高压时,边界吸附膜润滑会受到破坏而失去润滑作用、这时候需要靠油品的极压添加剂与金属发生化学反应生成化学反应边界膜来润滑。
润滑油基础油成分不能与金属发生反应,因此需要在基础油中添加极压添加剂,它们是含硫、磷、氯等元素的有机化合物,在苛刻条件下润滑时,吸附膜失去润滑作用,两摩擦副出现大面积接触,摩擦产生热量使得极压添加剂分解出活性元素,活性元素与金属之间发生化学反应,在摩擦副表面形成一层金属化合物,这些金属化合物的硬度和剪切强度比金属低得多,且熔点较低,在摩擦过程中产生的高温高压条件下能发生部分变形和流动,使摩擦表面更加光滑,有助于润滑。
化学反应膜相对于吸附膜有更好的稳定性,可以在更高的负荷和温度下起到润滑作用,但在低温下由于难以产生化学反应,反而不适合润滑。化学反应膜的形成靠的是润滑油中的极压添加剂,添加剂的反应能力亦不能太强,否则会加快金属材料的损耗,从另一个角度讲,金属发生了化学反应也就是发生了化学腐蚀。
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