第8章邊界潤滑理論

邊界潤滑理論概述邊界潤滑膜邊界潤滑機理邊界潤滑劑提高邊界膜性能的措施概述1922年英國學(xué)者HARDY第一次提出了“邊界潤滑”的概念。他和達勃注意到當(dāng)摩擦表面靠得很近時，決定表面摩擦學(xué)性質(zhì)的是潤滑劑和表面之間相互作用所生成的邊界潤滑膜的物理特性，他們稱這種潤滑狀態(tài)為“邊界潤滑”。特點在金屬表面膜，以降低固固接觸時的表面損傷。潤滑的有效性由油膜的物理-化學(xué)性能所決定邊界潤滑膜的形成還取決于運動工況。邊界潤滑是一種綜合復(fù)雜現(xiàn)象。在機械運轉(zhuǎn)中，邊界潤滑和流體動壓潤滑混合發(fā)生或交替發(fā)生。一、形成邊界膜的物理-化學(xué)機理1.1物理吸附：范德華力作用下分子吸附在金屬表面（如礦物油吸附）。吸附膜可以是多分子層或單分子層。吸附熱小、吸附強度低，臨界溫度約為100℃，只能適用于低載、低速、低溫條件。物理吸附潤滑模型形成邊界膜的物理-化學(xué)機理(2)1.2化學(xué)吸附：分子通過化學(xué)鍵與金屬表面連接成一個單分子層的吸附膜（如油酸吸附）。吸附熱較大、吸附強度高，臨界溫度約為200~300℃，能適用于中載、中速、中溫條件。形成邊界膜的物理-化學(xué)機機理(3)1.3化學(xué)反應(yīng)膜：含有S、P、Cl等活性原子的添加劑在摩擦高溫下與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成低剪切應(yīng)力的化學(xué)反應(yīng)膜。反應(yīng)膜的強度高于吸附膜，可適用于高載、高速、高溫條件。S+Fe→FeS2Cl-+Fe→FeCl2或FeCl3PO43-+Fe→FePO4減摩抗磨機理在于反應(yīng)膜的剪切強度低，它用膜之間的低剪切力替代了金屬粘著點的高剪切力，用緩慢的腐蝕磨損替代了劇烈的粘著磨損。氧化膜：金屬在空氣中生成化學(xué)反應(yīng)膜，干磨擦條件下，能起瞬間潤滑作用。反應(yīng)膜1.4固體表面應(yīng)具備的特性（1）高表面能：如金屬；（2）良好的潤濕性能：小接觸角；（3）有化學(xué)活性，有極性功能團和懸掛鍵，能與潤滑油進行一定化學(xué)反應(yīng)；（4）親油疏水性；二、潤滑劑邊界潤滑膜行為2.1吸附膜

吸附膜能降低接觸界面的表面能，減少摩擦幅間的直接接觸而減少摩擦。

如氧化膜、水氣膜、有機膜2.2分子層數(shù)

隨著吸附分子層數(shù)的增加，摩擦力下降。當(dāng)分子層到7~10層數(shù)時，液膜的切應(yīng)力才降到宏觀值。2.3化學(xué)膜（1）表面的化學(xué)活有關(guān)極性添加劑對不活潑金屬（Pt,Ag,Ni,Cr)減摩效果不明顯。（2）油性劑分子鏈長度：同系物中，一般隨著碳鏈的增長，潤滑效果增強，碳原子數(shù)須在12以上才的潤滑效果。這主是分子之間的側(cè)向吸引力增加，油膜更加穩(wěn)定。（3）極性功能團：耐磨效果而言，胺>酸>醇>酯，雙功能團>單功能團邊界潤滑模型三、邊界潤滑機理在法向載荷作用下，相對運動的微凸體接觸增加，部分接觸點處邊界膜破裂，產(chǎn)生金屬間的接觸。摩擦力等于粘附點的剪切力和邊界膜分子的剪切力之和。摩擦力：F=αArτ+(1-α)Arτα=Ar[ατ+(1-α)τα]Ar:真實接觸面積，α金屬直接接觸所占的比例τ：粘附點的剪切強度，τα：邊界膜分子的強度載荷：W=Ar[ασs+(1-α)σsf]σs金屬抗壓強度，σsf邊界膜的屈服極限，一般兩種相差不大，取一平均值可得摩擦因數(shù)為：若α→0，即邊界膜起決定作用時，邊界潤滑劑非極性潤滑劑：低W、T下，形成物理吸附膜烴類物質(zhì)、基礎(chǔ)油油性劑：中低W、T、V條件下，與金屬表面形成吸附膜，起邊界潤滑作用。含有極性基團，如動植物油，脂肪酸、醇、酯、胺等。抗磨劑：中等W、T條件下，與金屬表面反應(yīng)生成化學(xué)反應(yīng)膜，主要作用為減磨。磷酸酯，硼酸酯