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认识润滑脂的减摩机理

作者: 恒星科技 更新时间:2020-10-26
摘要:润滑脂是工业润滑剂不可缺少的一种半固体膏状润滑材料,被广泛用于钢铁、铁路、盾构、电力、造纸等工业,凡是有轴承的地方都需要润滑脂。...

润滑脂是工业润滑剂不可缺少的一种半固体膏状润滑材料,被广泛用于钢铁、铁路、盾构、电力、造纸等工业,凡是有轴承的地方都需要润滑脂(约80%以上的滚动轴承都使用润滑脂作为润滑剂)。与润滑油相比,前者有更好的粘附性能,不易流失;在重负荷下仍能保持良好的润滑能力;适用的温度范围和工作条件较宽;以及具有更好的密封作用等。

润滑脂的应用范围较广,主要起到抗摩、降噪、密封、防护、阻尼等。减摩机理是在摩擦表面上形成一层油膜,从而改善界面之间的摩擦,降低磨损,避免了金属表面咬焊和撕裂磨损。 

利用四氟乙烯(PTFE)颗粒改善脲基润滑脂的减摩性能,此类纳米颗粒可以在摩擦表面上与润滑油活性元素形成复合边界润滑膜 [20] ,防止了金属与金属的直接接触,减小了摩擦,降低了磨损,从而达到减摩效用。无机和有机抗摩剂产生的作用机理不同,如硼酸盐能形成强度极高的油膜,防止摩擦副的磨蚀,同时具有优良的

热稳定性,在高温下仍能正常工作,不会腐蚀铜,所以铜质摩擦副常用硼酸盐作为润滑脂的添加剂 。有机功能性添加剂通过活性基团吸附在摩擦材料表面,烃链朝外形成吸附膜,在摩擦过程中摩擦副接触,挤破油膜,产生的高温使得吸附在摩擦材料表面的添加剂分子分解,基团含有的活性元素与摩擦表面发生化学反应形成无机膜。研究显示低温环境下,少量磷酸三甲酚酯能起到较好的抗摩性能;在摩擦过程产生的高温下,添加剂中的磷元素与金属反应生成无机膜,起抗摩作用,但是添加量加大,就会因磷元素与金属反应过度而产生负效应 。2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑衍生物作为一种复合锂基润滑脂添加剂,具有长碳链及极性高特点,容易吸附在摩擦副表面,在摩擦过程中,分子中的硫元素与摩擦副表面发生化学反应形成化学反应膜覆盖在表面,从而提高润滑脂的极压抗摩性 。无机功能性添加剂起到的减摩机理有几类,一类是添加剂颗粒具有很高的表面能,吸附在摩擦材料表面形成物理吸附膜,颗粒中含有的元素在摩擦过程中产生化学反应,形成新的化学反应膜隔开摩擦副。

纳米坡缕石是一种含羟基的短圆柱状或粒状粉末,分散在润滑脂当中具有很高的表面能,当与摩擦副接触时,羟基活性基团会吸附在其表面,然后在摩擦作用下,该基团与摩擦副表面发生复杂的化学反应,形成自修复膜层保护摩擦副;石墨和层状二硅酸钠复配体系作为锂基润滑脂添加剂,在摩擦作用下,与摩擦副表面的材料进行反应,形成一层减摩的膜层  ;另外一类机理是无机添加剂具有较小尺寸和近似球形的,起到滚珠的作用,在摩擦过程中可以填平磨损部位,如纳米 ZrO2 颗粒作为一种润滑材料的抗摩减压添加剂,它一方面能沉积在摩擦表面,形成一层物理吸附膜;另一方面,它能填平摩擦表面缺陷部位,起到修复表面作用  ;纳米铜粒子作为润滑脂的添加剂可以起修复、成膜的作用,一方面它填补摩擦副表面缺陷,降低摩擦阻力,另一方面,在修补的部位,在足够高的温度和压力下与表面材料和油膜中的物质进行反应形成物理吸附膜;另外一类机理是无机添加剂在摩擦过程中沉积在摩擦表面,形成非晶态或无定形膜隔开摩擦材料,如 1.5% LaF3 微粒在锂基润滑脂能够提高润滑脂的承载能力和烧结负荷,而且对摩擦表面有较好的自修复作用(沉积、结晶、铺展成膜),起到减摩的作用 ;同样是氟化物的 CaF2 ,作为锂基润滑脂的添加剂时,在摩擦初期,它会吸引一些有机物先沉积到摩擦表面形成沉积膜,随着摩擦表面温度升高或者压力的增大,部分 CaF2 会和摩擦表面材料以及润滑脂当中的物质发生复杂的化学反应,形成膜层,保护了摩擦副表面。纳米铋粉与超细蛇纹石粉复合添加剂作为锂基润滑脂添加剂,在低、中、高负荷下摩擦学性能很好,尤其在质量比为 3:1 时,性能最优,这是因为粒径较小的纳米铋粉体优先沉积于摩擦副表面,而粒径较大且含量较小的蛇纹石粉体则沉积于铋形成的自修复膜以上,两者共同起减摩的作用。

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