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润滑的分类

文章来源:日腾润滑油  人气:355  发表时间:2017-12-08

润滑的分类

    用润滑剂来隔开摩擦表面,防止它们直接接触,就是通常所说的“机械的润滑”。根据润滑油在摩擦表面上所形成润滑膜层的状态和性质,润滑分为流体润滑和边界润滑两大类型。

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    (1) 流体润滑 流体润滑又称液体润滑,它是在摩擦副的摩擦面被一层具有一定厚度并可以流动的流体层隔开时的润滑。此时摩擦面间的流体层,称为流体润滑的润滑膜层。

    流体润滑膜层具有三个特点: 一是具有流动性,可以流动,摩擦阻力小,但容易流失;二是具有一定的流体压力,可起到平衡外载负荷的作用;三是流体层需达到一定的厚度,保证摩擦面间的微凸体相互之间不发生接触。

    流体润滑的摩擦系数很小,在0. 001~0.01 之间,磨损也非常低,是润滑中一种最理想的状态。其缺点是流动液体层的形成较困难,需特定的条件,同时所形成的流体层易于流失,承受负荷的能力有限。

    流体润滑根据流体润滑膜产生的方式,分为流体静压润滑、流体动压润滑及弹性流体动压润滑三种类型。

    ①流体静压润滑。通过外部油泵提供的压力实现流体润滑的方式称为流体静压润滑。润滑中,油品在高压油泵的作用下通过油路输送到轴承底部的油腔中,利用油的压力和流动的冲力将支承的轴顶起,以此形成轴与轴套之间的流体油层。由于这种润滑油层的形成与轴承的运转状况无关,无论轴承的转速高或低,即使在静止状态时也可以保证摩擦面上有着足够厚度的流动油层,因而称之为流体静压润滑。这种润滑方式的缺点是设备昂贵、复杂。

    ②流体动压润滑。通过轴承的转动或摩擦面在樱形间隙中的滑动而产生油压自动形成流体油膜的方式叫做流体动压润滑。流体动压润滑广泛应用干滑动轴承和高速滑动摩擦部件之中,是机械设备中应用最普遍的润滑方式。

     滑动轴承在运转过程中,由于轴和轴套间隙中润滑油受到高速转动轴的摩擦力作用,随同轴一起转动,在转动中油进入轴承底部相接触的摩擦区域时,由于轴与轴套间呈楔形间隙,油流通道变小,使油受到挤压,因而产生油压。油压的产生使轴受到一个向上的作用力,当轴承的转速足够高,产生的油压达到一定值时,就可以将铀拾起,在摩擦面间形成一层流动的油层。

    ③弹性流体动压润滑。弹性流体动压润滑是一种比较复杂的情况,它是在流动油层已存在的前提下,摩擦面对油层挤压并伴随着金属表面和润滑油性质发生变化的过程。弹性流体动压润滑主要存在于齿轮和滚动轴承的润滑中。在齿轮和滚动轴承中,摩擦件的运动方式及摩擦面的接触方式同滑动轴承完全不同。滑动轴承中摩擦件的相对运动和摩擦面的接触都是滑动的方式。而在齿轮部件和滚动轴承中,摩擦副的运动方式是一个摩擦件相对干另一个摩擦件的滚动,摩擦面的接触是从分离到接触,接触后再分离的“离合”过程。在这个“离合”过程中,如果摩擦部位存在着润滑油,则会形成对油的挤压。由于在接触点上负荷压力的作用会使金属面产生形变,接触面积增大,同时油受到挤压而使得黏度增大,变得黏稠,因此在机械高速运转的摩擦过程中,则往往在润滑油尚未从摩擦面完全挤出的瞬间,就已经完成了一个 “离合”挤压的过程,摩擦面上仍保持着一层呈流体状态的油层。

    流体润滑膜的形成与油品的性质关系密切,从以上几种流体润滑膜形成过程的讨论可以看出,流体油膜形成的起因是流体油压的产生,而油压的产生则与流体在摩擦面上的流动阻力的大小,即油品的黏牲有关。试验证明,油品的黏度越大,油品越黏稠,在摩擦面保持流体润滑层的能力就越强。因此,在大负荷尤其是低转速形成流体润滑膜困难的条件下,应尽量选用黏度大的油品,而在小负荷、高转速的条件下,则可使用低黏度的润滑油。

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   (2) 边界润滑 摩擦表面被一层极薄的(约0,01μm)、呈非流动状态的润滑膜隔开时的润滑称为边界润滑。与流体润滑相比,边界润滑中的润滑膜层呈非流动状态,能稳定地保持在摩擦表面,它的形成不需要类似流体润滑的种种条件,并具有很高的承受负荷的能力。因而在机械润滑中也得到了广泛的应用。在所有难以形成流体润滑的摩擦机件上,润滑形式往往是边界润滑。

    在边界润滑状态下,摩擦力要比流体润滑状态大得多,摩擦表面的金属凹凸点的边界可能发生直接接触,液体的润滑已不完全是由它的黏度起作用,而主要是靠往润滑剂中加人某些活性化合物。这些化合物能与摩擦表面的金属起物理或化学作用而在凸点峰顶处形成边界膜,正是这层边界膜起到主要的润滑作用。如果只靠提高所用润滑油的黏度,是不能适应边界润滑状态要求的。

    边界润滑是一类相当普遍的润滑状态,如汽缸与活塞环、凸轮与挺杆等处都可能处于边界润滑状态。在一般情况下,边界润滑的摩擦系数小于0.1,高于流体润滑而低于干摩擦。所以,相对干摩擦来说,边界润滑能有效地减少机器零件的磨损,延长使用寿命,较大幅度地提高承载能力,扩大使用范围。

    边界润滑根据润滑膜的性质和形成的原理不同,分为吸附膜边界润滑和反应膜边界润滑两种。其中,吸附膜又可划分为物理吸附膜和化学反应膜。对于在高温高压下形成的反应膜边界润滑(即条件最苛刻的边界润滑),也称为“极压润滑”。现将吸附边界润滑膜和反应边界润滑膜的形成和特点介绍如下。

    ①吸附膜边界润滑。依靠金属表面的吸附作用所形成的润滑油膜层称为边界吸附膜。吸附膜由于吸附在金属表面,已失去流动佳,因而能稳定地保持在金属摩擦件的表面。

    边界吸附润滑膜在重负荷、低转速或低滑动速度的摩擦部件上部能够保持稳定,起到比流体润滑膜更为稳定和可靠的润滑作用。当机械的转速很低、负荷很高,使得摩擦面间的流动油层受到破坏,被挤压出去时,金属面上所吸附的油层往往还能保持,起到润滑的作用。一般情况下,边界吸附膜的厚度为0. 1~1μm,仅为流体润滑膜层的1%左右,其摩擦系数数约为干摩擦的1/10。在机械设备的润滑中,例如发动机中汽缸与活塞环、凸轮与挺杆以及重负荷齿轮的润滑,同时也包括各类摩擦部件在启动瞬间的润滑,往往处于吸附膜边界润滑状态。

    金属表面边界吸附膜依靠金属晶格分子对油分子的吸附而形成,通常,金属晶格的引力场可使金属表面形成数十到数百层的油分子吸附层。这种引力场对油品中的极性分子有着更强的吸附作用。现代研究表明,金属面上的吸附膜是一种由多层分子定向排列的层状结构。与金属表面接触的分子,其极性端吸附于金属的表面晶格,非极性端则朝向着外部,和相邻分子的非极性端相连,而相邻分子朝外的极性端又与更外一层分子的极性端相连,直至金属力场的衰减不能再吸附油品分子为止,以此构成分子层与层之间的定向排列。这种定向的排列与吸附分子的极性有密切关系。通常,极性强的分子有利于分子层之间排列结构的牢固结合和减缓金属引力场的衰减,从而增大吸附膜的强度和厚度。

    由于吸附膜边界润滑时,摩擦发生在吸附膜内部分子层与层之间,因此,其油膜的性质与油品的黏度无关,而取决于吸附分子的极性。润滑油的这种在金属表面形成边界吸附润滑膜的性质通常称为’'油性”。它与油品中极性分子的极性、相对分子质量以及含量有关。而这些极性分子往往就是为提高油性而加入的酷类结构的油性添加剂。

    吸附膜的油膜强度优于流体油膜,但在更高的负荷和高温条件时,它也会失效。这些通过分子吸附作用而形成的膜层,具有吸附的可逆性,低温时可形成较稳定的吸附层,而在高温时则会发生解吸现象。据研究,金属表面的各类吸附膜能保持的温度通常不超过200~250℃。因此,在高温的工作条件下,或者是在一些会产生大量摩擦热量的极高负荷的部件中,仅依靠润滑油的黏度和油性则是不够的,这时还需要润滑油具有极压润滑的性质,通过金属表面的化学反应膜层实现润滑。

    ②化学反应膜边界润滑。即使是高强度的吸附膜,在温度超过200~250℃时也会失效。同时,润滑油在这样的高温下还会发生氧化反应。因此,在高温、高压的苛刻条件下,就需要考虑采用其他的方式来实现机械设备的润滑。为解决这个问题,一个有效的方法就是采用极压润滑,也就是在摩擦表面形成化学反应边界润滑膜。

    a. 化学反应膜的生成。化学反应边界润滑膜的形成依赖于油品中的极压添加剂,即含有硫、磷和氯等元素的有机化合物(如硫化烯烃、亚磷酸二正丁酚和氯化石蜡等)。这些化合物在高温、高压工作条件下,在相互滑动的摩擦表面上,由于摩擦面上微凸体在高负荷下的大面积接触,摩擦热量聚集,因而在摩擦面接触点区域出现高温,使这些有机化合物分解出活性元素,与金属表面起化学反应,从而生成相应的金属化合物,例如硫化铁、氯化铁等,这层通过反应生成的化合物膜层被称为边界润滑反应膜。

    极压润滑中形成的边界反应膜可在高温下稳定地存在,即使在摩擦过程中会出现部分损耗,也能有新的成分及时生成,因而总能在摩擦面上始终保持有一层反应膜润滑层,保证高温高压苛刻条件下可靠的润滑。

    b. 化学反应膜的特点. 反应膜形成和稳定保持的温度可达数百度至上千度。与边界吸附醛相类似,边界叵应睃也具有较低的抗剪切阻力. 井能承受更高的载荷。这类由添加剂与金目生成的氏化物、美化物、气化物薄膜,具有比金属低得多的硬度和剪切强度,并且熔点较低,还可在摩擦过程中的高温高压下产生部分变形流动,对表面起到化学抛光作用,使臣擦表面更加光滑,使单位面积承受载荷下降,这些对表面的润滑效果都起到一定的改善作用,队而使摩擦副的摩擦阻力降低,材料的磨损减小。

    化学反应膜比吸附膜稳定得多。它的摩擦系数与膜的抗剪切强度有关,当抗剪切强度低时,摩擦系数也低,通常摩擦系数为0. 1~0.25,反应膜要能在重载、高速、高沮情况下保证有效的边界润滑,就应具有一定的厚度,一般要求反应膜的厚度为一至数十纳米,曾记录致厚度为100nm 的硫化铁膜。

    极压添加剂能在金属表面产生低熔点反应膜已为实践所证明. 研究者曾在使用含硫、含氯润滑油的汽车准双曲面齿轮表面上发现了硫化铁及氯化铁的存在。

    除了含硫、磷和氯的有机物外,还可来用含氟和氮等元寒的有机物作极压添加剂,此外,有机金属化合物如环烷酸铅、二烷基二硫代磷酸锌等也可用来作极压添加剂。

    极压反应膜比吸附膜稳定,适用于重载和高温下的润滑. 但由于其形成的温度高,低温下发挥不了作用,因而不适合于较低温度下的润滑。另外,反应膜在形成时,添加剂反应能力也不能过强,否则会加快材料的损耗而造成腐蚀。


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