潤滑劑種類對微動磨損的影響

微動磨損是指兩固體接觸面由周期性小振幅振動造成損傷的一種特有的磨損形式。這種現象涉及各個部門的各種部件，特別是飛機、汽車工業的各種緊件、壓緊件、萬向節、齒槽配合、發動機軸承、鋼絲繩、飛機控制機構等。它也可在某些矯正裝置上發生，特別是在像骨夾板一類的骨折固定裝置上發生，甚至在相互接觸的牙齒之間，特別是磨齒之間形成的點蝕破壞也是一種微動腐蝕。

微動磨損會使零件喪失其設計公差和尺寸,同時也使表面質量嚴重惡化（粗糙度增大、微觀點蝕及次表層出現微裂紋）, 從而大大降低了零件的疲勞強度, 導致一系列的災難性后果。據Bartle報道, 自50年代以來, 微動磨損所造成的損失一直在增大, 而其他磨損所造成的損失則在減小。因此, 如何降低微動磨損已引起各方面的廣泛注意。為減輕或消除由微動引起的損傷可采取的措施是多種多樣的, 對每一種已有的或設計中的工況都要進行具體分析, 以便采取最佳的防護措施。通常采取的方法有改進設計、表面處理、材料的選擇等。此外, 人們發現使用微動性能良好的潤滑劑能有效地降低摩擦副的微動磨損,并進行了大量的研究。本文將對潤滑劑在微動磨損的研究現狀進行較為詳細的綜述。

1  潤滑劑

潤滑劑已廣泛地用于滾動、滑動接觸等摩擦系統中。但是在微動接觸區域很難使用潤滑劑,因為難以在接觸區保留住潤滑劑。按照潤滑劑所處的狀態, 可將其分為三類：液體潤滑劑、半固體潤滑劑以及固體潤滑劑。

1.1 液體潤滑劑

盡管潤滑并不能保證完全預防微動磨損, 但油基或油脂基液體潤滑劑在將摩擦表面完全浸沒于其中時, 能得到最好的效果。

潤滑油的粘度在微動磨損研究中是一個非常重要的參數。潤滑油的粘度對微動磨損的影響人們有著不同的看法。某些研究表明隨著油粘度的增加,磨斑直徑逐漸增大, 原因在于低粘度油易進人微動接觸區域。然而一些研究則認為高粘度油更有效, 因為這類油更能有效地阻止氧氣進入微動區域。Neyman研究了潤滑油的粘度和邊界潤滑性能（BLPs）對鋼摩擦副微動磨損的影響。他認為粘度對微動磨損體積的影響與油的邊界潤滑性能有關,粘度對微動磨損的影響沒有邊界潤滑性能的影響大, 例如當滑動振幅達到某一臨界值時, 可觀察到微動磨損速度變得很小。此現象表明微動磨損體積與油的粘度實際上無關,卻與油的邊界潤滑性能有關。

潤滑油的種類對微動磨損也有影響。Wunsoh比較了礦物油和合成油的微動磨損性能。結果表明, 礦物油的微動磨損性能比合成油的好,聚烯烴和礦物油的微動磨損相當, 具有高度內消旋結構的剛性分子化合物,例如苯基硅油、聚苯醚、全氟聚醚等的微動磨損性能較差, 醋類化合物的微動磨損居中,但三經甲基丙烷醋的微動磨損比其他醋類油的差。CHEN也發現了類似的現象。表1列出了各種潤滑油的微動磨損性能數據。

此外, 潤滑油中的添加劑對微動磨損的影響也較大。Sato等人曾報道過含2%ZnDDP的潤滑油可顯著降低摩擦, 減少磨損。含三甲酚磷酸鹽類有機磷添加劑的低粘度合成雙醋油能顯著減慢微動磨損速度。

總之, 液體潤滑劑對降低微動磨損的作用原理在于可形成保護性的潤滑膜及阻止氧氣進人微動摩擦區域。因此, 選擇適當粘度的潤滑油以保證潤滑油能進人摩擦區, 并使摩擦表面與空氣中的氧氣分隔開, 特別是氧難于溶解和難于擴散的潤滑劑, 效果更好。此外, 潤滑油應具有良好的表面粘附性、能承受高壓、抗氧化能力強, 性能長時間保持穩定, 這樣才能保證有效地潤滑微動磨損區域。

    1.2 半固體潤滑劑

應用液體潤滑劑涉及到部件的密封, 以防止液體潤滑劑外漏。在微動磨損較重的情況下, 液體潤滑劑又常常難以有效地將兩配合表面分隔開,以避免兩配合表面直接接觸, 因此在某些條件下使用半固體潤滑脂來潤滑是合理的。潤滑脂在微動磨損中的重要作用在于阻止氧氣進人微動接觸區域, 同時還可降低摩擦系數。

影響潤滑脂微動磨損性能的因素比較多。無論使用哪種潤滑脂, 其抗微動磨損的能力都強烈地取決于潤滑脂基礎油的種類, 潤滑脂的機械安定性、稠度、皂含量及添加劑性能等因素。在粘度相同的情況下以普通礦物油石蠟基油、環烷基油為基礎油的潤滑脂的微動磨損程度相同。但以高精制礦物油（如高石蠟基油、深度抽提的環烷基油）或合成烴為基礎油的潤滑脂的微動磨損性能提高較大。Roborts比較了各種合成基礎油對潤滑脂微動磨損性能的影響。試驗結果表明, 以合成烴為基礎油制成的潤滑脂的微動磨損性能較好, 而雙醋的微動磨損性能較差。

稠化劑對潤滑脂的微動磨損性能也有很大的影響。Schlobohm研究了稠化劑類型、含量、稠度、溫度對潤滑脂微動磨損性能的影響。在25℃時, 聚脲稠化劑比12-羥基硬脂酸鈣、12-羥基硬脂酸鋰、白土、復合鋁有更好的微動磨損性能。在低溫（-18℃）時, 聚脲的抗微動磨損能力下降, 而鋰基脂基本保持不變。聚脲脂在低溫下的微動磨損性能降低, 可能與稠化劑含量有關。此外, 他們發現潤滑脂的微動磨損性能隨潤滑脂稠度的增加而下降。

潤滑脂內通常含有添加劑,其中一些添加劑（如極壓添加劑）可生成保護性膜而減緩微動磨損。雖然在微動磨損過程中存在氧化問題, 但抗氧劑對微動磨損不起作用。Schlobohm考察了二烷基二硫代氨基甲酸鹽、二烷基二硫代磷酸鹽、烷基二苯胺、芳香胺、硫化脂肪、芳香族胺等抗氧化性能, 發現硫化脂肪在高濃度時是唯一能降低磨損的添加劑。表2列出了Schlobohm研究結果。

綜上所述, 對潤滑脂的微動磨損性能實際起主要作用的是稠化劑和基礎油, 添加劑所起的作用較小。由于潤滑脂的種類與礦物油和合成油一樣, 是千差萬別的。因此, 關于哪種潤滑脂的微動磨損性能好, 哪種因素主要對微動磨損有影響等還需今后進一步研究。

1.3 固體潤滑劑

在微動磨損的研究中, 對固體潤滑劑的許多研究集中于MoS2（粉末或薄膜形式）、石墨（粉末狀）、聚合物膜（如聚氯乙烯、聚亞胺、聚苯乙烯、聚四氟乙烯）等物質。金屬固體潤滑劑（鉛、銦）及無機化合物固體潤滑劑有時也能成功地用來預防微動磨損。但是, 將MoS2、石墨、氧化鋅等添加到潤滑脂中后,卻往往得不到好的效果, 有時反而有副作用。在使用過程中,如果潤滑劑有脫落的危險（由于離心力、氣蝕等原因）, 那最好是采用帶粘結劑的潤滑劑。在這方面顯示其良好效果的是硅樹脂和小鱗片狀石墨的結合, 以及含有10%鉻酸鋅的二硫化鉬。

Stott等認為在微動的金屬接觸面間插人一層聚合物膜或者用聚合物代替金屬部件可以減小摩擦副的微動磨損。研究表明：低密度和高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚酞亞胺等聚合物涂層在減小金屬微動磨損方面均有一定的效果。閻逢元等研究了球-盤點接觸和面接觸微動條件下聚全氟乙烯丙烯的微動磨損特性。結果發現,球一盤接觸時聚全氟乙烯丙烯的微動磨損以帶狀磨屑擠出為主。在面接觸條件下, 聚全氟乙烯丙烯的微動磨損表面可明顯地分成3個區：中心區為磨屑產生區；高應力區為磨屑阻擋區；阻擋區外為輕微滑動區。相應的微動磨損斷面包括致密的表面熔融層、形變層以及距表面深度達0.5mm處的微動裂紋生成層。

􀀁  2  結論

從目前國內外的研究報道來看, 有關微動磨損機理還存在不同的看法甚至相反的看法, 這給潤滑劑的選擇帶來了很大的困難。一般來說, 潤滑劑在微動磨損中的作用有兩點：一是形成保護性膜防止微凸體的直接接觸；二是阻止氧氣參與磨損過程。從摩擦與潤滑的立場來看, 今后要大力加強對微動磨損機理的研究, 在此基礎上研究各種抗微動磨損的表面涂層和潤滑劑, 包括耐高溫涂層、高分子軟涂層和固體潤滑膜及潤滑油、潤滑脂等。