磨損修複潤滑技術的新概念

2007-01-04

特種功能潤滑劑的(de)迅速發展,導致了磨損修複潤滑技術的產生,促進了機械設備(bèi)的有效(xiào)潤滑維(wéi)護。根據磨損修(xiū)複功能潤(rùn)滑劑的作用實質,磨損修複潤滑(huá)技術的幾種作用形式如下:(1)聚合物高溫鋪展成膜作用。包括了懸浮(fú)PTFE、活性高分(fèn)子等類型的潤滑劑及其在摩擦效應下的結構重組(zǔ)和(hé)對(duì)磨損表麵的融合填補;(2)超微金屬滲透聚合(hé)成膜(mó)作(zuò)用。包括微(wēi)細分散的軟金屬懸浮液、複合金屬分散液(yè)等潤(rùn)滑劑,及其對摩擦表麵的滲入填充、聚合(hé)成膜的修複(fù)功(gōng)能;(3)共晶滾球填充成膜作用(yòng)。它(tā)涉及到極性潤滑分子對微球形磨屑的吸附,及其在(zài)摩擦表麵堆積形成的滾動性修(xiū)複膜。  磨損修複功能潤滑劑的近期發展(zhǎn),應用了新的科學技術原理和手段,獲得了獨特的(de)新型(xíng)功能潤滑(huá)劑(jì)和良好作用(yòng)效果,提出了新穎的潤滑(huá)理論,進一步(bù)豐富了磨損修複潤(rùn)滑技術的內容。在此,對具有代表性的磨損修(xiū)複潤滑技術的理論概念和作用實質進行分析(xī)和討論,以便為它的深入研究(jiū)及應用提供借鑒。 一、微流變(MFT—Microflux Trans)塑(sù)性(xìng)整平技術 潤(rùn)滑介質在摩擦界麵的(de)微(wēi)流變現象是基於摩擦表麵不平整度所發(fā)生的一(yī)種潤滑狀態,結合(hé)了高分子潤滑劑的流變(biàn)特性之後,而形成了微流變(MFT)金屬表麵塑性整平技(jì)術。因為潤滑(huá)劑為適應機械設備高速重載的發展(zhǎn),使用了大(dà)量的高分子添加劑(jì)成分或合成油品介質,造成了潤滑(huá)劑分子特征及其與金屬表麵作用特(tè)征的不可忽視性。一般來說,特種功(gōng)能潤滑劑由小分子量的溶劑(jì),較大分子量的添加劑以及高分子聚合物組成。當它添加(jiā)於潤(rùn)滑油品介質時,就形(xíng)成了包括較小(xiǎo)分子量(liàng)的基礎油(yóu)在內的多分子(zǐ)形態的聚集體。潤滑流體特別是摩擦表麵的(de)潤滑膜(mó),由於金屬表麵原子的極性效應,特別是微凸體接觸(chù)導致的新(xīn)生磨損表麵的電(diàn)場電勢效應的作用,表現(xiàn)出明顯非牛頓性。  參(cān)照流體的孔穴模型,潤(rùn)滑流體的孔穴大小與潤滑劑的分子(zǐ)尺度(dù)相當,分子由熱運動無規則躍遷與孔穴位置發生不斷交換,產生了分子擴散運動,在剪切應力作用下分子從優越(yuè)遷,形成潤滑劑的宏觀流動。對(duì)於潤(rùn)滑流體中的大分子(zǐ),特別是特種功能潤(rùn)滑劑油品介質中的高分子(zǐ),其分子尺度明顯大於(yú)潤滑流體的孔穴尺度(dù),它的熱運動躍(yuè)遷受到限製,僅表現為高分子鏈段的旋轉和擺(bǎi)動(dòng),使流體體係形成似網狀纏結狀態(tài),隻有在剪切應力較大時高分子的纏結才會減弱。  我們知道,摩擦(cā)表麵上潤滑劑的極性基因與金屬表麵的作用(yòng)能量平均可達幾萬(wàn)焦耳,這促使了強化的(de)邊(biān)界膜的形成。同時,由於高載荷(hé)條件下的(de)高接觸應力(lì),摩擦表麵的流體動壓潤滑油(yóu)膜也塑性化,導致潤滑油在(zài)彈流接觸(chù)區內(nèi)的流變特性。因此,由於摩(mó)擦副表麵的微觀不平度,特別是在粘著、疲勞磨損等形式下產生的凹坑及麻點,造成了摩擦表麵潤(rùn)滑油膜區域的不連續性或分散性。在這樣的情況下,由(yóu)於凹坑(kēng)式微區(qū)的作用,該微區內流體受到的剪切應(yīng)力大大下降,分子受(shòu)到的(de)表(biǎo)麵引力的影響大大加強,微區內特種潤滑(huá)流體的活(huó)性高分子的聚集,導致微區內流體流變(biàn)特性發生變化:微區內高分子鏈段互相纏繞,流體的粘塑特性加劇,並在高接觸應力的作用下,Z後形成交織的粘(zhān)塑性固結層,起到整平摩擦磨損表麵的作用。  微流變(MFT)金屬表麵塑性整平技術,利用了這種金屬摩擦副表(biǎo)麵微區的特性以及微區內潤滑液(yè)體的流變特性,結合冶金和化(huà)學(xué)原理,使粗糙的摩擦副表麵(miàn)或(huò)摩擦受損金屬(shǔ)表麵得到修(xiū)補及平整,使得摩(mó)擦(cā)副表麵的實際接觸麵積幾乎達到幾何接觸麵積的80%,並且以塑性化的潤滑劑(jì)高分子膜為主要(yào)接觸形式,實現(xiàn)了摩(mó)擦及磨損的大大降(jiàng)低和機器(qì)設備(bèi)壽命的延長。 二、場效應滲鍍整平技術 金屬(shǔ)摩擦副的自生電勢是已被許多研究證明了的事實(shí)。因此,許多(duō)研究(jiū)提出:進(jìn)一步采用外加電勢的方法(fǎ),改變金(jīn)屬摩擦副(fù)表麵的自生電勢的大小和極性,控製摩擦表麵的摩擦磨(mó)損。利用(yòng)潤滑油液(yè)的(de)載體功能,把含有平衡或激(jī)發摩擦(cā)表麵電勢的物質分子(zǐ)、原子(zǐ)或離(lí)子輸送到運動的摩擦副界麵,實現摩擦表麵(miàn)電勢的(de)控製,進一步完(wán)成摩擦(cā)表麵的整平和減(jiǎn)摩抗磨,則是摩擦表(biǎo)麵自(zì)生電勢的化學調製方法。這裏所指的潤滑(huá)油液的載體功(gōng)能,就是潤滑油中特殊添加劑對調節物質(一般指金屬的(de)原(yuán)子(zǐ)簇、離子(zǐ))的攜帶作用,有兩種作用形(xíng)式值得注意:   1.表麵(miàn)電勢的調節物質在潤滑油液中與有機添加劑形成離子型化合物或絡合(hé)物,在摩擦效應下,它從該化合物或絡合物中離解,與摩擦表麵作用:吸附滲透、調節表麵(miàn)電勢,甚至產生電鍍效應的磨損表麵(miàn)損傷修補膜。   2.表麵電勢的調節物質(zhì)在潤滑油液中由分子篩型添加劑所攜帶,形成內配合物(wù)。在摩擦界麵,它受(shòu)激後從(cóng)分子篩孔中逸出,被摩擦表麵特別是新生的磨損表麵所捕獲,調節摩擦表麵電(diàn)荷(hé),填補磨(mó)損表麵凹陷。  一種幹式潤(rùn)滑的新概念,在於改變或(huò)強化摩擦副的(de)材料物質,就是利(lì)用潤(rùn)滑油液作為載體,把稱之為“ER”的特種添加劑輸送到(dào)摩擦界(jiè)麵,在摩擦作用下,ER中(zhōng)的鐵(tiě)離子被激活,隨油液滲入金屬表麵並至數微米的(de)深度,填平凹空、形成硬度高、韌性大(dà)又具有潤滑效(xiào)應的表麵層。一種金屬(shǔ)表麵磁化(huà)劑(MPC)的潤滑方(fāng)法新概念,就是調節摩擦表麵的電(diàn)勢,實現減摩與抗磨維護。被潤滑油液所載運的“調節物質”,進入摩擦界麵並受摩擦效應的作用,開始滲(shèn)入金屬表麵凹凸不平的微孔裏,在摩擦副的金屬表麵電磁效應作用下,形成正電離子保護層和填充層,導致摩擦副表麵正電相斥,不但撫平了摩擦表麵凹痕,還(hái)把表麵的摩擦磨損降至Z低。這就是(shì)稱之為“磁性油精”的潤(rùn)滑技術,它的(de)負載磨損指數高達246.4,點接觸實驗負荷高達800kg。這種利用摩擦表麵的電場或(huò)磁場(chǎng)效應原理,獲取摩擦表麵特殊(shū)潤滑劑的潤滑技術,與獲取流體介質(zhì)的電流變和(hé)磁流變效應多(duō)有相同。因為絡(配)合物的電子(zǐ)功能(néng),為我們提供了合成或製(zhì)造具有電(diàn)性或磁(cí)性(xìng)的有機化合物的方法和途徑(jìng),促使了具有電流變(biàn)或磁流變(biàn)效應的有機(jī)化合物作為潤滑劑的特(tè)種添(tiān)加劑——表麵(miàn)電勢的調節物質——磁性金屬的原子和離子(zǐ)。 三、結語 從所提(tí)及的兩種潤滑新概念新技術來說,微(wēi)流變(MFT)金屬表麵塑性(xìng)整平技術是利用(yòng)了潤滑流體的流變學特性,借助(zhù)於摩擦副表麵的微觀粗造和吸附濃集特性,在接(jiē)觸應力作用下所導致的微(wēi)觀流體粘塑性能的變化,實現磨損表麵擦傷凹陷的填補整平。它屬於流體物理學的概念範疇(chóu)和技術方法;而場效應金屬表麵滲鍍整平技術,是利用金屬原(yuán)子或(huò)離子受金屬表麵的微觀(guān)電(diàn)、磁效應的作用,在金屬表麵吸附、滲入(rù),調節金屬表麵極(jí)化(huà)電勢和形成金屬表麵保護膜(mó),實現摩擦副的減摩抗磨,它屬於表麵物理學的概念範疇和技術方法。一項新的(de)潤滑技術的(de)形成,包羅與涉及了許(xǔ)多相關學科(kē)的知識(shí)和方法,這就要求我們(men)在探索和應用這(zhè)些新的潤滑(劑)技術時,運用多學科的理論和方法,以求獲得良好有效(xiào)的結果。 作者通(tōng)聯:周強(中國農業大學(xué)機械工(gōng)程學院 北京海澱區清(qīng)華東路 100083)
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