第8章边界润滑理论

边界润滑理论概述边界润滑膜边界润滑机理边界润滑剂提高边界膜性能的措施概述1922年英国学者HARDY第一次提出了“边界润滑”的概念。他和达勃注意到当摩擦表面靠得很近时，决定表面摩擦学性质的是润滑剂和表面之间相互作用所生成的边界润滑膜的物理特性，他们称这种润滑状态为“边界润滑”。特点在金属表面膜，以降低固固接触时的表面损伤。润滑的有效性由油膜的物理-化学性能所决定边界润滑膜的形成还取决于运动工况。边界润滑是一种综合复杂现象。在机械运转中，边界润滑和流体动压润滑混合发生或交替发生。一、形成边界膜的物理-化学机理1.1物理吸附：范德华力作用下分子吸附在金属表面（如矿物油吸附）。吸附膜可以是多分子层或单分子层。吸附热小、吸附强度低，临界温度约为100℃，只能适用于低载、低速、低温条件。物理吸附润滑模型形成边界膜的物理-化学机理(2)1.2化学吸附：分子通过化学键与金属表面连接成一个单分子层的吸附膜（如油酸吸附）。吸附热较大、吸附强度高，临界温度约为200~300℃，能适用于中载、中速、中温条件。形成边界膜的物理-化学机机理(3)1.3化学反应膜：含有S、P、Cl等活性原子的添加剂在摩擦高温下与金属表面发生化学反应，生成低剪切应力的化学反应膜。反应膜的强度高于吸附膜，可适用于高载、高速、高温条件。S+Fe→FeS2Cl-+Fe→FeCl2或FeCl3PO43-+Fe→FePO4减摩抗磨机理在于反应膜的剪切强度低，它用膜之间的低剪切力替代了金属粘着点的高剪切力，用缓慢的腐蚀磨损替代了剧烈的粘着磨损。氧化膜：金属在空气中生成化学反应膜，干磨擦条件下，能起瞬间润滑作用。反应膜1.4固体表面应具备的特性（1）高表面能：如金属；（2）良好的润湿性能：小接触角；（3）有化学活性，有极性功能团和悬挂键，能与润滑油进行一定化学反应；（4）亲油疏水性；二、润滑剂边界润滑膜行为2.1吸附膜

吸附膜能降低接触界面的表面能，减少摩擦幅间的直接接触而减少摩擦。

如氧化膜、水气膜、有机膜2.2分子层数

随着吸附分子层数的增加，摩擦力下降。当分子层到7~10层数时，液膜的切应力才降到宏观值。2.3化学膜（1）表面的化学活有关极性添加剂对不活泼金属（Pt,Ag,Ni,Cr)减摩效果不明显。（2）油性剂分子链长度：同系物中，一般随着碳链的增长，润滑效果增强，碳原子数须在12以上才的润滑效果。这主是分子之间的侧向吸引力增加，油膜更加稳定。（3）极性功能团：耐磨效果而言，胺>酸>醇>酯，双功能团>单功能团边界润滑模型三、边界润滑机理在法向载荷作用下，相对运动的微凸体接触增加，部分接触点处边界膜破裂，产生金属间的接触。摩擦力等于粘附点的剪切力和边界膜分子的剪切力之和。摩擦力：F=αArτ+(1-α)Arτα=Ar[ατ+(1-α)τα]Ar:真实接触面积，α金属直接接触所占的比例τ：粘附点的剪切强度，τα：边界膜分子的强度载荷：W=Ar[ασs+(1-α)σsf]σs金属抗压强度，σsf边界膜的屈服极限，一般两种相差不大，取一平均值可得摩擦因数为：若α→0，即边界膜起决定作用时，边界润滑剂非极性润滑剂：低W、T下，形成物理吸附膜烃类物质、基础油油性剂：中低W、T、V条件下，与金属表面形成吸附膜，起边界润滑作用。含有极性基团，如动植物油，脂肪酸、醇、酯、胺等。抗磨剂：中等W、T条件下，与金属表面反应生成化学反应膜，主要作用为减磨。磷酸酯，硼酸酯