第六章 润滑作用与润滑剂

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② 吸附膜的结构及特性
◦ 在吸附膜中的极性分子相互平行并都垂直于摩擦表面。这种排列 方式可以满足被吸附的分子数达到最多。
◦ 滑动时，在摩擦力作用下，被吸附的分子将倾斜和弯曲，因而吸 附膜之间的摩擦系数较低，并有效地防止两摩擦表面的直接接触。
◦ 分子链越长，吸附膜越厚，两摩擦表面被隔得越开。在一般情况 下，边界润滑的摩擦系数随极性分子链长的增加而降低，并趋于 一个稳定值。
◦ 极性分子的链长决定于分子中的碳原子数，因此随着极性分子中 的碳原子数增加，摩擦系数降低。
◦ 吸附膜中的分子形成分层定向排列的结构，同一层分子保持一个 独立的整体，能够支承载荷，而各层之间形成易于滑动的平面。 所以，边界摩擦是各个吸附分子层之间的摩擦，而边界润滑状态 下吸附膜的滑动速度沿膜厚方向的变化是阶梯式
单位金属表面积上所吸附的分子数量称为比吸附，它是吸附 能力的量度。比吸附随极性分子在基液内的浓度增加而增大， 各种极性分子都具有最大的吸附量，称为饱和吸附量
润滑油与金属表面形成吸附膜的能力以及吸附膜的强度统称 为油性。油性是一个综合指标，它同时与润滑油和金属表面 的性质和状况相关
第六章润滑作用与润滑剂 2020/4/8
第六章润滑作用与润滑剂 2020/4/8
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1. 电触点润滑剂种类很多
① 按形态分为：蜡状、液体、半液体、固体、气体润滑剂。 ② 按组分分：无机物质、有机物质。
2. 电触点润滑剂的应用
① 目前用于接插件、开关上的主要是蜡状、液体、半液体润滑剂。 ② 用于电刷－集流环组之间的电接触润滑剂：固体颗粒材料为主。 ③ 大电流和高速度滑动接触上的应用：气体润滑剂。
边界膜
液体 9
润滑状态 流体动压润滑
流体静压润滑
弹性流体动压 润滑 边界润滑
干摩擦状态
典型膜厚 （m） 1~100
1~100
0.1~1
润滑膜形成方法
由摩擦表面的相对运动 所产生的动压效应或挤 压效应形成流体润滑膜 通过外界压力将流体送 到摩擦表面之间，强制 地形成润滑膜 与流体动压润滑相同
10-3~510-2
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1. 边界润滑膜定义 边界润滑状态的特征是在摩擦表面上生成一层与介质性质 不同的薄膜，其厚度一般处在0.1m以下，统称为表面膜 或边界膜
2. 边界润滑膜的种类
◦ 吸附膜 物理吸附膜 化学吸附膜
◦ 化学反应膜
它们对于摩擦磨损中出现的粘着效应(adhesion)和犁沟效应 (ploughing)具有不同作用。
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5. 边界润滑的特性
•一旦峰顶的油膜破坏，峰谷的油依靠自由能减 少的趋势迅速补充峰顶，使峰顶油膜得到恢复。
油量只能达到A或更少时：
由于油膜很薄难以流动，峰顶油膜破坏后得不 到补充油量，于是产生干摩擦
油量超过C后：摩擦系数不稳定
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4. 化学反应膜
◦ 润滑剂中的某些成分与金属表面发生化学反应而生成反应膜。化 学反应膜比吸附膜稳定得多，并具有高熔点和低剪切强度，摩擦 系数保持在0.1~0.25之间。
1. 电接触中存在的问题：
① 清洁金属表面由于微观粗糙度等原因，峰-峰接触处承受压力大， 造成粘结。表面相对滑动时，剪切力切断粘结点造成了摩擦力和 表面磨损。克服摩擦力使机械能量损失在接插件上，如摩擦系数 很大时，插拔很困难，操作不便。
② 磨损使接触表层金属受到损失，接插件或开关件上镀层或辗压层 的贵金属被磨穿而露出基底金属后，在空气中腐蚀形成膜层使接 触不良。电刷磨损严重后使接触界面面积减小，加速氧化进程。
◦ Fm，切断金属粘结处的剪力； ◦ Ff，克服膜层间摩擦所需的剪力；
◦ 3 ＝A3/A2
A3，实际金属接触面积； A2，减压后接触面积。
2. 摩擦系数
＝F/P= 3 m+(1- 3 ) f
◦ m，清洁金属间滑动的摩擦系数； ◦ f，膜层间滑动的摩擦系数；
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• 电接触润滑剂在降低摩擦、防止磨损、防止表面腐蚀的同时， 还要保持较低的接触电阻。
2. 电触点润滑剂的特点
◦ 绝大多数商用润滑剂都是绝缘体。这意味着若润滑剂很厚，在 接触压力的作用下无法获得金属直接接触，而处于完全润滑状 态下，会使接触电阻失效。所以只能在金属界面间形成一层不 完全薄膜，使滑动在膜层和少量金属间进行，减少金属的粘结 机会，从而减少摩擦力和磨损，又能使接触对间有一定的金属 接触，保持较低的接触电阻。
极性团具有化学活性，依靠分子或原 子间的吸引力可以牢固地吸附在金属 表面，形成分层定向排列的分子栅， 这种吸附称为物理吸附
长链结构的碳氢化合物都具有物理吸 附能力，但物理吸附力比较弱，并且 物理吸附膜的形成是可逆的
吸附膜通常由3~4层分子组成，每层分 子紧密排列，依靠分子的内聚力使分
吸附膜结构
所以，摩擦和磨损都是电接触中力求减少的现象。
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2. 电触点润滑剂的发展
◦ 40~50年代 ：发现石墨可作为固体润滑材料，用于减少电机电 刷与集流环的摩擦与磨损。
◦ 50年代 ：接插件、开关表面电镀贵金属，涂覆润滑剂减少表 面磨损，但其熔点过低，未真正应用。
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3. 摩擦系数与磨损有关
◦ 摩擦系数与实际粘结的面积成正比，即与粘结的等 效圆半径a的平方成正比，而磨损颗粒（假定是球形） 则与等效圆的立方成正比。上述两项写成数字式子， 则为：a2；V a33/2
◦ 例：假若涂润滑剂后的摩擦系数降为涂前（即完全为 金属接触）摩擦系数的1/3，则涂后磨损颗粒的体积 将减小到涂前磨粒体积的1/5，磨损将大大减小。
润滑油中的成分与金属 表面产生物理化学作用 而形成润滑膜
10-3~10-2 (氧化膜厚）
应用
中高速下的面接触摩 擦副，如滑动轴承
所有速度下的面接触 摩擦副，如滑动轴承、 导轨等 中高速度下的点线接 触摩擦副，如齿轮、 滚动轴承等 低速度或者重载荷条 件下的摩擦副
无润滑或自润滑的摩 擦副
10
10 5
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边界润滑的效果与润滑油量密切相关
◦ 吸附膜覆盖摩擦表面将使表面的自由能减少。当润滑油量 很少时，首先在整个表面上形成单分子吸附层，使表面自 由能达到最低。随后，油量增加吸附膜厚度均匀增加。
润滑油量在A~C之间：
A BC
•粗糙峰顶处的油膜厚度维持不变，而摩擦只发 生在峰顶，所以油量不影响摩擦系数的数值；
1 0. 5 0.01 0.05
0.01 0.005
纯净 金属
氧化 膜
边界 润滑
边界润 流体 滑和流 润滑 体润滑
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工况参数的改变可能导致润滑状态的转化
摩擦特性曲线: vs. n/p
磨损曲线: vs. F
：润滑油粘度；n：滑动速度；p：单位面积载荷
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1. 摩擦力
F=3 A2m+(1- 3 ) A2f= 3 Fm+(1- 3 ) Ff
周怡琳
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第一节 电触点润滑剂概述 第二节 润滑状态与润滑机理 第三节 蜡状润滑剂 第四节 液体润滑剂和半液体润滑剂 第五节 固体润滑剂 第六节 气体润滑剂 第八节 润滑剂的使用和发展
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一、电触点润滑剂发展背景
3. 没有万能润滑剂
由于润滑材料的润滑机制不相同，滑动接触点的类型很多，其经受 的压力、电流、接触材料表面状态及所处的环境的不同，对于不同 的应用场合，必然有适应各自特点的润滑剂。使用润滑剂时应特别 注意其所受的条件限制，否则可能适得其反，增加接触故障机会。
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◦ 良好的润滑效果要求反应膜有一定的厚度，通常化学反应膜厚度 为10~100Å。反应膜的形成是不可逆的。但在摩擦过程中，反应 膜不断地被磨损又不断的生成，因而它的润滑效果取决于这两种 过程的动态平衡。如果反应膜破坏后不能及时生成新膜，则润滑 效果将丧失。
◦ 化学反应膜的作用还取决于膜的连接强度，只有当反应膜与母体 金属连接牢固时才能起保护金属的作用。否则，反应膜反而加剧 磨损Βιβλιοθήκη 、 润滑状态1. 润滑目的：
在摩擦表面形成低剪切强度的润滑膜，用它来减少摩擦阻力和降低材料 磨损
2. 润滑状态
根据润滑膜的形成原理和特征，润滑状态可以分为：
① 流体动压润滑 ② 流体静压润滑 ③ 弹性流体动压润滑 ④ 边界润滑 ⑤ 干摩擦状态
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弹性变形
研
子栅具有一定的承载能力
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O O
H
极性 分子
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当表面温度较高时，极性分子能与表面金属形成金属皂（例 如CnH2n+1COOM，它也是极性分子，依靠化学的结合被吸附 在金属表面形成分子栅，这种吸附称为化学吸附。
金属皂膜的熔点比纯脂肪酸高，热稳定性好，化学吸附膜的 形成是不可逆的，并且具有较低的摩擦系数。与物理吸附膜 比较，化学吸附膜可以在较高的载荷、速度和温度的条件下 工作。
② 减少表面金属镀层(Au，Ag，Sn等)的磨损; ③ 对薄金镀层起到封孔防腐的作用; ④ 隔离空气中的腐蚀气体对金属的侵蚀; ⑤ 极大地减缓或消除微动失效; ⑥ 灭弧、减少触点电蚀; ⑦ 恢复失效触点。
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1. 电触点润滑剂与机械润滑剂的区别
• 工业用润滑剂是降低摩擦、防止磨损，使两接触表面完全分隔 开，不相互摩擦。
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