金属表面润滑膜形成的化学特性研究

②对于 ｃ 、ｅ ， ｒＦ 等 溶剂中水的存在会影响硬脂酸膜的
生成 。
（） ２ 粉体 与硬脂 酸反 应 时
会影响防锈效果。为了提高质子的相容性 ， 可添加少量的 醚将水从金属表面替换出来 ， 形成硫醇吸附。其反应式如
下 。
，
Ｈ
Ｍ ： 。
①对于 ＰＯ、ｕＯ ＺＯ、ｄ ｂ Ｃ 、ｎ Ｃ Ｏ等 ， 溶剂中水分对 化学
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｒ ｃ ｏ ｄ ｔ ｎ；ｏ ｉ ｅ—ｃ ｍｐ ｕ ｄ；ａ ｓ ｒ ｔ ｎ ｆ ｍ；ｓ ｒ ｃ ｌ ｃｒ ｏｅ ｔ ａ ｕ ｎ ｔ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ｕ ｆ ｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ａ ｉ ｘｄ ｏ ｏｎ ｄ ｐ ｉ ｌ ｏ ｏ ｉ ｕ ａ ｅ ｅ ｅ ｔ ｃ ｐ ｔｎ ｉ ｍｅ ｒ ｇ ｍｅｈ ｆ ｉ ｌ ａ ｓ ｉ ｄ
的测 定方 法及 效果 等 问题 。
吸 附 影 响 显 著。图 ２
是 基 于 能 量 带 考 虑 的 图２ 真空界面上金属的电于状态
１ 金属 表 面及有 机化 合物 状态
１１金 属表 面 ．
金 属真 空界 面上 的 电子 状态 。 １２ 机化 合物 ．有
在金属及其氧化膜上吸附 的有机物 ， 一般为共 价结
ｒ Ｈ
水 分 子 对Ｚ 、Ｃ 的 硬 脂 酸 膜 影 响 ｎ ｕ
态 在 吸 的 通 在 属 面 氧 子 Ｍ ｏＨ 存 。 附 水 常 金 表 与 原 按 —｛
或 Ｍ —Ｈ —Ｈ形式结合。这种水分子对润滑影响不佳 ，
如 钢 的表 面 吸附硫 醇 （ Ｓ 有 防锈 作用 ， 因水 分 子存 在 Ｒ Ｈ） 但
图１ 钴 表面氧化膜形成
空中， 存 约 ｌ 保 ｓ就 可 形 成 氧 的 单 分 子 层。 实际上 ， 属表 面被 氧 化 膜覆 盖 ， 于与 水 一 类 的 有机 物 金 处
表 面形成 的物 理吸 附膜 ， 力较第 １ 强 。 吸附 种
３ 硬脂酸在氧化物覆盖铁表面形成 的化学 吸附膜 ， ） 可以认 为是单分子层 的硬脂酸铁。 润滑剂的效果 取决 于分子吸 附力和分子结 构（ 如直
表 面电位测定法原理 ， 对深入 了解各种润滑 油
文章编号 ： ０ — ８６２ｌ）５ （７ — ３ １ ２ ６８ （ １０ －Ｉ ２ ０ ０ ０ ）
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｅＣｈｅ ｃ ｌＰｒ ｐ ｒｉｓ ｏ ｂ ｃ ｉ ｎ Ｆｉ ｒ ｄ ｂ ｅＳｕ ｆ ｃ ｆＭ ｅａ ｓａ ｃ ｎ ｔ ｍｉａ ｏ ｅ ｔ ｆＬｕ ｒ ａｔ ｌ Ｆｏ ｍｅ ｙ ｔ ｒ ａ ｅ ｏ ｔｌ ｅ ｉ ｏ ｍ ｈ
的含 量、 成分是化学吸附膜形成质量的保证 。本文从 金属及 润滑 油膜的化 学特性 角度 出发 ， 对其形成原 理 ， 与水 、 氧化物
之 间相互作用关 系 进行研 究。同时论述 了润滑油膜 最有 效的测 定方法一 膜吸 附机 理提供理 论参考。 关键 词 ： 面状态 表 氧化物 吸附膜 表面 电位 中图分 类号 ： １ Ｔ ７ Ｇ ８ 文献标识 码 ： Ａ
ｖｄ ｄ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｅｅ ｅ ｃ ｏ ｔｅ ｉ ｑ ｉ ｅ ｐ ｙ ｅ ｃ ｉｄ ｏ ｕ ｄ ｆ ｍ ｄ ｏｐ ｉｎ ｍｅ ｈ ｉｍ． ｉ ｅ ｈ ｈ ｏ ｙ ｒ ｆｒ ｎ ｅ ｔ ｈ ｎ ｕｒ ｄ ｅ ｌ ａ ｈ ｋ ｎ ｆｆ ｉ ｌ ａ ｓ ｒ ｔ ｃ ａ ｓ ｅ ｌ ｉ ｏ ｎ
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空』 气［ Ｗ
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Ｏ６ ．
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９０ ．
金属表面的水 以氧化物或 与其他吸 附物的形式 共
存 ， 很 干净铝 蒸镀 膜 表 面 加 水后 ， 如在 生成 氧 的吸 附 层 和 水 分子 （ ， ） Ｈ Ｏ 的吸 附状 态 。金 属 表 面 的 水 对 金 属 有机 化 合物 形成 主要 起阻 碍 作用 ， 时也 起 促 进 作 用 ， 水 的存 有 如 在会 促使 金属 皂薄 膜 形成 。而 环 氧树 脂 粘 着 是 在 金 属表 对 于铜 而 言 ， 氧时 ， 有 容易 生成硬 脂酸 铜吸 附膜 ， 反应 式 如下 ：
在 除 ＣＯ 以 外 的各 种 ， 金 属 氧 化 物 。用 费 密 能 级 理 论 研 究 金 属 表 面 时 ， 函数 值 受 表 面 功
素， 尤其从金属表面化学研究润滑膜形成机理问题。本文
主要 从金 属表 面及 润滑 剂 的化学 特 性 角度 出发 研 究 水 和
空气中的氧对润滑效果的影响及油膜形成吸附力 。 润滑膜
① 对 于 Ａ、 ｉ ＩＮＯ、 ＴＯ 等 ， 剂 中 水 的存 ｉ 溶
在会 影 响 硬 脂 酸 膜 的 生成 。
１ ２ ３ ４ ５ ６ 时间 （ ｈ）
当有 化学膜 或者 物 理 膜 吸 附 时 ， 属 表 面 的水 对 润 金
滑效果 有显 著影 响 。金 属表 面 的水是 氢氧 化物 ， 以吸 附状
ｗａｅ ｎ ｈ ｘｄ ｏ ｏ ｎ ｔｒａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｉ ｅ ｃ ｍｐ ｕ ｄ，ｈ ｗ ｏ ｔ ｌｔ ｅ ｉ ｇｅ ｉｎ ｆｗ ｔｒ ａ ｄ ｏ ｉ ｅ—ｃ ｍｐ ｕ ｄ ｉ ｈ ｕ ｒ ｎ ｅ ｆｔ ｅ ｑ ａｉ ｄ ｏ ｔ ｎ ｏ ｔ ｃ ｎ ｒ ｈ ｎ ｒ ｄ ｅ ｔ ａ ｅ ｎ ｘｄ ｏ ｏ ｏ ｏ ｏ ｎ ｓ ｔｅ ｇ ａ ａ ｔｅ ｏ ｕ ｌ ｙ ａ ｓ ｒ ｉ ｈ ｔ ｐ ｏ
— — ●— — — — —一
氧 化 层 ：Ｃ Ｏ ｏ
的吸附状态有 ３ 种形式 ： １ 无极性有机化合物十六烷靠分散力吸附在金属表 ）
面形 成 的物理 膜 ， 吸 附力弱 。 其
属表 面化 学 性 能 活跃 。
如 在 １ ｒ ｎｇ的 真 ０ ｒＨ ｍ
２ 极性化 合物 十六 醇 由于 分 子间作 用 力 吸附 在金 属 ）
ｔ ｉｃ ｓｅ ｈ ｅｅｍｉａｉｎｏ ｅｍｏｔｅｆｃｉｅ ｍｅｈ ｄ — ｔｅ ｓｒａｅ ｅｅ ｔ ｃｐ ｔｎｉｌ ａｕｉｇｍｅｈ ｄ ｐ ｎ ｉｌ ，ｗ ｉｈ ｐｏ ｉ ｄｓ ｕｓ ｓｔｅｄ ｔｒ ｎ ｔ ｆｔ ｓ ｆ ｔ ｔｏ ｍｅ ｏ ｈ ｅ ｖ ｈ ｕ ｃ ｌｃｒ ｏｅ ｔ ｓ ｒ ｔｏ ｒ ｃｐｅ ｈｃ ｒ－ ｆ ｉ ａ ｍｅ ｎ ｉ
链 结构 比分 支结 构好 ， 与金属 形成 反 向的低位 能表 面 ） 或 。
及各种污染杂质共存的状态 。图 １ 所示为钴 Ｃ 表面的氧
化膜 构 成 情 况 。Ｃ Ｏ膜 上 面有 氧 Ｏ 吸 附 。Ｃ一 Ｃ Ｏ 间 ｏ 。
・
７ － ３
因此 ， 就吸附强度而言 ， 化学吸附强度较物理吸附强度好 ，
润 滑剂对 金属 表面 的影响 。
金属 表面 的脱 水 一 般 通 过 真空 加 热 ， 将 水 全 部 除 能 去 。表 １ 是通 过 重 水 （ ２ ） 射 能 的 测 定 推 断 钢 在 真 Ｄ０ 放 空 中加 热温 度 与残 留水 份 的关 系 。
表１ 温 度与 水分 关 系
ｉ ｒ ｄｂ ｆ ｅｏ ｔ Ｔ ｅｐｐｒ ｔ ｆ ｗ ｒ ｉ ｏｎ ｏ ｈｍ ｃ ｒ ｉ ｏ ｌｂ ｃｔ ｎｆｍ ｆｍ ｄｂ ｔ ｆｍ ｆ ｅ ｙｔｅＳｒ ｃ ｆ ｅ ． ｈ ａｅ ｕｓ ｏ ａｄｔｅｖ ｗ ｐｉｔ ｎｔｅｃｅ ｉａ ｐｏ ￣ｅ ｆｕ ｒ ａｏ ｌ ｒ ｅ ｅ ｌ ｏ ｍ ｈ ｕａ ｍ ａ １ ｐ ｒ ｈ ｅ ｈ ｌ ｐ ｓ ｉ ｉ ｉ ｏ ｅ ｙ ｈ
ｃ Ｏ＋ ０ ÷ ÷ ， ｃ ）÷ ２ 。 Ｃ Ｈ÷ ： ｃ： ｃｃ ｏ ＋ Ｈ Ｏ Ｈ ＋ （Ｈ ｏ ０
ｓ ｒ ｃ ｆｍｅａ ，ｓｕ ｉｓ ｔ ｅ ｐ ｎ ｉ ｌ ｆｉ ｏ ｍａｉ ｎ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｌｔ ｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｉ ｔｒ ｃｉｎ ｗａｅ ｎ ｘ ｄ ，ａ ｄ ａ ｈ ａ ｕ ｆ ｅ ｏ ｔｌ ｔ ｄ ｅ ｈ ｒ ｃｐ ｅ ｏ ｓｆ ｒ ｔ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｈ ｅａｉ ｓ ｉ ｅ ｗ ｅ ｈ ｎ ｅ ａ ｔ ｔｒａ ｄ ｏ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｏ ｏ ｔ
ＺＥ Ｎቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｉ Ｗ ＡＮＧ ｉ ａ Ｚ Ｊａ， Ｈａｎ ｎ， ＨＥ ＮＧ ｅｇ ｎ Ｗ ｉａ ｇ
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｎ ａｔｒ ｆ ｃ ｈ ｕ ｌ ｙａ ｓｒ ｔ ｎｆ ｍ ｏｍｅ ｙｔｅｓ ｒ ｃ ｆｍｅａ，ｔｅ ｉｆ ｅ ｃ ｉｇ ｓ ｆｃｏｓｉ ｈ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅｍａ ｙｆｃｏｓａｆ ｔ ｅ ｑ ａｉ ｄｏｐｉ ｌ ｆｒ ｄｂ ｈ ｕｆ ｅｏ ｔｌ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅｂｇ ｅｔ ａ ｔｒ ｓｔｅ ｅ ｔ ｔ ｏ ｉ ａ ｌ
验 ， 、 面 的水 和 氧 对 硬 脂 酸 吸 附膜 影 响结 果 如 表 ２ 金 铜表 所示 ， 中数 值 表 示 吸 附分 子 层 。如 铜 在 潮 湿 的 空 气 表
…
…
…
。
｛。 【｛ Ｈ ＿Ｒ
中， 氧和水共存 ， 生成多层分子吸附。相反 ， 铁由于水 的存
在， 妨碍 了硬 脂酸 吸附膜 生成 。人们 往往 关心 成形 加工 中
２０ ５ ３２ ４０ ４０ １ ０ ９ ６０ ７０ ５ ２
表２
水、 氧对 硬脂 酸膜 影响
钢 加热 １ 分 钟 （ ） １５ ５ ６
氦 Ｊ
呻
０． ９ ０５ ． １２ ． ０． ４
０． ０ Ｏ３ ．
０． ３
０４ ．
残 留水分 子层 （ ） １ １ ０ ７ ０ ４ ５ ． １ ０ ０ ３ ．Ｏ ０ ０ ５ ％ ．７ ．９ ．６ ０ ２ ８ ．４ ０ Ｏ ７ ．０
０ 一。 —０ － —０ 一０ 一Ｏ ０２ 氧
即使是 相同 的金
属 ， 于其 表 面状 态 不 由 同 ， 效果 也 是 不 同 润滑
的 。由于 电 子逸 出 ， 金
合 的化学 吸 附和 由于 范 德华 力 作用 的物 理 吸 附 。物理 吸 附 的有机 物 因油膜 极性 的差异 ， 吸附力 大小不 同。有 机膜
・
７ ・ ２
金 属 表 面 润 滑 膜 形 成 的化 学 特 性研 究 术
曾加 ’王海南 郑伟 刚 。 ，
（ ． 阳学院 教 学设备与 实验 管理 中心 ， １贵 贵州 贵 阳 ５０ ０ ；． 州大学 机械 工程学院 ， ５０ ３２ 贵 贵州 贵 阳 ５００ ） ５０ ３
摘要 ： 金属表面形成的化学吸附膜的质量与诸 多因素有 关， 中影 响最 大的基 本要 素是 水 、 化物 ， 其 氧 如何 控制 水和 氧化物
化学 吸 附是分 子与金 属之 间进 行 的电子 交换 ， 金属 种 类 与 和表 面状 态有 直接关 系 。
酸膜 的生成 。
总之 ， 水对 润 滑剂
：
的影 响 如下 ： （ ） 体与硬 脂 酸 １粉
不反 应 时
三６
掣
２ 水及 氧化 物对润 滑 膜形成 的 影响
２ １水 、 ． 氧化 物
反 应产 生有 效作 用 。
②对于 Ｃ 、 Ｃ Ｏ、ｅ０ 等， ０Ｆ Ｏ 、ｕ Ｆ ４ 溶剂中水分妨 碍多 ｅ
ｒ Ｒ
＋ Ｒ － Ｏ － Ｒ ．． Ｍ ＋ Ｏ ．．
Ｊ ｉ ０ Ｒ
【 Ｈ
ｒ ｒ Ｒ
分 子层 吸附膜 的形 成 。
用放射性硬脂酸对清洁后 的金属试件进行蒸镀膜实
金 属成形 过程 中 ， 润滑膜 存在 与否 对成 形质 量起 到 极 其 重要作 用 。成 形过 程 中 由于新表 面产 生 ， 滑 剂发 生 有 润 机 和无机 反应 。这就 需 要 研究 润 滑 剂 作用 机 理 及 影 响 因
和 Ｏ～ 一ｃ Ｏ之 间都存在 空间电荷 。大多金属表面都存 。