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1、第5章 润滑添加剂与摩擦化学,5.1 润滑及润滑添加剂的组成根据摩擦副工作条件的不同和润滑剂在摩擦面所起的作用，常将润滑分为流体润滑和边界润滑。流体润滑：是在两摩擦表面之间有一薄层具有一定压力的流体，连续的流体将摩擦表面完全隔开，流体中的压力平衡了摩擦副所受的外载荷。特点：以液体摩擦代替固体摩擦，磨损很小，润滑油起主要作用的是润滑黏度。,5.1 润滑及润滑添加剂的组成,边界润滑：在负荷增大或黏度，转速降低的情况下，液体动压油膜将会变薄，当油膜厚度薄到小于摩擦面微凸体的高度时，两摩擦面较高的微凸将会直接接触，其余的地方被一到几层分子厚度的油膜隔开，这时摩擦系数增大，并出现能控制住的有限磨损，这时
2、对摩擦副有减磨抗磨作用，这种情况属于边界润滑。特点：不仅取决于润滑油的黏度更重要的是取决于润滑油化学成分与表面的相互作用。,5.1 润滑及润滑添加剂的组成,润滑添加剂：润滑添加剂是润滑油和润滑脂的重要组成部分，它们对润滑剂的使用性能起着重要作用。添加润滑添加剂的目的：为了在边界润滑条件下减少摩擦，磨损，在表面形成保护膜和改性层。常用润滑添加剂：摩擦改进剂，极压抗磨剂。,5.1 润滑及润滑添加剂的组成,摩擦改进剂：通常是动植物油或在烃链末端有极性基团的化合物，这些化合物对金属有很强的亲和力，其作用是通过极性基团吸附在摩擦面上，形成分子定向吸附膜，阻止金属间的相互接触，从而减少摩擦和磨损。,极压抗
3、磨剂是改善边界润滑的添加剂。在边界润滑条件下，极压抗磨剂首先吸附在摩擦表面上形成吸附膜。条件苛刻时，发生分解和聚合，分解的活性物质重新化合，聚合，形成沉积物膜或与摩擦副表面作用，形成改性的表面层。,5.1 润滑及润滑添加剂的组成,摩擦化学：是研究摩擦副材料，润滑介质和环境气氛构成的摩擦学体系中的机械化学效应，规律，理论和应用。摩擦化学反应通过摩擦副材料，润滑剂基础油和添加剂之间的电子转移，交换或共享生成新的无极/有机化合物。,5.1 润滑及润滑添加剂的组成,研究目的：了解润滑添加剂以摩擦副金属表面的反应过程及其反应产物的摩擦特性，揭示润滑添加剂的减磨抗磨作用机理。导致摩擦化学现象和过程的重要特
4、征：1 能够引发由于自由能为正值而热力学上不能发生的反应。2 降低反应活化能和加快反应速度。3 与热反应相比，受温度和压力的影响较小。4 摩擦化学反应与相应的热化学反应的生成物可能不同。,5.2润滑添加剂与摩擦化学 国内外研究概况,1 杂环化合物润滑添加剂2 硼酸盐润滑添加剂3 稀土润滑添加剂4 纳米润滑添加剂5 环境友好润滑添加剂6 摩擦化学改性表面与在线强化7 磨损表面在线修复8 润滑添加剂-摩擦学特性及其与结构的相关性,5.2 国内外研究概况,1 杂环化合物润滑添加剂 吡啶 吡嗪 哒嗪 嘧啶和三嗪等五种六元含N杂环化合物的抗磨减摩性能随着N原子的增加而改善，N增多，与金属表面的结合点增多
5、，形成表面膜更牢固，抗磨性能也更好。研究现状：黄伟九，卢启明，王清华等成果：已有的研究表明，杂环化合物及其衍生物具有较高的承载能力和良好的润滑性能，同时具有抗氧化和抗腐蚀性能，特别是含硫，氮杂环化合物，是一类多功能润滑油添加剂。,5.2 国内外研究概况,2 硼酸盐润滑添加剂 无机硼酸盐在使用中需要用分散稳定剂来保证硼酸盐微粒在油中均匀悬浮分散，而有机硼酸酯特别是引入了长链基团的硼酸酯具有极好的油溶性，可直接溶解在油中使用，有机硼酸酯具有抗磨减磨抗氧化等多种性能。研究现状：乔玉林，Baldwin,董浚修，王清华等。成果：硼酸酯的水解稳定性较差，硼酸酯的水解稳定性与硼酸酯分子链长，烷基的种类和空间
6、位阻及是否有电子给予体有关。,5.2 国内外研究概况,3 稀土润滑添加剂 稀土抗磨剂作用机理的两种观点：一 稀土金属会以单质或氧化物，硫化物，磷酸盐的形式在摩擦表面生成化学反映膜从而起到抗磨减磨的作用；二 是稀土金属会扩渗进入摩擦副亚表面而改善材料表面的晶界结构，从而使材料的耐磨性和耐腐蚀性得到改善。研究现状：Sliney，连亚峰，陈波水，陈立功在边界润滑条件下，环烷酸稀土化合物作为润滑油添加剂具有良好的抗磨性能和承载能力，并具有一定的减磨能力，稀土添加剂在摩擦表面形成富稀土边界膜是该添加剂具有优异摩擦学性能的主要原因，形成了主要由环烷酸，稀土氧化物和稀土复合物组成的边界膜所致。,5.2 国内
7、外研究概况,4 纳米润滑添加剂主要纳米材料：无机单质，金属硫化物，无机硼酸盐，无机碳酸盐，氧化物和氢氧化物等纳米粒子抗磨减磨的机理：（1）将摩擦金属表面隔开（2）微轴承作用（3）表面修复作用结论：纳米微粒作为润滑添加剂，不同于传统的油性剂和极压剂，它在摩擦学上表现出了优良的抗磨减摩性能。,5.2 国内外研究概况,5 环境友好润滑添加剂定义：是指润滑剂既能满足机械设备的使用要求，又能在较短的时间内被活性微生物降解，润滑剂及其耗损产物对生态环境不产生危害，或在一定程度上为环境所容许。两个挑战：一提升生态效能；二 取代有害润滑剂,5.2 国内外研究概况,6 摩擦化学改性表面与在线强化陈国需，董浚修等
8、开展了齿轮表面在线强化的研究，发现其作用机理与传统的含硫，磷，氯的抗磨剂不同，硼型抗磨剂除了能产生吸附膜，沉积物膜及聚合物膜外，还能在摩擦表面形成参透层。,5.2 国内外研究概况,7 磨损表面在线修复在线自修复研究的意义：及时控制，修复零部件早期出现的磨损，使机械设备保持良好的工作状态，减少能耗，延长机械使用寿命和维修周期等。修复剂的主要类型：1 软金属；2 矿物质；3修复型润滑添加剂；4 磨损自补偿润滑添加剂；5 纳米金属氧化物,5.2 国内外研究概况,8 润滑添加剂-摩擦学特性及其与结构的相关性研究现状：近年来，润滑添加剂-摩擦学性能及其结构相关性研究也引起了学者们的广泛的兴趣，在添加剂的摩擦学特性定量分析方面，做了大量的探索工作。结论,5.3 相关领域发展趋势,1 尾气排放标准与润滑添加剂2 稀土润滑添加剂3 纳米润滑添加剂4 环境友好润滑添加剂5 磨损表面在线自修复6 摩擦化学与润滑机理研究,本节课结束！,谢谢大家！,
