油脂潤滑對鋼材料微動磨損的影響及其作用機理研究.pdf

1、微動損傷被喻為現(xiàn)代工業(yè)機械部件的癌癥，在許多工業(yè)重要部門已成為一些配合零部件失效的主要因素之一。微動損傷機制之一的微動磨損致使機械部件精度失效、構(gòu)件咬合、松動、功率損失、噪聲增加或形成污染源。工業(yè)實踐中，振動源通常無法避免而使得微動磨損總是存在，因此研究減緩微動磨損的各種措施意義重大，油、脂潤滑作為減緩微動磨損的重要措施已引起研究者的高度重視。
　　 本文采用高精度的PLINT微動試驗機，對不同種類、性能的潤滑油和脲基潤滑脂潤滑

2、下的GCr15軸承鋼球/GCr15軸承鋼塊和GCr15軸承鋼球/45號鋼塊摩擦副的微動特性進行研究。試驗條件為位移幅值D=5μm～80μm、頻率f=1～5 Hz、循環(huán)次數(shù)N=1～3×104、法向負荷Fn=50～100 N、試驗室的溫度和濕度分別為15℃～20℃和40％±10％。借助光學(xué)顯微鏡(OM)、激光共聚焦掃描顯微鏡(LCSM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、AMBIOS XP-2臺階儀、MVK-H21顯微硬度儀和能譜儀(EDX)對磨痕

3、進行分析，磨損表面用濃度4％的硝酸酒精溶液進行腐蝕以觀察磨痕表面層變化；分析了四種合成油和自制脲基潤滑脂潤滑對鋼材料微動磨損影響的作用機理；找出了影響油、脂潤滑減緩微動磨損效果的主要因素。取得的主要結(jié)果和結(jié)論如下：
　　 1.油潤滑下鋼材料的微動磨損與微動位移幅值密切相關(guān)。在低位移幅值的部分滑移區(qū)，油排出接觸區(qū)后在接觸邊緣形成油罩，阻止了大量空氣進入摩擦表面而增大了金屬間的粘著效應(yīng)，導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)比干摩擦下更高，且增大了部分滑

4、移區(qū)，使干摩擦下的運行工況微動圖分區(qū)右移；因微滑區(qū)很小，油排出接觸界面后難以再次滲入到摩擦表面，不同種類、性能的油潤滑對磨損幾乎沒有影響；在中等位移幅值的混合區(qū)，油罩同樣使得穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)比干摩擦下大。油滲入到磨痕的裂紋中，在高切應(yīng)用力作用下油被擠壓而加速了材料的剝落，產(chǎn)生比干摩擦下更深的磨坑；在大位移幅值的完全滑移區(qū)，油滲入到摩擦界面形成了混合潤滑狀態(tài)，且降低了氧化腐蝕，因此顯著地降低了摩擦系數(shù)和表面磨損。
　　 2.四種合成油

5、在中等位移幅值的“挖坑效應(yīng)”以及在更高位移幅值下減緩摩擦和磨損的效果與合成油的理化性能密切相關(guān)。在中等位移幅值的混合區(qū)，最低表面張力的硅油Silicone68在微裂紋中的滲透性最強，極性的聚醚PAG68和合成酯PETO在微裂紋中的金屬表面附著性更大，在反復(fù)切應(yīng)力作用下產(chǎn)生比聚a-烯烴PAO10和礦油350 SN潤滑下更深的磨坑。在完全滑移區(qū)，Silicone68最低的表面張力和壓粘系數(shù)、以及最大的可壓縮性，形成的油膜最薄而金屬直接接觸面

6、積最大，降低摩擦和減緩磨損的效果最差；極性的PAG68和PETO在摩擦表面形成邊界吸附膜，摩擦系數(shù)比PAO10和350SN潤滑下的值低；PAO10潤滑初期形成的高硬度白層致使其潤滑下的磨損最小，其磨痕深度和體積不及Silicone68潤滑下的1/2。
　　 3.微動下磨損面積與磨損體積的相關(guān)性不顯著。在微動混合區(qū)，油潤滑時的磨痕面積比干摩擦下小，但磨痕深度卻比干摩擦下大；在微動完全滑移區(qū)，PAO10潤滑時的磨痕面積比其它油潤滑時

7、大，但其磨損體積卻最小。
　　 4.在大位移幅值的微動完全滑移區(qū)，脲基潤滑脂潤滑下摩擦系數(shù)隨微動循環(huán)周次的變化與潤滑膜的存在、破裂和再形成密切相關(guān)。在微動初期，因微動的自清洗作用使?jié)櫥慌懦鼋佑|區(qū)，脂膜破裂，摩擦系數(shù)增大到最大值。此時高的切應(yīng)力導(dǎo)致磨坑和磨痕表面白層的形成；接觸區(qū)周圍的脂罩因微動而剪切分油，分出的基礎(chǔ)油滲入到磨坑形成了混合潤滑狀態(tài)，摩擦系數(shù)向下振蕩到低的穩(wěn)態(tài)值，其值約為干摩擦下的1/6；脲基潤滑脂潤滑下的磨損量

8、僅約為干摩擦下的1/24，且磨損主要發(fā)生在微動初期階段。分油量越大，減緩磨損效果越顯著。另外，氧化腐蝕的降低，以及微動初期在磨痕表面形成的高硬度白層，因低的穩(wěn)態(tài)切應(yīng)力基本上未剝落，它們也有助于減緩磨損。氣泡對磨損幾乎沒有影響。
　　 5.工業(yè)上，如果微動處于大位移幅值工況條件，采用油、脂潤滑減緩鋼材料微動磨損是很好的措施。對于減緩效果，油的理化性能和脂的分油是首先要考慮的因素。另外，油、脂在滑動下的摩擦特性與微動下不具有相關(guān)性。