微動磨損是指兩固體接觸麵由周(zhōu)期性小振幅振動造成損傷的一種特有的磨損形式。這種現象涉及各個部門的各種部件,特別是飛機、汽車工業的各(gè)種緊件、壓(yā)緊件、萬(wàn)向節、齒槽配合(hé)、發動機軸承、鋼(gāng)絲繩、飛機控製機構等。它也可在某些(xiē)矯正裝置上發生,特別是在像骨夾板(bǎn)一類的骨折固定裝置上(shàng)發生,甚至在相互接觸的牙(yá)齒之間,特別是磨齒之間形成的點蝕破壞也是一種微(wēi)動腐(fǔ)蝕。
微動磨損(sǔn)會使零件喪失其設計公差(chà)和尺寸,同時也使表麵質量嚴重惡化(粗糙(cāo)度增大、微觀點蝕及次表層出(chū)現微裂紋),從而大大降低了零件的疲(pí)勞強(qiáng)度,導致一係列的災難性(xìng)後果。據Bartle報道,自50年代以來(lái),微(wēi)動磨損所造成的損失一直在增大,而其他磨損所造成的損失則在(zài)減小。因此,如何(hé)降低微動磨損已引(yǐn)起各方麵的廣泛注意。為減輕或消除由微動引起的損傷可采取的措(cuò)施是多種多樣(yàng)的,對每(měi)一種已有的或設計中的工況都要進行(háng)具體(tǐ)分析,以便采取Z佳的防護措施。通常采取的方法有改進設計、表麵處理、材料的選擇等。此(cǐ)外,人們發現使用微動性能良好的潤滑(huá)劑能有效地降低摩擦副的微(wēi)動磨損,並進行了大量的研究(jiū)。本文將對潤滑(huá)劑在微動磨損的(de)研究現(xiàn)狀進行較為詳細的綜述。
1 潤滑劑
潤(rùn)滑(huá)劑已(yǐ)廣泛地用於滾動、滑動接觸等摩擦係統中。但是在微(wēi)動接觸區域很難使用潤滑劑,因為難以在接觸區保留住潤滑劑。按照潤滑劑所處的狀態,可將其分(fèn)為三類:液體(tǐ)潤滑劑、半(bàn)固體潤滑劑以及固體(tǐ)潤滑劑。
1.1液體潤滑劑
盡管潤滑並(bìng)不能保(bǎo)證完全預(yù)防(fáng)微動磨損,但(dàn)油基或油脂基液體潤滑劑在將摩擦表麵完全浸沒於其中(zhōng)時,能得到Z好的效果。
潤滑油的粘度在微動磨損(sǔn)研究中是一個非常重(chóng)要的參數。潤滑油的粘度對微動磨損的(de)影響人們有著不同的看法。某些研(yán)究表明隨著油粘度(dù)的增加,磨斑直徑逐漸增大,原因在於低粘度油(yóu)易進入微動接觸區域。然而一些研究則認為高粘度油更有效,因為這類油更能有效地阻止氧氣進入(rù)微動區域。Neyman研究了潤滑油的粘度和邊界(jiè)潤滑性能(BLPs)對鋼摩(mó)擦副微動磨損的(de)影(yǐng)響(xiǎng)。他認為粘度對微動磨損體積的影響與油的邊界潤滑性能有關,粘度對微動磨損的影響沒有邊界(jiè)潤(rùn)滑性能的影響大,例如當滑動振幅達到某一臨界值(zhí)時,可(kě)觀察到微動磨損速度變得很小。此現象表明微(wēi)動磨損體積與油的粘度實際上無關,卻與油的邊界潤滑性能有關。
潤滑油的種類對微動磨(mó)損(sǔn)也有影響。Wunsoh比較了礦物(wù)油(yóu)和合成油的微(wēi)動磨損性能。結果表明,礦物油的微動磨(mó)損性能比(bǐ)合成油的好,聚烯烴和礦(kuàng)物油的微動磨損相當,具有高度內消旋結構(gòu)的剛性分子化合物,例如苯基矽油、聚苯醚、全氟聚醚等的微動磨損性能較差,醋類化合物的微動磨損居中,但三經(jīng)甲基丙烷醋的微動磨損比其他醋類油的差。CHEN也發現了類似的現象。表1列出了各種潤滑油的微動(dòng)磨損性能數據。

此外,潤滑油中的(de)添(tiān)加劑對微動磨損的影(yǐng)響(xiǎng)也較大。Sato等人曾報道過含2%ZnDDP的潤滑(huá)油可顯著降低(dī)摩擦,減少(shǎo)磨損。含(hán)三甲酚磷酸鹽(yán)類有機磷添加劑的低粘度合成雙醋油能顯著減慢微動磨損速度。
總之,液(yè)體潤(rùn)滑劑對降(jiàng)低微動磨損的作用原(yuán)理在於可形成保(bǎo)護性的潤滑膜及阻(zǔ)止氧氣進入微動摩(mó)擦區域。因此,選擇適當粘度的潤滑油以保(bǎo)證潤(rùn)滑油能進入摩擦區,並使摩(mó)擦表麵與空氣中的氧氣分隔開,特別是氧難(nán)於溶解和難於擴散的潤(rùn)滑劑,效果更好。此外,潤滑油應具有良好(hǎo)的表(biǎo)麵粘附性、能承受高壓、抗氧化能(néng)力強,性能(néng)長時間保持穩定,這樣才能保證有效地潤滑微動磨損(sǔn)區域。
1.2半固體潤滑劑
應用液體潤滑劑涉及到部件的密封,以防止液體潤滑劑外漏。在微動磨損(sǔn)較重的情況下,液體潤滑劑又常常難以有效地將兩配合表麵分(fèn)隔開,以避免兩配合表麵直接接觸,因此在某些(xiē)條(tiáo)件下使用半固(gù)體潤滑(huá)脂來潤滑是合理的。潤滑(huá)脂在微動磨損中的重要作用在於阻止氧氣進人微動接觸區域,同時還可降低摩擦係數。
影響潤滑脂微動磨損性(xìng)能的因素比較多。無論使用哪種潤滑脂,其抗(kàng)微動磨損的(de)能力(lì)都強烈地取決於潤滑脂基礎油的種類,潤滑脂的機械安(ān)定性、稠度、皂含量(liàng)及(jí)添加劑性能等因素。在(zài)粘度相同的情況下以普通礦物油(yóu)石蠟基油(yóu)、環烷基油為基礎油的潤滑脂的微動(dòng)磨損程度相同。但以(yǐ)高精製礦物油(yóu)(如高(gāo)石蠟基油(yóu)、深度抽提的環烷基油)或合成烴為基礎油的潤滑脂的微動磨(mó)損性能提高較大。Roborts比較了(le)各種合成基礎油對潤滑脂微動(dòng)磨(mó)損性能的影響。試(shì)驗結果表明,以合成烴為基礎油製成的潤滑脂的微動磨損性能較好,而雙醋的微動磨損性能較差。
稠化劑對潤滑脂的微動磨損性能也有很大的影響。Schlobohm研究了稠化劑類型、含量、稠度、溫度對潤滑脂微動(dòng)磨損性能的(de)影響。在25℃時,聚脲稠化劑比12-羥基硬脂酸鈣、12-羥基硬脂酸鋰、白土(tǔ)、複合鋁有更好(hǎo)的微動磨損性能。在低溫(-18℃)時,聚脲的抗微動磨損能力下降,而鋰基脂(zhī)基本保持不變。聚脲脂在低溫下的微動磨損(sǔn)性能(néng)降低,可(kě)能與稠化劑含量有關。此外,他們發現潤滑脂的微動磨損性能隨潤滑脂稠度的增加而下降。
潤滑脂內通常含有添加劑,其中一些添加(jiā)劑(如極壓添加(jiā)劑)可生成(chéng)保護性膜而減緩微動磨損(sǔn)。雖然在微動磨損過程中存在(zài)氧化問題,但抗氧劑(jì)對微動磨損不起作用。Schlobohm考察了二烷基二硫代氨基(jī)甲酸鹽、二烷基二(èr)硫代磷酸鹽、烷基(jī)二苯胺、芳香胺、硫化脂肪、芳香族胺等(děng)抗氧化性(xìng)能,發(fā)現硫化脂肪在高濃度時是能降低磨損的添加劑。表2列出了(le)Schlobohm研究(jiū)結果(guǒ)。

綜上所述,對潤滑脂的微動磨損性能實際起主要作用的是稠化劑和基礎(chǔ)油,添加劑所起的作(zuò)用(yòng)較小。由於潤滑脂的種類與礦物(wù)油和合成油一樣,是千差萬別的。因此,關於哪種潤滑脂的微動磨損性能好,哪種因素主要對微動(dòng)磨損有影響等(děng)還需今(jīn)後進一步研(yán)究(jiū)。
1.3固(gù)體潤滑劑(jì)
在微動磨(mó)損的研究中,對固體潤滑(huá)劑的許多(duō)研究集中於MoS2(粉末或薄膜形式)、石墨(粉末狀)、聚合物膜(如聚氯乙烯(xī)、聚亞胺、聚苯(běn)乙烯、聚四(sì)氟乙烯)等物質。金屬固(gù)體潤滑(huá)劑(鉛、銦)及無機化合物固體潤(rùn)滑劑有時也能成功地用來(lái)預防微動(dòng)磨損。但是,將MoS2、石墨、氧(yǎng)化鋅等添加(jiā)到潤滑脂中後,卻往往得不到好(hǎo)的效果,有時反而有副作用。在使用過(guò)程中,如(rú)果潤(rùn)滑劑有脫落的危險(由於(yú)離心力、氣蝕等原因),那Z好是采用帶粘結劑的潤滑劑(jì)。在這方麵顯(xiǎn)示其良好效果的是矽樹脂和小鱗片狀石墨的結合,以及含有10%鉻酸鋅的二硫化鉬。
Stott等認為在微動的金屬接觸麵間插人一層聚合物膜或者用聚合(hé)物代替金(jīn)屬(shǔ)部件可以減小摩擦副的微動(dòng)磨損。研究表明:低密度和高(gāo)密度聚乙烯、超高分子(zǐ)量聚乙烯、聚酞亞胺等聚合物塗層在(zài)減小金屬微動磨損方麵均(jun1)有一定的效果。閻逢元等(děng)研究了球-盤點接(jiē)觸和麵接觸微動條件下聚全氟(fú)乙烯丙烯的微動磨損特性。結(jié)果發(fā)現,球一盤接觸時聚全氟乙烯丙烯(xī)的微動磨損(sǔn)以帶狀磨屑擠出為主。在(zài)麵接觸條件下,聚全氟乙烯(xī)丙烯的(de)微動磨損表麵可明顯地分成3個區:中心區(qū)為磨屑產生(shēng)區;高(gāo)應力區為磨屑阻擋(dǎng)區;阻擋區外為(wéi)輕微滑動(dòng)區。相應(yīng)的微動(dòng)磨(mó)損斷麵包括致(zhì)密的表麵熔(róng)融層、形變層以(yǐ)及距表麵深度達0.5mm處的微動裂紋生成(chéng)層。
2 結論
從目前國內外的(de)研究報道來看,有關微動磨損機理還存在不(bú)同的看法甚至相反的看法,這給潤滑劑的選擇帶來了很大的困難。一(yī)般來說,潤(rùn)滑劑(jì)在微動磨(mó)損中的作用有兩(liǎng)點:一(yī)是形成保護性膜防止微凸體的(de)直接接觸;二是阻止氧氣參(cān)與磨損過程。從摩擦(cā)與潤(rùn)滑的立場來看,今後要大力加強對微動磨損機理的研究,在(zài)此基(jī)礎上研究各種抗微(wēi)動(dòng)磨損的表麵塗層和潤滑劑,包括耐高溫塗層、高分子軟塗層和固體潤滑膜及潤(rùn)滑油、潤滑脂等。