润滑材料与技术学习笔记(2012年5月吕玉岷)

润滑材料与润滑技术学习笔记吕玉岷随着工业技术发展，润滑材料与润滑技术在不断更新，实际证明采用先进的润滑材料与润滑技术，可使机械设备在苛刻的条件下持久稳定地工作，提高机械效率与完好率，减少维护及停机损耗，节约能源和减少材料消耗，提高综合经济效益。目前冶金企业的炼钢、轧钢引进大量进口设备，这些进口设备都采用先进的润滑材料与润滑技术，由于我们队润滑技术的重要性认识不足或对新型润滑材料不够了解，致使许多进口设备的润滑材料仍依赖进口，或用一般润滑材料代替，造成许多设备故障及不必要的经济损失。另外通过学习可以对润滑材料有进一步的深入了解，推进先进润滑技术和润滑材料在现场中应用。一、润滑基础知识润滑的目的是在机械设备摩擦副相对运动的表面加入润滑剂以降低摩擦阻力和能源消耗，减少表面磨损，延长使用寿命，保证设备正常转。润滑的作用有以下几方面。（1）降低摩擦：在摩擦副相对运动的表面间加入润滑剂后，形成润滑剂膜，将摩擦表面隔开，使金属表面间的摩擦转化成具有较低抗剪强度的油膜分子之间的内摩擦，从而降低摩擦阻力和能源消耗，使摩擦副运转平稳。（2）减少磨损：在摩擦表面形成的润滑剂膜，可降低摩擦并支承载荷，因此可以减少表面磨损及划伤，保持零部件的配合精度。（3）冷却作用：采用液体润滑剂循环润滑系统，可以将摩擦时产生的热量带走，降低机械设备发热。（4）防止腐蚀：摩擦表面的润滑剂膜可以隔绝空气，水蒸气及磨蚀性气体等环境介质对摩擦表面的侵蚀，防止或减缓生锈。此外，某些润滑剂可以将冲击振动的机械能转变为液压能，起阻尼、减振或缓冲作业，随着润滑剂的流动，可将摩擦表面上污染物，磨削等冲洗带走，有的润滑剂还可起密封作用，防止冷凝水、灰尘及其他杂质的侵入。润滑的类型机械摩擦副表面间的润滑类型或状态，可根据润滑膜的形成机理和特征分为以下5种：流体动压润滑；弹性流体动压润滑；流体静压润滑；边界润滑；无润滑或干摩擦状态；前三种有时又称流体润滑。这5种润滑类型的润滑状态，通常可根据所形成的润滑油膜的厚度与表面粗糙度综合值借助斯特里贝克摩擦曲线进行对比，正确地判断其润滑状态。由图一可以看到，两对偶表面粗糙综合R与油膜厚度h的比值关系，可将润滑类型区分为流体润滑、混合润滑、边界润滑。表面粗糙度综合值可计算而得R=(R2+R2)式中，R与R为两对偶表面的相应粗糙值R与R。图一中曲线右侧一段，1212az表示在流体润滑状态下，润滑剂油膜厚度和表面粗糙度综合值R的比值入约为3以上，典型膜厚h约为l-100um。对弹性流体动压润滑，典型膜厚约为0.1-lum。摩擦表面完全为连续的润滑剂膜所分隔开，由低摩擦的润滑剂膜承受载荷，磨损轻微。图一中Nh—^0Nh—^0就；汀-削匸沖4逼轴承特*彎黔图一中间一段曲线，比值入约为3,是几种润滑状态同时存在的混合润滑，典型膜厚h在1um以下，状态摩擦表面的一部分为润滑剂膜分隔开，承受载荷，也会发生部分表面微凸体间的接触以及边界润滑剂承受部分载荷。图一曲线左侧一段，属于边界润滑，比值入趋于0(小于0.4-1)时，典型膜厚h约为0.001-0.05um，此状态摩擦表面微凸体接触较多，润滑剂的流体润滑作用减少，甚至完全不起作用，载荷几乎全部通过微凸体以及润滑剂和表面之间相互作业所生成的边界润滑剂膜来承受。当摩擦表面之间、润滑剂之间润滑剂的流体润滑作业已经完全不存在，载荷全部由表面上存在的氧化膜、固体润滑膜或金属基体承受是的状态称为无润滑或干摩擦。一般金属氧化膜的厚度在O.Olum以下。流体动压润滑的特性流体动压润滑是依靠运动副两个滑动表面的形状，在其相对运动时形成一层具有足够压力的流体效应膜，从而将两表面分隔开的一种润滑状态。主要特性有：(1)流体的粘度、(2)楔形润滑膜。流体粘度：在流体动压润滑中，对运动的阻力主要来自流体的内摩擦，流体在外力作用下流动的过程中，在流体分子之间的内摩擦力，即流体膜的剪切阻力，称为粘度。17世纪牛顿首先提出了粘性流动定律（图二），认为粘性流体的流动是许多极薄的流体之间的相对滑动，由于流体的粘滞性，在相互滑动的各层之间将产生切应力，也就是流体的内摩擦力，由它们将运动传递到各相邻的流体层，使流动较快的流体减速，而流动较慢的流体层加速，形成按一定规律变化的流速分布。在两块距离为h的平行板中间有黏性流体是，如下表面保持固定，而在上表面在F力作业下以流速v平行于下表面移动。当速度不太高时，流体分子黏附在表面上，流体相邻的流动是相互平移的层流状流动，这时为保持上面移动所需要的力F与表面面积A以及所发生的切应变率U/h成正比,F/A=n*U/h,如果在垂直高度dz间每一层流体按线性增加一个速度增量du,上表面上的切应力T与切应变率（或速度梯度）成正比。由此T二n*du/dz、n=T/（du/dz）式中n一动力粘度。在法定计量单位或国际单位制（SI）中，动力粘度的单位为Pa.s（帕斯卡•秒），亦可用Mpa.s或N.s/m2。常用润滑油的动力粘度范围为2-400Mpa.s，水的粘度为1Mpa.s,空气的粘度0.02Mpa.s。一般称遵从粘性切应力与切应变成比例的规律的流体为牛顿流体，而不遵从此规律的流体为非牛顿流体。常用的矿物润滑油均属于牛顿流体。动力粘度与流体密度p的比值称为运动粘度v，即v=n/p在法定计量单位或国际单位（SI）中，运动粘度的单位为m2/s，常用单位是mm2/s（厘斯）。粘度与压力的关系润滑油所受压力增加，分子间距减小而分子间作用增大，因而粘度增加。粘度与温度的关系:润滑油温度的增加，粘度减小，温度减小，粘度增大。粘度随温度的变化特性可以用粘度指数VI表示，粘度指数越大表示润滑油品运行粘度受温度的影响变化较小。（见：粘温指数计算图）若已知油品40°C与100°C运动粘度，可以使用粘温指数计算图直接方便地求出VI

值，把40°C和100°C运动粘度标在相应的位置上，连接两点并延长交于另一条直线，其交点即为所求的粘度指数。已知油品40C与100C运动粘度分别为100mm2/s和10mm2/s,两点连一直线，者可以方便求出任意温度下的运动粘度，，入得得到60C运动粘度为37mm2/s。粘温指数计算图的*0运功點甌的*0运功點甌130 4050hO8000I・uaJ・“■°:y丄iI对润滑剂的基本性能要求一般要求润滑剂应具有以下基本性能（1）摩擦性能：一般要求润滑剂具有尽可能小的摩擦系数，保证机械运行敏捷平稳减少能耗。对于某些特殊机械，如液力传动系统、摩擦传动和摩擦制动系统，则要求有较高的摩擦系数。（2）事宜的粘度粘度是液体润滑剂的最重要的性能，因此选择润滑剂时首先考虑粘度是否合适。高粘度易于形成动压油膜，油膜较厚，能支承较大负荷，防止磨损。但粘度太大，即内摩擦太大，会造成摩擦热增大，摩擦面温度升高；而且在低温下不易流动，不利于低温启动，低粘度时，摩擦阻力小，能耗低，机械运行稳捷，温升不高但如粘度太低，则油膜太薄，承受负荷的能力小，易于磨损，且易渗漏流失，特别是容易渗入疲劳裂纹，加速疲劳扩展，从而加速疲劳磨损，降低机械零件寿命。（3）极压性处于边界润滑状态时，粘度作业不大，主要靠边界膜强度支承载荷，因此要求润滑剂具有良好的极压性，以保证在边界润滑状态下，如启动时或低速重负荷时，仍有良好的润滑。（4）化学安定性和热稳定性润滑剂从生产、销售、储存到使用有一个过程，因此要求一般润滑剂具有良好的化学安定性和热稳定性，在储存、运输、使用过程中不易被氧化、分解变质。（5）材料适应性润滑剂在使用中必然与金属和密封材料相接触，因此要求其对接触的金属材料不腐蚀，对橡胶等密封材料不溶胀。（6）纯净度要求润滑剂不含水和杂质。因水能造成油料乳化，使油膜变薄或破坏，造成磨损，而且使金属生锈；杂质可堵塞油滤和喷嘴，造成断油事故，杂质进入摩擦面引起磨粒磨损。因此，一般润滑油的规格标准中都要求油色透明，且不含机械杂质和水分。二、润滑剂的分类按照润滑剂的物理状态，可分为液压润滑剂、半固态润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂4大类，每类各有其性能特点和适用范围。（表一润滑剂分类表）液体润滑剂是用量最大、品种最多的一类润滑材料，包括矿物油、合成油、动植物油和水基液体等。半固体润滑剂在常温、常压下呈变流体状态，并且有胶体结构的润滑材料，称为润滑脂。一般分为皂基脂、烃基脂、无机脂、有机脂四种。固态润滑剂包括软金属、金属化合物、有机物、无基物四类，按其形状可分为固体粉末、薄膜和自润滑复合材料三种。气体润滑剂有空气、氦、氮、氢等。要求清净度很高，适用于流体动力润滑。气体的粘度很低，意味着其油膜也很薄。流体动力气体轴承（气体动力轴承）只用于高

速、轻载、小间隙和公差控制得十分严格的情况下。气体润滑可以用在比润滑油和润滑脂更高或更低的温度下，可在-200°C-2000°C范围内润滑滑动轴承，其摩擦系统低到测不出来的程度，轴承稳定性很高。（如医用牙钻和精密磨床主轴）。上动植物油—茶油菜油苞麻油鲸鱼油r「谓分矿物油矿物油彳1殘渣祠滑油广酹类油液体润滑制€合成怪台成油€硅油硅酸郵磷酸郵1氟油(水基液趴乳化液水-乙二醇J十皂基脂锂基脂 钙基脂铝基脂等无机脂脸祠土郵硅胶脂等祠滑脂q怪基脂一-工业凡士林等L有机脂醍胺脂 聚腮脂等r软金厲——pbSnAgAu固体润滑和i<金厲化合物PbcCaFMoS1无机物石墨、韦机物聚四氟乙烯酬醛厲脂等气体润滑制——空气虱 创寺柯冒訓分类表三、润滑脂选择选用润滑脂应考虑的主要因素选用润滑脂的主要目的是能长期使用，保证机械部件长期而可靠的润滑，脂的寿命是选脂的主要依据，在使用中，由于脂受温度、速度、负荷、环境影响，其后果使寿命降低以至失败，所以选用润滑脂必须与上述4个因素相适应。（1）温度润滑部位的工作温度是选用润滑脂的重要依据轴承或摩擦部位的温度高低及变化的辐射对润滑脂的润滑作用和使用寿命有明细的影响，润滑之是一个胶体分散体系，它的强度极限和有效粘度是随温度而变化。每当轴承温度升高10-15°C，润滑脂的使用寿命降低1/2。按最高温度选择润滑脂的类型最高温度C稠化剂类型基础油类型40-50C钙皂、锂皂矿物油100-120C锂皂、复合皂矿物油约150C复合锂、复合铝、复合锂矿物油、聚a烯烃180-200C复合锂、聚脲、酯类油、聚a烯烃250C脲类有机物、含氟化合物苯基硅油300C硅胶咼苯硅油选用高温用油脂要选氧化安定性好、热蒸发损失小、滴点高的润滑脂，根据使用温度选用润滑之。（滴点：是润滑脂耐热性能的重要指标，是润滑脂受热熔化开始滴落的最低温度。即在规定条件下，将润滑脂加热熔化，测定开始滴下第一滴时的温度，以C表示。GB/T4929（润滑脂滴点测定法）规定了润滑脂滴点的测定方法。滴点是选择润滑脂使用条件的依据，一般润滑脂的滴点高于使用温度20-30C。项目40-50C左右100-120C左右150C左右180C左右180C左右、中4.七.选脂参考钙基脂钠基或锂基脂复合钙膨润土脂复合锂基脂宽温度范围用的润滑脂，要求粘温性能好，既具有高温脂的性能又具有低温脂的性能。目前我国已经研制并小批量生产的合成油锂基脂和合成油膨润土润滑脂可满足宽温、多效、长寿命的需要，如：7255航空通用膨润土润滑脂，适用于-50--180C。（2）速度润滑脂的物理状态和润滑作用对润滑部位的运转速度较为敏感，它的粘度不仅随温度而且随剪切速度而改变，这与润滑油有明显的不同，运转速度越快，润滑脂所受的剪切力就越大，稠化剂形成的润滑骨架受到的破坏作用就越大，有效的粘度下降也越多，转速高，产生的热量较多，而润滑脂的散热性又差，故不仅增加摩擦点的温升，同时使润滑脂往往被甩出润滑部件之外，从而降低了使用寿命。在相同温度和负荷下，转速越高则要采用流动性较好，即针入度适中的润滑脂。针入度：是润滑脂稠度或软硬度的指标。是将润滑脂保持在规定温度下，以规定重量的标准锥体，在5s内沉入润滑脂深度来表示。单位0.1mm。GB/T269（润滑脂和石油脂针入度测定法）规定了润滑脂的针入度的测定方法。针入度表示润滑脂的流动性和塑性强度。在一定程度上反映润滑脂的承载能力大小的流失程度。重负荷摩擦副应选择针入度较小的润滑脂，是润滑脂牌号划分的指标。粘度：流体或半固体物质阻止其自身流动的一种性质，定义为流体剪切应力剪切速率之比。润滑脂适应运转速度的限度限度通常用“DN”表示，就是转速与轴承内径的乘积。对于滚动的圆柱滚子轴承，内经在50mm以下的，当DN值小于300000是采用润滑脂，DN值大于300000时，采用润滑油内经在50mm以上的，当DN值小于300000/（d/50）0.5时，采用润滑脂；DN值大于300000/（d/50）0.5时采用润滑油。圆锥和滚子轴承，内经在50以上，当DN值小于当DN值小于150000/（d/50）0.5时，采用润滑脂；DN值大于150000/（d/50）0.5时采用润滑油。（3）负荷负荷是指工作轴承单位面积上所承受的压力，用Mpa表示。在使用中常把负荷为50*102Mpa以上的称为重负荷；30*102*—50*102Mpa称为中负荷；30*102Mpa以下为轻负荷。对