磨損修復(fù)潤滑技術(shù)的新概念
2007-01-04
特種功能潤滑劑的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了磨損修復(fù)潤滑技術(shù)的產(chǎn)生，促進(jìn)了機(jī)械設(shè)備的有效潤滑維護(hù)。根據(jù)磨損修復(fù)功能潤滑劑的作用實(shí)質(zhì)，磨損修復(fù)潤滑技術(shù)的幾種作用形式如下：(1)聚合物高溫鋪展成膜作用。包括了懸浮PTFE、活性高分子等類型的潤滑劑及其在摩擦效應(yīng)下的結(jié)構(gòu)重組和對磨損表面的融合填補(bǔ)；(2)超微金屬滲透聚合成膜作用。包括微細(xì)分散的軟金屬懸浮液、復(fù)合金屬分散液等潤滑劑，及其對摩擦表面的滲入填充、聚合成膜的修復(fù)功能；(3)共晶滾球填充成膜作用。它涉及到極性潤滑分子對微球形磨屑的吸附，及其在摩擦表面堆積形成的滾動性修復(fù)膜。 磨損修復(fù)功能潤滑劑的近期發(fā)展，應(yīng)用了新的科學(xué)技術(shù)原理和手段，獲得了獨(dú)特的新型功能潤滑劑和良好作用效果，提出了新穎的潤滑理論，進(jìn)一步豐富了磨損修復(fù)潤滑技術(shù)的內(nèi)容。在此，對具有代表性的磨損修復(fù)潤滑技術(shù)的理論概念和作用實(shí)質(zhì)進(jìn)行分析和討論，以便為它的深入研究及應(yīng)用提供借鑒。 一、微流變(MFT—Microflux Trans)塑性整平技術(shù) 潤滑介質(zhì)在摩擦界面的微流變現(xiàn)象是基于摩擦表面不平整度所發(fā)生的一種潤滑狀態(tài)，結(jié)合了高分子潤滑劑的流變特性之后，而形成了微流變(MFT)金屬表面塑性整平技術(shù)。因為潤滑劑為適應(yīng)機(jī)械設(shè)備高速重載的發(fā)展，使用了大量的高分子添加劑成分或合成油品介質(zhì)，造成了潤滑劑分子特征及其與金屬表面作用特征的不可忽視性。一般來說，特種功能潤滑劑由小分子量的溶劑，較大分子量的添加劑以及高分子聚合物組成。當(dāng)它添加于潤滑油品介質(zhì)時，就形成了包括較小分子量的基礎(chǔ)油在內(nèi)的多分子形態(tài)的聚集體。潤滑流體特別是摩擦表面的潤滑膜，由于金屬表面原子的極性效應(yīng)，特別是微凸體接觸導(dǎo)致的新生磨損表面的電場電勢效應(yīng)的作用，表現(xiàn)出明顯非牛頓性。 參照流體的孔穴模型，潤滑流體的孔穴大小與潤滑劑的分子尺度相當(dāng)，分子由熱運(yùn)動無規(guī)則躍遷與孔穴位置發(fā)生不斷交換，產(chǎn)生了分子擴(kuò)散運(yùn)動，在剪切應(yīng)力作用下分子從優(yōu)越遷，形成潤滑劑的宏觀流動。對于潤滑流體中的大分子，特別是特種功能潤滑劑油品介質(zhì)中的高分子，其分子尺度明顯大于潤滑流體的孔穴尺度，它的熱運(yùn)動躍遷受到限制，僅表現(xiàn)為高分子鏈段的旋轉(zhuǎn)和擺動，使流體體系形成似網(wǎng)狀纏結(jié)狀態(tài)，只有在剪切應(yīng)力較大時高分子的纏結(jié)才會減弱。 我們知道，摩擦表面上潤滑劑的極性基因與金屬表面的作用能量平均可達(dá)幾萬焦耳，這促使了強(qiáng)化的邊界膜的形成。同時，由于高載荷條件下的高接觸應(yīng)力，摩擦表面的流體動壓潤滑油膜也塑性化，導(dǎo)致潤滑油在彈流接觸區(qū)內(nèi)的流變特性。因此，由于摩擦副表面的微觀不平度，特別是在粘著、疲勞磨損等形式下產(chǎn)生的凹坑及麻點(diǎn)，造成了摩擦表面潤滑油膜區(qū)域的不連續(xù)性或分散性。在這樣的情況下，由于凹坑式微區(qū)的作用，該微區(qū)內(nèi)流體受到的剪切應(yīng)力大大下降，分子受到的表面引力的影響大大加強(qiáng)，微區(qū)內(nèi)特種潤滑流體的活性高分子的聚集，導(dǎo)致微區(qū)內(nèi)流體流變特性發(fā)生變化：微區(qū)內(nèi)高分子鏈段互相纏繞，流體的粘塑特性加劇，并在高接觸應(yīng)力的作用下，Z后形成交織的粘塑性固結(jié)層，起到整平摩擦磨損表面的作用。 微流變(MFT)金屬表面塑性整平技術(shù)，利用了這種金屬摩擦副表面微區(qū)的特性以及微區(qū)內(nèi)潤滑液體的流變特性，結(jié)合冶金和化學(xué)原理，使粗糙的摩擦副表面或摩擦受損金屬表面得到修補(bǔ)及平整，使得摩擦副表面的實(shí)際接觸面積幾乎達(dá)到幾何接觸面積的80%，并且以塑性化的潤滑劑高分子膜為主要接觸形式，實(shí)現(xiàn)了摩擦及磨損的大大降低和機(jī)器設(shè)備壽命的延長。 二、場效應(yīng)滲鍍整平技術(shù) 金屬摩擦副的自生電勢是已被許多研究證明了的事實(shí)。因此，許多研究提出：進(jìn)一步采用外加電勢的方法，改變金屬摩擦副表面的自生電勢的大小和極性，控制摩擦表面的摩擦磨損。利用潤滑油液的載體功能，把含有平衡或激發(fā)摩擦表面電勢的物質(zhì)分子、原子或離子輸送到運(yùn)動的摩擦副界面，實(shí)現(xiàn)摩擦表面電勢的控制，進(jìn)一步完成摩擦表面的整平和減摩抗磨，則是摩擦表面自生電勢的化學(xué)調(diào)制方法。這里所指的潤滑油液的載體功能，就是潤滑油中特殊添加劑對調(diào)節(jié)物質(zhì)(一般指金屬的原子簇、離子)的攜帶作用，有兩種作用形式值得注意： 1.表面電勢的調(diào)節(jié)物質(zhì)在潤滑油液中與有機(jī)添加劑形成離子型化合物或絡(luò)合物，在摩擦效應(yīng)下，它從該化合物或絡(luò)合物中離解，與摩擦表面作用：吸附滲透、調(diào)節(jié)表面電勢，甚至產(chǎn)生電鍍效應(yīng)的磨損表面損傷修補(bǔ)膜。 2.表面電勢的調(diào)節(jié)物質(zhì)在潤滑油液中由分子篩型添加劑所攜帶，形成內(nèi)配合物。在摩擦界面，它受激后從分子篩孔中逸出，被摩擦表面特別是新生的磨損表面所捕獲，調(diào)節(jié)摩擦表面電荷，填補(bǔ)磨損表面凹陷。 一種干式潤滑的新概念，在于改變或強(qiáng)化摩擦副的材料物質(zhì)，就是利用潤滑油液作為載體，把稱之為“ER”的特種添加劑輸送到摩擦界面，在摩擦作用下，ER中的鐵離子被激活，隨油液滲入金屬表面并至數(shù)微米的深度，填平凹空、形成硬度高、韌性大又具有潤滑效應(yīng)的表面層。一種金屬表面磁化劑(MPC)的潤滑方法新概念，就是調(diào)節(jié)摩擦表面的電勢，實(shí)現(xiàn)減摩與抗磨維護(hù)。被潤滑油液所載運(yùn)的“調(diào)節(jié)物質(zhì)”，進(jìn)入摩擦界面并受摩擦效應(yīng)的作用，開始滲入金屬表面凹凸不平的微孔里，在摩擦副的金屬表面電磁效應(yīng)作用下，形成正電離子保護(hù)層和填充層，導(dǎo)致摩擦副表面正電相斥，不但撫平了摩擦表面凹痕，還把表面的摩擦磨損降至Z低。這就是稱之為“磁性油精”的潤滑技術(shù)，它的負(fù)載磨損指數(shù)高達(dá)246.4，點(diǎn)接觸實(shí)驗負(fù)荷高達(dá)800kg。這種利用摩擦表面的電場或磁場效應(yīng)原理，獲取摩擦表面特殊潤滑劑的潤滑技術(shù)，與獲取流體介質(zhì)的電流變和磁流變效應(yīng)多有相同。因為絡(luò)(配)合物的電子功能，為我們提供了合成或制造具有電性或磁性的有機(jī)化合物的方法和途徑，促使了具有電流變或磁流變效應(yīng)的有機(jī)化合物作為潤滑劑的特種添加劑——表面電勢的調(diào)節(jié)物質(zhì)——磁性金屬的原子和離子。 三、結(jié)語 從所提及的兩種潤滑新概念新技術(shù)來說，微流變(MFT)金屬表面塑性整平技術(shù)是利用了潤滑流體的流變學(xué)特性，借助于摩擦副表面的微觀粗造和吸附濃集特性，在接觸應(yīng)力作用下所導(dǎo)致的微觀流體粘塑性能的變化，實(shí)現(xiàn)磨損表面擦傷凹陷的填補(bǔ)整平。它屬于流體物理學(xué)的概念范疇和技術(shù)方法；而場效應(yīng)金屬表面滲鍍整平技術(shù)，是利用金屬原子或離子受金屬表面的微觀電、磁效應(yīng)的作用，在金屬表面吸附、滲入，調(diào)節(jié)金屬表面極化電勢和形成金屬表面保護(hù)膜，實(shí)現(xiàn)摩擦副的減摩抗磨，它屬于表面物理學(xué)的概念范疇和技術(shù)方法。一項新的潤滑技術(shù)的形成，包羅與涉及了許多相關(guān)學(xué)科的知識和方法，這就要求我們在探索和應(yīng)用這些新的潤滑(劑)技術(shù)時，運(yùn)用多學(xué)科的理論和方法，以求獲得良好有效的結(jié)果。 作者通聯(lián)：周強(qiáng)（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 北京海淀區(qū)清華東路 100083）
