摩擦學(xué)原理(第2章潤滑劑)

1、潤滑 埃及金字塔中搬運(yùn)巨像的情況 應(yīng)用實(shí)例 應(yīng)用實(shí)例 第二章 潤滑劑 n2.1 潤滑劑的作用與類型 n2.1.1 潤滑劑的作用 n潤滑劑是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的基本要素之一，它的主要作用 是減少運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦和磨損，提高機(jī)械效率，延長 機(jī)械的工作壽命。 n除此之外，使用潤滑循環(huán)系統(tǒng)還能起到冷卻摩擦副、帶 走磨損碎屑或其它顆粒污染物以及保護(hù)金屬表面免遭腐 蝕等有益作用。 n潤滑劑的物質(zhì)形態(tài)已經(jīng)覆蓋了氣體、液體 和固體單相以及氣-液、液-液、液-固兩相 甚至氣-液-固三相，十分廣泛。 n有些類型的潤滑劑有時(shí)也會(huì)帶來環(huán)境污染 等問題，所以需要對(duì)潤滑劑的知識(shí)有全面 的認(rèn)識(shí)和理解。 n潤滑油一般由基礎(chǔ)油和潤滑

2、油添加劑混合 而成。 n基礎(chǔ)油分為礦物油和合成油兩大類。礦物 油的最高使用溫度為130，有些超精煉的 礦物油使用溫度可達(dá)200,而某些合成油則 可耐370的高溫。相對(duì)于礦物油來說，合 成油屬于高檔潤滑油，用于高溫、高壓、 高真空和高濕度等極端環(huán)境工況。 n2.1.2 潤滑油的類型 潤滑劑從形態(tài)上分 潤滑油的性能指標(biāo) （1）粘度 1）動(dòng)力粘度-表征流體內(nèi)摩擦阻力大小的指標(biāo)，Pas； 2）運(yùn)動(dòng)粘度-同溫度下液體動(dòng)力粘度與密度之比，m2/s； 粘度的大小表示了液體流動(dòng)時(shí)其內(nèi)摩擦阻力的大小，粘度愈大，內(nèi)摩 擦阻力就愈大，液體的流動(dòng)性就愈差。 （2） 潤滑性（油性） 潤滑油中極性分子吸附于金屬表面形成邊

3、界油膜的性能。吸附力強(qiáng)，油膜 不易破裂，摩擦系數(shù)小，則說明油性好。 （3）極壓性 潤滑油中加入添加劑后，油中極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓化 學(xué)反應(yīng)邊界膜的性能。 （4） 閃點(diǎn) 潤滑油在火焰下發(fā)生閃爍時(shí)的最低溫度。閃點(diǎn)對(duì)于高溫下工作的機(jī)器是 一個(gè)十分重要的性能指標(biāo)。 （5） 凝點(diǎn) 潤滑油在試管中冷卻到不能流動(dòng)時(shí)的最高溫度。凝點(diǎn)是潤滑油在低溫下 工作的一個(gè)重要指標(biāo)。 （6） 氧化穩(wěn)定性 潤滑油在高溫下抗氧化的性能。 (7)酸值（總酸值、中和值） 潤滑油中有機(jī)酸的總含量。中和1g石油產(chǎn)品所需的KOH毫克數(shù)，mgKOH/g.可用 來衡量潤滑油的氧化安定性或作為換油指標(biāo)。 （8）總堿值 規(guī)定的條件

4、下滴定時(shí)，中和1g試樣中全部堿性組分所需高氯酸的量。以相同物質(zhì) 的量的KOH毫克數(shù)表示。 （9）水溶性酸和堿 用一定體積的中性蒸餾水和潤滑油在一定溫度下混合、振蕩，使蒸餾水將潤滑油 中的水溶性的酸和堿抽出來然后測(cè)定蒸餾水溶液的酸性和堿性。 新油：潤滑油精制時(shí)酸堿分離不好 貯存和使用：潤滑油被污染或氧化分解 汽輪機(jī)油：抗乳化度降低 變壓器：腐蝕設(shè)備，耐電壓下降 （10）機(jī)械雜質(zhì) 油中不溶于汽油或苯的沉淀和懸浮物，經(jīng)過濾而分出的雜質(zhì)，稱為機(jī)械雜 質(zhì)?；覊m，混沙，金屬碎屑，氧化物和銹末等 將加速機(jī)械零件的研磨、拉傷和劃痕等磨損，堵塞油路，拉傷和劃痕等， 堵塞油路油嘴和濾油器，造成潤滑失效。 (11)

5、 灰分 指潤滑油在規(guī)定條件下完全燃燒后，剩下的殘留物（不燃物）。以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表 示。 灰分的成分：金屬鹽類，金屬氧化物含添加劑的油的灰分較高。 灰分使?jié)櫥驮谑褂秒蟹e炭增加，灰分過高，造成機(jī)械零件的磨損。 (12) 殘?zhí)?隔絕空氣時(shí)，油經(jīng)蒸發(fā)分解生成焦炭狀的殘余物。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。 殘?zhí)渴怯椭心z狀物質(zhì)和不穩(wěn)定化合物含量的間接指標(biāo)，也是礦物油基礎(chǔ)油精制 深淺程度的標(biāo)志。含S、O、N多時(shí)，殘?zhí)扛?，結(jié)焦傾向大，增加摩擦磨損。 壓縮機(jī)油殘?zhí)扛邥r(shí)，在壓縮機(jī)氣缸、脹圈和排氣閥座上的積炭就多，磨損，高 溫時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。 (13) 水分 質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。油品中應(yīng)不含水分。 標(biāo)準(zhǔn)方法：其一定量的試樣與無水溶劑混合，

6、蒸餾，測(cè)定含水量。 水含量3.5時(shí) n當(dāng)壓力降低到一定程度（如真空環(huán)境下）或溫度升高到一 定程度時(shí)，液態(tài)的潤滑油會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，體積增大而密度 減小。物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的臨界壓力稱為飽和蒸汽壓 (Vapor Pressure)。在一定溫度下，潤滑油的飽和蒸汽壓 滿足Langmuir方程 式中，飽和蒸汽壓Pvap的單位是Torr（托，即mmHg），G 表示蒸發(fā)速率，單位是gcm-1s-1，T表示溫度，單位是 K(+273)，M代表潤滑油的分子量。 n2.3 流體粘度 n粘度是流體作為潤滑劑時(shí)最重要的性能參數(shù)。 與密度相比，潤滑劑的粘度隨溫度、壓力等工 況參數(shù)的變化更為顯著。在以液體作潤滑劑的 流

7、體動(dòng)壓潤滑中，主要的問題是粘度性質(zhì)及其 與溫度的關(guān)系。氣體潤滑時(shí)，潤滑劑的可壓縮 性即密度隨壓力的變化將具有重要作用。而對(duì) 于彈性流體動(dòng)壓潤滑狀態(tài)，溫度和壓力對(duì)粘度 的影響以及潤滑劑的可壓縮性都將成為不可忽 視的問題。 2.3.1 動(dòng)力粘度與運(yùn)動(dòng)粘度 流體流動(dòng)時(shí)，由于流體與固體表面的附著力 和流體內(nèi)部分子間的作用，將不斷產(chǎn)生剪切變形， 而流體的粘滯性就是流體抵抗剪切變形的能力。 粘度是流體粘滯性的度量，用以描述流動(dòng)時(shí)的內(nèi) 摩擦。 nNewton最先提出粘性流體的流動(dòng)模型，他認(rèn)為流體的流動(dòng) 是許多極薄的流體層之間的相對(duì)滑動(dòng),如圖2.3所示。在厚度 為h的流體表面上有一塊面積為A的平板，在F力的作

8、用下以 速度U運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，由于粘性流體的內(nèi)摩擦力將運(yùn)動(dòng)依次傳 遞到各層流體。由于流體的粘滯性，在相互滑動(dòng)的各層之 間將產(chǎn)生剪應(yīng)力即流體的內(nèi)摩擦力，由它們將運(yùn)動(dòng)傳遞到 各相鄰的流體層，使流動(dòng)較快的層減速，而流動(dòng)較慢的層 加速，形成按一定規(guī)律變化的流速分布。當(dāng)A、B表面平行 時(shí)，對(duì)大部分流體介質(zhì)來說流速u可視為沿z向直線分布。 n 圖2.3 牛頓流體流動(dòng)模型圖2.4 粘度定義 Newton提出了粘滯剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率成正比的假設(shè)，稱為牛頓粘性定 律，即: 其中，為剪應(yīng)力，即單位面積上的摩擦力，=F/A； 為剪應(yīng)變率，即 剪應(yīng)變隨時(shí)間的變化率。 可知，剪應(yīng)變率等于流動(dòng)速度沿流體厚度方向的變化梯度。這樣

9、，牛 頓粘性定律可寫成: 式中，比例常數(shù)定義為流體的動(dòng)力粘度。 各種不同流體的動(dòng)力粘度數(shù)值范圍很寬?？諝獾膭?dòng)力粘度為0.02mPas， 而水的粘度為1 mPas。潤滑油的粘度范圍為2 mPas 400 mPas， 熔化的瀝青可達(dá)700 mPas。 在工程中，常常將流體的動(dòng)力粘度與其密度的比值作為 流體的粘度，這一粘度稱為運(yùn)動(dòng)粘度，常用表示。運(yùn)動(dòng) 粘度的表達(dá)式為: 通常潤滑油的密度=0.7g/cm31.2g/cm3，而礦物油密度 的典型值為0.85 g/cm3，因此運(yùn)動(dòng)粘度與動(dòng)力粘度的近似 換算式可采用 (cP)=0.85(cSt) （2.8） n2.3.2 粘度與溫度的關(guān)系 n粘度隨溫度的變化

10、（常稱為粘-溫關(guān)系）是 潤滑劑的一個(gè)十分重要的特性。如表2.1所 示，礦物油和合成油的粘度隨溫度的升高 而降低，通常潤滑油的粘度越高，其對(duì)溫 度的變化就越敏感。 n從分子學(xué)的觀點(diǎn)來看，流體是由大量的處于無規(guī) 則運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分子所組成，流體的粘度是分子間 的引力作用和動(dòng)量的綜合表現(xiàn)。分子間的引力隨 著分子間的距離會(huì)發(fā)生明顯改變，而分子的動(dòng)量 取決于運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)溫度升高時(shí)，流體分子運(yùn)動(dòng) 的平均速度增大，而分子間的距離也增加。這樣 就使得分子的動(dòng)量增加，而分子間的作用力減小。 因此，液體的粘度隨溫度的升高而急劇下降，從 而嚴(yán)重影響它們的潤滑作用。 大多數(shù)潤滑油的粘度隨溫度會(huì)劇烈下降，它們之間的變化 規(guī)

11、律的次切線 具有多項(xiàng)式形式。粘度與溫度的關(guān)系 式可以寫成如下幾種形式: 上述式中，0為溫度為T0時(shí)的粘度；為溫度為T時(shí)的粘度； 為溫粘系數(shù)，可近似取作0.03 1/C；m=1,2,；表示 “無限粘度”溫度，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)礦物油，可取95；、s、b 均為常數(shù)。 這些粘溫方程中，Reynolds粘溫方程在數(shù)值計(jì)算 中使用起來較方便，而Vogel粘溫方程描述粘溫關(guān) 系更為準(zhǔn)確。 粘-溫關(guān)系也可以用ASTM（美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)） 定義的粘度指數(shù)來表示，常用于繪制粘-溫線圖。 其關(guān)系式為 式中，為運(yùn)動(dòng)粘度，a、b、c和d均為常數(shù)，T為 絕對(duì)溫度。 n當(dāng)?shù)膯挝粸閙m2/s時(shí)，a=0.60.75，b=1，d=10，

12、在 ASTM坐標(biāo)紙上，采用雙對(duì)數(shù)的縱坐標(biāo)和單對(duì)數(shù)的橫坐標(biāo)， 上式為一直線，如圖2.5所示。其方程為 n其優(yōu)點(diǎn)是只需測(cè)定兩個(gè)溫度下的粘度值以決定待定常數(shù)A 和B，然后根據(jù)直線即可確定其它溫度下的粘度。 ASTM線圖示意圖 對(duì)于通常的礦物油，采用ASTM線圖十分有效， 還可將直線的傾角用作評(píng)定潤滑油粘-溫特性的指 標(biāo)。 用粘度指數(shù)（VI值）來表示各種潤滑油粘度隨溫 度的變化程度，是一種應(yīng)用普遍的經(jīng)驗(yàn)方法。它 的表達(dá)式為 先測(cè)量出待測(cè)油在210F（85C）時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度值，然 后據(jù)此選出在210F具有同樣粘度且粘度指數(shù)分別為0和 100的標(biāo)準(zhǔn)油。式中，L和H是這兩種標(biāo)準(zhǔn)油在100F （38C）時(shí)的運(yùn)動(dòng)

13、粘度。U是該待測(cè)油在100F時(shí)的運(yùn)動(dòng) 粘度。然后用式（2.15）計(jì)算得到該潤滑油的粘度指數(shù)值。 n在表2.4中給出了幾種潤滑油的粘度指數(shù)。 粘溫指數(shù)高的潤滑油表示它的粘度隨溫度的變 化小，因而粘溫性能好。 n2.3.3 粘度與壓力的關(guān)系 n當(dāng)液體或氣體所受的壓力增加時(shí)，分子之間的距 離減小而分子間的引力增大，因而粘度增加。通 常，當(dāng)?shù)V物油所受壓力超過0.02GPa時(shí)，粘度隨壓 力的變化就十分顯著。隨著壓力的增加粘度的變 化率也增加，當(dāng)壓力增到幾個(gè)GPa時(shí)，粘度升高 幾個(gè)量級(jí)。當(dāng)壓力更高時(shí)，礦物油喪失液體性質(zhì) 而變成蠟狀固體。由此可知：對(duì)于重載荷流體動(dòng) 壓潤滑，特別是彈性流體動(dòng)壓潤滑狀態(tài)，粘壓特

14、 性是非常重要的問題。 n描述粘度和壓力之間變化規(guī)律的粘壓方程主要有: 式中，為壓力p時(shí)的粘度；0為大氣壓下的粘度；為粘 壓系數(shù)；p0為壓力系數(shù)，可取為5.110-9；對(duì)一般的礦物 油，z通常可取為0.68；c可近似取為/15。 當(dāng)壓力大于1GPa后，Barus粘壓方程計(jì)算的粘度值過大， 而Reoland粘壓方程則更符合實(shí)際情況。 25C時(shí)的粘壓系數(shù)（10-8 m2/N） 在國外很早就開始研究潤滑油的粘壓特性，相繼發(fā)表 了幾百種潤滑油的粘壓數(shù)據(jù)，建立的高壓粘度計(jì)的測(cè) 量壓力達(dá)到3GPa以上。 當(dāng)同時(shí)考慮溫度和壓力對(duì)粘度的影響時(shí)，通常將粘 溫、粘壓公式組合在一起，采用的表達(dá)式如下： 其中，式（2

15、.19）較簡單，便于運(yùn)算，而式（2.20） 則較準(zhǔn)確。 n2.4 非牛頓流體 n2.4.1 非牛頓流體的類型 在通常的使用條件下，大部分潤滑油可以視為牛頓流體。對(duì)于牛頓流體， 剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率的關(guān)系是通過原點(diǎn)的直線，如圖2.6中的C，直線的斜 率表示粘度數(shù)值，因此，牛頓流體的粘度只隨溫度和壓力而改變，而與 剪應(yīng)變率無關(guān)。 凡是不同于上述特性的流體統(tǒng)稱為非牛頓流體，如上圖中的A、B和D所示。 非牛頓流體可以表現(xiàn)為塑性、偽塑性和膨脹性等形式。 對(duì)于偽塑性和膨脹性流體，通常用指數(shù)關(guān)系式近似地描述 其非線性性質(zhì)，即： 式中，和n為常數(shù)，對(duì)于牛頓流體，n=1而定義為動(dòng)力粘 度。 圖2.6中A代表的塑性體

16、亦稱Bingham體，它顯示出一種屈 服應(yīng)力s，當(dāng)剪應(yīng)力超過s時(shí)才產(chǎn)生流動(dòng)，其流變關(guān)系式為 潤滑脂的非牛頓性質(zhì)類似于Bingham體，但剪應(yīng)力與剪應(yīng) 變率呈非線性關(guān)系。經(jīng)過長時(shí)間剪切后潤滑脂的流變特性 可用下列公式近似地表述： n為了改善使用性能，現(xiàn)代潤滑油通常含 有由多種高分子材料組成的添加劑，以 及合成潤滑劑的大量使用，它們都呈現(xiàn) 出強(qiáng)烈的非牛頓性質(zhì)，使得潤滑劑的流 變行為成為潤滑設(shè)計(jì)中不可忽視的因素。 n2.4.2 非牛頓流體的本構(gòu)方程 在潤滑理論研究中，常用的非牛頓流體的本構(gòu)方 程有 1Ree-Eyring本構(gòu)方程 這是潤滑理論中最常用的非牛頓流體本構(gòu)方程， 其主要特點(diǎn)是剪應(yīng)力與剪應(yīng)變

17、率的關(guān)系是非線性 的，并且剪應(yīng)力可以無限增加。 實(shí)踐表明，Ree-Eyring模型較準(zhǔn)確地描述了一些 液體的流變特性，特別適用于簡單液體。它的剪 應(yīng)力與剪應(yīng)變率 的關(guān)系曲線如圖2.7中曲線1所 示。 n2粘塑性本構(gòu)方程 圖2.7中曲線2為極限剪切流體模型的流變特性。若令L為極 限剪應(yīng)力，則剪應(yīng)力隨剪應(yīng)變率的變化規(guī)律由兩條直線描述， 即： 這一方程的線性部分就是牛頓流體。當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到極限剪應(yīng) 力后，其值不再隨剪應(yīng)變率增加而增加。由于本構(gòu)方程由兩 條直線構(gòu)成，在它們的交點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)出現(xiàn)不連續(xù)。 n研究表明，如果有充足的時(shí)間允許液體對(duì)載荷響應(yīng)的話， 任何液體都可能承受極大的剪切應(yīng)力。然而在彈流潤滑條

18、件下，潤滑劑在極短的瞬間穿過接觸區(qū)，因而它所能承受 的剪應(yīng)力就將存在極限值。極限剪應(yīng)力L的數(shù)值隨壓力和 溫度而變化，根據(jù)Bair-Winer的研究，極限剪應(yīng)力L與壓 力的關(guān)系可表示為： 式中，L0是大氣壓時(shí)的極限剪應(yīng)力值，表示隨壓力變化 的比例系數(shù)。極限剪應(yīng)力的大小一般為： L4105Pa2107Pa。 3圓形本構(gòu)方程 這是近年提出的一種漸近本構(gòu)方程，通常將 其用于溫度引起的流體非牛頓特性研究。其曲線 有連續(xù)的導(dǎo)數(shù)，剪應(yīng)力隨剪應(yīng)變率不斷增大而趨 近極限值L，如圖2.7中曲線3所示。 n4溫度效應(yīng)本構(gòu)方程 溫度效應(yīng)本構(gòu)方程如圖2.7中曲線4所示，這是黃平等人4在考慮溫度 對(duì)粘度的影響而推導(dǎo)得到的

19、。這一模型的最大特點(diǎn)是在剪應(yīng)力達(dá)到最 大值后，隨剪應(yīng)變率增加剪應(yīng)力開始下降。 式中， 與潤滑劑的物理性能、溫度特性和摩擦副結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。是 粘溫系數(shù)；0是粘度；x是計(jì)算點(diǎn)距入口處的距離；是潤滑劑的密度； c是潤滑劑的比熱容；u0是運(yùn)動(dòng)表面的速度。 n5線性粘彈性本構(gòu)方程 實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)流體被施加的應(yīng)力發(fā)生急劇變化時(shí)將呈現(xiàn)彈性 效應(yīng)，即流體的粘彈性。在彈流潤滑計(jì)算中，通常采用粘彈 性流變模型，最簡單的是線性粘彈性體即Maxwell體， 對(duì)于純彈性體，它遵守虎克定律，即 式中，e為彈性剪應(yīng)變；G為剪切彈性模量。 對(duì)于線性粘彈性體即Maxwell體，它同時(shí)具有牛頓流體和虎克 固體的性質(zhì)，其流變特性的本

20、構(gòu)方程為 式（2.29）表明，粘彈性體的主要特點(diǎn)是剪應(yīng)變率 與時(shí)間有關(guān)。線性粘彈性體的流變特性是采用粘度 和剪切彈性模量G兩個(gè)參數(shù)來描述的，因而形式 簡單。但是，Maxwell模型是根據(jù)微小剪應(yīng)變條件 得出的，用它來計(jì)算剪應(yīng)變較大的彈流潤滑不能得 到滿意的結(jié)果，采用線性粘彈性體計(jì)算的摩擦系數(shù) 將大于實(shí)際測(cè)量值。 n6非線性粘彈性本構(gòu)方程 Maxwell模型計(jì)算得到的彈流潤滑摩擦系數(shù)偏大的 原因是由式（2.29）右端第一項(xiàng)引起的，因此在 實(shí)際使用中可以將非牛頓流體粘性代替式中的牛 頓流體粘性，即： 其中，F(xiàn)()為非線性粘性函數(shù)。 Johnson 和Tevaarwerk5綜合 Maxwell模型和

21、Ree- Eyring模型，提出如下的非線性粘彈性體本構(gòu)方 程，即： n當(dāng)0時(shí)， ，此時(shí) ，即牛頓粘性定律。 這樣，式（2.31）與線性粘彈性體的本構(gòu)方程（2.29）完 全相同。由此可見Johnson和Tevaarwerk提出的流體模型 概括了潤滑劑的線性和非線性粘性、線性和非線性彈性以 及彈性和塑性行為。這一流體模型可以適用于各種不同彈 流潤滑狀態(tài)，見圖2.9。 7簡單粘彈性本構(gòu)方程 1 ln(1) L L d Gdt n2.4.3 非牛頓流體的其它特性 1剪應(yīng)變率稀化（偽塑性pseudoplastic） 大多數(shù)液體在高剪應(yīng)變率（如106 s-1108 s-1）時(shí)粘度將降低而呈非 牛頓性。對(duì)

22、于兩相潤滑劑（例如乳 化液、潤滑脂）以及高粘性的油或 含有聚合物的油，則在較低的剪應(yīng) 變率（如102 s-1106 s-1）時(shí)就 出現(xiàn)非牛頓性，如圖2.11所示。 具有偽塑性的液體通常是由無規(guī)則排列的長鏈分子組成，在剪 切作用下使分子排列規(guī)則化，從而減少相鄰層之間的作用而降 低了表觀粘度。 n2剪切時(shí)間稀化（觸變性thixotropic） n某些類型的潤滑劑（如潤滑脂、乳化液）的表觀粘度（當(dāng) 時(shí)的剪切應(yīng)力與當(dāng)時(shí)的剪應(yīng)變率的比值）隨著剪切持續(xù)時(shí) 間的延長而降低，這種行為稱為觸變性。圖2.12是一種鋰 基潤滑脂在恒溫（20C）、恒剪切速率（100s-1）條件下 測(cè)得的剪切應(yīng)力隨剪切時(shí)間的變化曲線，

23、圖中的每條曲線 代表的是該潤滑脂經(jīng)歷的剪切時(shí)間，可以看出該潤滑脂的 表觀粘度隨剪切持續(xù)時(shí)間而降低的現(xiàn)象。觸變性通常是可 逆的，就是說當(dāng)剪切作用停止后，經(jīng)過充分的恢復(fù)時(shí)間， 粘度將回復(fù)到原來數(shù)值或接近原來數(shù)值。對(duì)于潤滑脂和稠 乳劑而言，出現(xiàn)觸變性的原因在于它們的結(jié)構(gòu)在剪切作用 下不斷破壞，同時(shí)又自行重建。當(dāng)結(jié)構(gòu)破壞不斷發(fā)展時(shí)， 表觀粘度連續(xù)降低，直到破壞與重建達(dá)到平衡而獲得粘度 的穩(wěn)定值。 n2.5 潤滑油的表面張力 n潤滑油在固體表面的鋪展或聚集以及夾 著潤滑油的兩固體表面間的粘著等現(xiàn)象 與潤滑油的表面張力大小密切相關(guān)。表 面張力代表液體表面增加單位面積所需 要做的功，是液體的基本物理化學(xué)性質(zhì)

24、 之一，通常以mN/m為單位。 n表面張力實(shí)質(zhì)上是液-氣兩相分子結(jié)構(gòu)和相互間作用力的不 同造成界面能量過剩的結(jié)果。液體內(nèi)部的分子間距離不完全 一致，但有一定的平均值，液體分子間的相互引力維持此平 均距離不至于使液體分子因熱運(yùn)動(dòng)而揮發(fā)，同時(shí)，每個(gè)分子 受來自各個(gè)方向的周圍分子的吸引作用相等，合力為零。然 而處于液體表面的分子則不同，來自氣相的分子間作用力較 來自液體內(nèi)的分子間作用力要小得多，因?yàn)闅庀嗟拿芏容^小， 分子間的距離較大，因此，表面的分子受到指向內(nèi)部的合力， 要使液體表面分子脫離就必須作功，導(dǎo)致體系能量的升高， 此部分能量就是表面自由能。由于處于表面的分子相互間的 距離較內(nèi)部分子的大，使

25、得表面分子受到沿表面方向的側(cè)向 約束力，這個(gè)力就是表面張力。 n液體的表面張力有多種測(cè)量方法，如毛細(xì)上升法、氣泡最 大壓力法、停滴法、懸滴法、滴重法等，但最直接的方法 是脫環(huán)法（也稱圓環(huán)法）。這種方法是測(cè)定將水平接觸液 面的圓環(huán)拉離液面過程所需的平衡力。水平接觸液面的圓 環(huán)（通常用鉑環(huán)，以保證與絕大部分液體接觸時(shí)接觸角為 零）被提拉時(shí)將帶起一些液體，形成液柱。環(huán)對(duì)測(cè)力傳感 器施加的力包括環(huán)的自重和帶起液體的重力P。P隨提起高 度的增加而增加，但有一個(gè)極限，超過此值環(huán)和液面脫開。 此極限值取決于液體表面張力和環(huán)的尺寸，因?yàn)橥饬μ崞?液柱是通過液體表面張力實(shí)現(xiàn)的。因此： nR為環(huán)的內(nèi)半徑，r為環(huán)絲

26、的半徑，為被測(cè)液體的表面張 力, F為校正因子. n液體的表面張力一般隨溫度的升高而線性 下降。表面張力也會(huì)受壓力的影響，但關(guān) 系比較復(fù)雜。一些添加劑（如表面活性劑） 會(huì)顯著改變液體的表面張力。對(duì)鐵磁流體 來說，其表面張力也受外加磁場(chǎng)大小的影 響。 n2.6 潤滑油添加劑 添加劑是為改善基礎(chǔ)油和潤滑脂的性能而加入的 物質(zhì)，種類很多。 改善基礎(chǔ)油粘-溫性能的粘度指數(shù)改進(jìn)劑 增強(qiáng)潤滑油和潤滑脂抗氧化性能的抗氧化劑 增強(qiáng)潤滑油清凈作用的清凈分散劑 增強(qiáng)邊界潤滑效應(yīng)的減摩劑和極壓抗磨劑 n2.6.1 減摩添加劑 減摩添加劑又稱為摩擦改進(jìn)劑或油性劑，其主要 作用是降低邊界潤滑條件下的滑動(dòng)摩擦系數(shù)。一 般

27、來說是一些動(dòng)、植物油脂或在烴鏈末端有極性 基團(tuán)的化合物，包括：（1）羧酸及其衍生物，如 硬脂酸、單油酸甘油酯；（2）氨基化合物，如油 酰胺；（3）磷酸或磷酸的衍生物；（4）有機(jī)聚 合物，如甲基丙烯酸酯、有機(jī)硼化合物和有機(jī)鉬 化合物。減摩劑與金屬或金屬氧化物有很強(qiáng)的親 和力，容易被吸附或反應(yīng)形成低抗剪強(qiáng)度的膜， 阻止金屬間的直接接觸，從而降低摩擦系數(shù)。 n2.6.2 極壓抗磨添加劑 極壓抗磨劑也稱為抗磨劑、極壓劑或載荷添加劑。 在邊界潤滑條件下，極壓抗磨劑首先在摩擦面上 形成吸附膜，當(dāng)壓力和溫度條件苛刻時(shí)，添加劑 發(fā)生分解，分解的活性物質(zhì)在摩擦作用下重新化 合、聚合形成較厚（約數(shù)十納米）的韌性膜，或 者與摩擦副表面作用形成改性層，起到減緩磨損 的作用。常用的極壓抗磨劑有以下一些類型。 n1活性硫化物 在有充足的氧氣（或空氣）存在的條件下， 對(duì)于鋼摩擦副來說，摩擦過程中容易在表面 形成氧化鐵，它起到催化作用，使得活性硫 化物中的硫原子與鐵反應(yīng)生成硫化鐵，當(dāng)硫 化鐵的厚度在0.15微米左右時(shí)，可以起到抗 磨作用。常用的幾種硫化物添加劑有二芐基 二硫化物、聚苯硫醚、二黃原?；蚧?、 硫化聚丙烯等。硫化物添加劑常用于金屬切 削液、鉆頭潤滑油等。硫化物還常與含氯或 含磷添加劑復(fù)合