摩擦學(xué)研究領(lǐng)域的進展和發(fā)展趨勢

1、.：.；作者簡介：李久盛，男。2002年畢業(yè)于上海交通大學(xué)，獲資料科學(xué)博士，副教授?，F(xiàn)主要從事光滑油添加劑的合成、摩擦學(xué)機理研討任務(wù)，已在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊公開發(fā)表論文50余篇。摩擦學(xué)領(lǐng)域的研討進展和開展趨勢李久盛中國石油蘭州光滑油研討開發(fā)中心，甘肅 蘭州730060摘要：對近年來摩擦學(xué)研討領(lǐng)域的相關(guān)文獻進展了調(diào)研、匯總和分析，主要涉及的內(nèi)容有：對摩擦學(xué)開展趨勢的預(yù)測和分析，摩擦化學(xué)研討的新方法、新實際和新儀器，邊境光滑下不同類型添加劑的作用機理等。在此根底上，結(jié)合油品開展趨勢對摩擦學(xué)今后的關(guān)注點進展了總結(jié)和展望。關(guān)鍵詞：摩擦學(xué)；邊境光滑；極壓抗磨劑；摩擦化學(xué)反響Status and Develo

2、p Trends of Tribology Research FieldLI Jiu-sheng(PetroChina Lanzhou Lubricating Oil R&D Institute, Lanzhou, 730060)Abstract: In this paper, many references concern about tribology research field were collected and analyzed. The main contents include the forecast and analysis of develop trends in tri

3、bology, new methods, theory and analyzer for tribochemical studies, and the mechanism of different kinds of additives in boundary lubricating state. Base on the above, the develop trends of tribology field were summarized and previewed.Key Words: Tribology; Boundary lubrication; EP/AW Additive; Trib

4、ochemical Reaction摩擦學(xué)(tribology)是一門研討相對運動的外表及相關(guān)行為的技術(shù)科學(xué)，包括研討摩擦、磨損和光滑。摩擦化學(xué)是摩擦學(xué)的一個重要分支，是化學(xué)與摩擦學(xué)的一個交叉學(xué)科，主要研討相對運動中的外表所發(fā)生的化學(xué)及物理化學(xué)變化。摩擦化學(xué)主要涉及兩大摩擦領(lǐng)域：干摩擦形狀下的摩擦化學(xué)及光滑形狀下的摩擦化學(xué)。干摩擦指相對運動的兩個界面間沒有油脂或其它光滑液存在的摩擦形狀；而油光滑那么是指相對運動的界面完全浸于油脂中或界面有一層油脂光滑膜的摩擦形狀。摩擦化學(xué)與熱化學(xué)有一定的差別，摩擦化學(xué)往往是在機械能、熱能、電能等共同作用下產(chǎn)生的化學(xué)變化，它與相對運動的摩擦外表所產(chǎn)生的各種物理與

5、化學(xué)效應(yīng)直接相關(guān)，并且由磨損而引起的外表晶格缺陷和金屬新生面對化學(xué)反響還具有催化作用，有時還可以激發(fā)某些反響的發(fā)生。摩擦化學(xué)詳細來說，就是對添加劑在摩擦過程中的作用機理進展研討，這對于提高添加劑開發(fā)任務(wù)的目的性具有非常重要的意義。在本文中，對近年來國際摩擦學(xué)界有關(guān)摩擦化學(xué)的文章進展了調(diào)研，并結(jié)合本身的任務(wù)需求，選擇其中具有代表性的文獻進展了整理，希望可以為以后的研發(fā)任務(wù)提供方法自創(chuàng)和實際指點。一、摩擦學(xué)研討開展趨勢的預(yù)測2001年，Hugh Spikes1發(fā)表了關(guān)于21世紀摩擦學(xué)研討預(yù)測的文章，對摩擦學(xué)根底研討在本世紀最初50年所面臨的挑戰(zhàn)進展了分析和討論，并對其開展趨勢進展了預(yù)測?；趯δΣ?/p>

6、學(xué)如今的開展趨勢、研討形狀、科技支撐條件和現(xiàn)實需求的分析，Hugh以為本世紀頭12年，摩擦學(xué)根底研討的開展趨勢主要集中于5個領(lǐng)域：模型和模擬、薄層光滑、節(jié)能技術(shù)、外表的最優(yōu)化設(shè)計和智能系統(tǒng)等。1.1 模型化和模擬方法20世紀40年代，計算技術(shù)的限制使得科學(xué)家只能經(jīng)過大量的計算對摩擦過程中有限流體動力學(xué)進展簡單的研討；60年代，大型主機的出現(xiàn)促進了流體熱力學(xué)和流體彈性動力學(xué)等溫線的研討，并在60年底中期擴展到彈性動力學(xué)線接觸的熱力學(xué)研討；70年代，進一步深化到彈性動力學(xué)點接觸的等溫線研討；80年代，計算機技術(shù)的開展處理了等溫線、光滑外表和彈性動力學(xué)等問題，熱力學(xué)、點接觸、粗糙外表和高負荷下的摩擦

7、接觸遭到了關(guān)注，分子動力學(xué)開場用來對簡單的碳氫化合物進展模擬；90年代中，處理了粗糙外表上的2維彈性流體接觸2和厚層/薄層膜光滑的分子動力學(xué)模擬3,4。圖1是2個狹窄外表相對運動時不同油膜厚度的十六烷的模擬4，圖2是典型粗糙外表運動接觸下的油膜厚度預(yù)測5。猛烈碰撞下運動外表十六烷的分子動力學(xué)模擬彈性流體接觸下粗糙外表油膜厚度的計算機模擬計算機模型除了得益于計算機技術(shù)的力量，還在運算規(guī)那么如多柵格化處置、真實模擬等方面獲得了進展。詳細來說，高度準確和復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和模擬方法將在摩擦學(xué)得到更大的運用。到2021年，高速臺式計算機將用于研討運動粗糙外表、熱力學(xué)和非牛頓流體，可以對混合彈性流膂力學(xué)/邊

8、境光滑過程中的接觸壓力、膜厚和摩擦進展預(yù)測；分子動力學(xué)模擬將更加強大，可以在臺式計算機根據(jù)光滑劑的分子構(gòu)造來預(yù)測其粘度和可緊縮性等性質(zhì)；如今所進展的關(guān)于摩擦固體外表的疲勞磨損研討，會在原子或者更大的個體單元范圍內(nèi)得到深化。模型化的一個重要領(lǐng)域是復(fù)雜摩擦學(xué)體系如發(fā)動機或傳動系統(tǒng)等的運轉(zhuǎn)形狀模擬，包括接觸應(yīng)力、溫度、動力學(xué)和流體效應(yīng)等體系中相關(guān)問題的研討，以及機械運轉(zhuǎn)對光滑劑和摩擦外表呵斥的累積損害。這一研討的最終目的是為了建立有效的實驗手段來替代耗時昂貴的發(fā)動機或者齒輪箱臺架實驗。表1列出了摩擦學(xué)在模型化和模擬方法領(lǐng)域有能夠獲得的成就。表1 摩擦學(xué)模型化和模擬方法涉及領(lǐng)域2維彈性流體和混合膜所包

9、含的熱力學(xué)、非牛頓流體和粗糙外表等的研討光滑劑的分子動力學(xué)模擬混合光滑的分子模型摩擦過程中固體發(fā)生接觸和滑動時的原子/單元反響模型多面或多體接觸的模擬累積損害模型機械光滑的過程模擬，如內(nèi)燃機油的抗磨表現(xiàn)1.2 薄層光滑過程的研討對于摩擦過程的物理本質(zhì)和化學(xué)過程的了解，是建立有效的計算機模型的前提，實驗?zāi)Σ翆W(xué)在未來12年的一個主要作用就是要對摩擦過程中的物理本質(zhì)和化學(xué)景象進展研討，而對薄層光滑膜和混合邊境光滑膜的研討，就是其中一個關(guān)鍵領(lǐng)域。薄層光滑之所以引起越來越多的注重，主要是由于現(xiàn)代社會對節(jié)能提出了更高的要求，使機械部件向小型化和大功率密度開展，而光滑油的選擇也趨向低粘度級別油品，這兩個趨勢

10、都要求減小光滑膜的厚度6。信息存儲系統(tǒng)的開展，進一步使得摩擦副之間的光滑層減小到只需幾個納米的厚度7。沖擊后外表和粗糙外表光滑膜厚度分布薄層光滑的研討在過去的10年中獲得了相當大的進展，主要集中在2個方面：一是實驗手段如力平衡儀器和超薄膜干涉丈量的開展和運用8，最新的進展就是間隔層成像系統(tǒng)的發(fā)明，使得可以對粗糙外表的光滑膜厚度進展描畫9，可以深化調(diào)查微觀彈性流體動力光滑行為和根底油、添加劑的摩擦學(xué)性能。圖3利用這一技術(shù)對經(jīng)過撞擊的外表和真實粗糙外表分別進展了光滑膜厚度分布表征。第二個重要的進展是新型高靈敏度的外表分析儀器的發(fā)明，如高分辨率發(fā)射電子顯微鏡HRTEM、和X-射線精細構(gòu)造分析儀XAN

11、ES等，這就可以對摩擦外表反響膜的化學(xué)構(gòu)造信息進展深化細致的研討。圖4顯示的是利用HRTEM對油溶性有機鉬光滑下的磨斑外表進展了表征，證明了確實存在12分子厚度的薄片狀MoS2。有機鉬光滑下磨斑外表的HRTEM表征圖像邊境光滑和混合光滑下的薄層研討開展速度很能夠非常迅速。在這個過程中，一些需求用實驗去驗證的關(guān)鍵問題有：1光滑劑所構(gòu)成超薄膜的流變學(xué)性質(zhì)；2重負荷接觸下液/固界面上的滑動范圍；3極壓抗磨劑構(gòu)成反響膜的動力學(xué)過程以及光滑膜的物理性質(zhì)；4凹凸不平的外表直接接觸時根底油和反響膜的作用行為；5對薄層磨損接觸時發(fā)生化學(xué)反響的控制要素如瞬時溫度、剪切力、外表逃逸電子和催化活性等進展分析和量化。

12、1.3 節(jié)能技術(shù)對摩擦學(xué)開展的要求為了提高節(jié)能效率、減少CO2的排放而開展出的幾項新技術(shù)，如高效、環(huán)保發(fā)動機，使得摩擦學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)。從摩擦學(xué)的角度說，新型發(fā)動機要求處于彈性流體形狀的光滑劑在寬的溫度和壓力范圍下，可以提供較高的摩擦和牽引效率。近年來，具有很高牽引效率的合成光滑劑遭到了越來越多的關(guān)注9，但是缺陷在于其高昂的價錢和高溫下存在牽引效率下降的景象。另外，為了更好的研討彈性流體形狀的光滑作用機理，需求開展準確的流變學(xué)模型。過去的幾年中所提出的數(shù)個類似的模型，雖然在實際上可以預(yù)測彈性流體的牽引效果，但與實踐工況仍存在重要的差別。從分子角度對流體黏附力進展研討，會促進性能良好且價錢低廉牽

13、引液的開發(fā)任務(wù)，這一領(lǐng)域和彈性流體流變學(xué)必將在未來數(shù)年內(nèi)遭到注重10。1.4 外表最優(yōu)化設(shè)計在過去的40年，一個在實際中非常有效但根底實際研討又極為缺乏的領(lǐng)域是外表處置和涂層技術(shù)，很多有效的處置過程曾經(jīng)得到了廣泛的商業(yè)運用。在最近的10年中，這一技術(shù)與實際脫節(jié)的景象得到了改善，這主要得益于數(shù)字化模型的運用，包括對處置過的或涂層的外表各層的物理性質(zhì)進展描畫，對處置后外表之間的接觸進展模擬等11。由于涂層技術(shù)可以堅持長期穩(wěn)定有效的光滑，表達出了相對于光滑油的極大優(yōu)勢，這一領(lǐng)域的實際研討和技術(shù)開展會變得越來越重要。其中，一個值得關(guān)注的方向是為各向異性或多相資料如合金建立3-D模型，以便對壓力在資料內(nèi)

14、部的分布情況進展分析，從而可以預(yù)測資料裂痕的發(fā)生幾率和損害累積。1.5 智能系統(tǒng)計算機技術(shù)的飛速開展和傳感器新技術(shù)的出現(xiàn)，使二者結(jié)合后衍生出的智能系統(tǒng)給了摩擦學(xué)研討令人振奮的推進力。圖5所示就是一個裝有智能防震系統(tǒng)的軸承，裝在外環(huán)和軸承之間的壓電傳感器會檢測齒輪嚙合過程中壓力的變化，信號反響給反作用的傳感器對外加負荷進展調(diào)整，從而起到軸承震動的阻尼作用12。裝有智能-防震系統(tǒng)的軸承二、邊境光滑膜的構(gòu)成和光滑機理2.1 邊境光滑的定義所謂邊境光滑，是指油膜平均厚度小于摩擦副外表粗糙度形狀下的光滑，在相對運動過程中存在外表之間的直接接觸。詳細來說，邊境光滑有如下特點：1摩擦外表之間的直接接觸承載了

15、大部分的負荷；2光滑劑與外表發(fā)生了化學(xué)反響；3摩擦化學(xué)反響的產(chǎn)物對于摩擦過程中光滑效果起到了舉足輕重的作用；4根底油的粘度對于摩擦磨損的影響很小；5普通發(fā)生在低速高負荷的工況，如軸承、齒輪、凸輪、蝸桿和活塞環(huán)等部件的任務(wù)環(huán)境。邊境光滑形狀下摩擦外表之間的凹凸處發(fā)生碰撞，根據(jù)負荷和資料性質(zhì)的不同，外表會發(fā)生部分彈性形變和塑性形變，苛刻條件下還會發(fā)生斷裂。隨之發(fā)生能量釋放如機械能和熱，呵斥接觸點的瞬時溫度非常高，而新生外表具有很高的外表能和反響活性，這些要素都會引發(fā)光滑劑與外表金屬之間的化學(xué)反響，如氧化反響外表金屬的氧化和光滑劑的氧化、光滑劑的分解反響、外表催化反響、聚合反響和有機金屬化合物的生成

16、等。Nakayama等13察看到在摩擦過程中有斷裂化學(xué)鍵、外逸電子和帶電粒子出現(xiàn)，這些要素都促進了摩擦化學(xué)反響的發(fā)生。2.2 邊境光滑膜的組成、外觀和形貌研討闡明，邊境光滑膜的化學(xué)組成主要是微米級大小的鐵或氧化鐵顆粒和大分子量的有機金屬化合物。假設(shè)有ZDDP或TCP等抗磨劑的存在，那么光滑膜中會含有磷酸鐵等玻璃狀的磷酸鹽成分。光滑膜的外觀和形貌是斑駁的、延續(xù)或離散的，而且由于膜厚和所含元素的不同，呈現(xiàn)綠色到褐色等不同的顏色14。從整體上來說，光滑膜的外觀和形貌與其光滑性能之間沒有直接的規(guī)律性關(guān)系15。 含有1ZDDP的液體石蠟光滑下的SiN外表磨斑形貌邊境光滑膜的作用機理主要有：犧牲性的光滑膜

17、、低剪切的界面光滑膜、摩擦改良膜、抗剪切膜和承載膜等，邊境光滑膜不同的作用機理取決于環(huán)境條件和實踐工況。圖6和7給出了兩種不同資料的光滑膜形貌和外觀。圖6是含有ZDDP的液體石蠟在SiN外表所構(gòu)成的非常致密的光滑薄膜，其外觀和構(gòu)造與鐵-鐵界面非常類似；圖7是SiC外表有效的光滑膜。由于SiC比SiN的脆度要大，需求構(gòu)成更厚的光滑膜才干起到降低摩擦的作用。 含有1二硫聯(lián)芐基的液體石蠟光滑下的SiC外表磨斑形貌2.3 根底油的化學(xué)反響在摩擦過程中，根底油會發(fā)生氧化、熱分解和聚合反響等。眾所周知，碳氫化合物的氧化機理是自在基反響，包含鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止。一些金屬如鐵、鉻、銅和鎳等會對其分

18、解反響起到催化作用，圖8給出了不同金屬在一樣條件下的催化作用。 225下不同金屬對酯類根底油的氧化催化作用氧化反響的過程中，根底油的分子按照2種方式發(fā)生反響：較小的分子經(jīng)過-碳原子進展分解；大分子的化合物經(jīng)過縮和反響生成聚合物，典型的縮和反響如下式所示：主要的化學(xué)反響包括：氧化步驟；有機酸的生成；羥醛縮和生成高分子化合物。當聚合物的分子量到達溶解性的極限約10000時，反響產(chǎn)物變的不可溶，并堆積在摩擦外表。這些物質(zhì)可溶于極性溶劑如THF，并且可以用凝膠色譜按照分子量大小進展分別16。2.4 有機金屬化合物摩擦化學(xué)反響中一個重要的方面就是金屬的催化作用17。Klaus首先用中子活化分析方法確認了

19、氧化后光滑劑中油溶性有機金屬化合物的存在；Gates等人用凝膠色譜法和原子吸收光譜法對有機金屬化合物的分子量分布進展了分析18，圖9給出的是全合成光滑劑包含抗磨劑、分散劑和清凈劑等隨著摩擦過程的進展，有機金屬化合物的分布與時間的關(guān)系。 有機金屬化合物的分布與摩擦?xí)r間的關(guān)系從圖中可以看出，有機金屬化合物的含量較少，但是其生成速度很快。光學(xué)顯微鏡察看結(jié)果顯示，摩擦接觸開場1min后，邊境光滑膜已完全生成。隨著摩擦的進展，有機鐵化合物的最大分子量穩(wěn)定在3000左右，闡明摩擦過程中有機鐵化合物被剪切掉。在ASTM發(fā)動機程序氧化實驗中的凸輪軸和螺桿上，也發(fā)現(xiàn)生成了這類有機金屬化合物。不同根底油組成所生成

20、的有機金屬化合物根底油具有不同的化學(xué)組成，在氧化條件下也會發(fā)生不同的反響。用高效液相色譜HPLC可以將根底油分成不同的組分如飽和組分、芳香族組分和極性組分等，然后用微氧化實驗對不同的組分進展測試，所生成的有機金屬化合物用GPC-GFAA進展分析，結(jié)果見圖10。從上圖中可以看出，氧化過程中，根底油的極性組分生成有機金屬化合物的速率最大，芳香化合物其次，飽和組分所含有的有機金屬化合物最少。2.5 ZDDP的抗磨機理ZDDP等抗磨劑在摩擦接觸過程中發(fā)生分解，在外表生成硬度大、韌性強的無定形光滑膜。Waltkins推測了玻璃狀多磷酸鹽的生成19；Martin等用EXAFS察看了無定形摩擦膜20；War

21、ren等調(diào)查了ZDDP光滑下摩擦膜的納米化學(xué)性質(zhì)21，發(fā)現(xiàn)高負荷下有高彈性的摩擦膜和減摩玻璃狀光滑膜的生成，磨斑外表的膜彈性強度高達200 GPa；稍低負荷下生成彈性塑性的混合膜。有研討闡明，沒有根底油復(fù)配的抗磨劑如ZDDP等單獨運用并不能表現(xiàn)出抗磨作用，這就意味著有效的抗磨膜必然伴隨著復(fù)雜的反響產(chǎn)物，它們相互作用才干到達最正確的性能：為了承當負荷，就必需構(gòu)成硬度大的固體膜；為了分散壓力，提供犧牲性的抗剪切膜以免摩擦外表遭到損害，就要生成柔軟的聚合物膜16；磨屑能夠?qū)τ谌彳浀木酆衔锬び兄鴱娀饔谩?.6 邊境光滑膜設(shè)計上文中，對設(shè)計有效的邊境光滑膜所需的幾個要素進展了論述，可以確定：摩擦過程中

22、，添加劑、根底油和外表金屬之間的摩擦化學(xué)反響產(chǎn)物中，不但要包括硬度大的、耐久的負荷承載物，還要有軟的、易剪切的聚合物組分；反響的活化能、動力學(xué)要素必需和摩擦過程中的溫度范圍相順應(yīng)；各種反響條件的優(yōu)化目的是保證反響產(chǎn)物的生成速率大于摩擦過程中的物理剪切速率；最后，磨屑強化的特殊摩擦化學(xué)反響產(chǎn)物應(yīng)起到特殊的作用。綜合以上的概念，我們可以想象一個理想化的邊境光滑膜模型見圖11。一個理想化的邊境光滑膜設(shè)計模型對于理想化的邊境光滑膜，外表化學(xué)反響的了解和控制提供了生成承載光滑膜的根底。光滑劑分子間適當?shù)恼持饔煤驮谕獗砩系奈?，可以生成固體膜；較強的鍵協(xié)作用，但是較弱的粘著力，可以生成柔軟的、可變形的、

23、可分散壓力的膜組分；可挪動的物質(zhì)可以提供易剪切的層組分，可以減少壓力向外表的浸透；根據(jù)摩擦條件苛刻程度的不同，可挪動的活性物質(zhì)可以對粘合組分進展補充，這一過程被稱作自修復(fù)或自復(fù)原作用，對于延伸苛刻條件下的機械部件的壽命非常重要。三、化學(xué)膜承載才干確實定在邊境光滑條件下，極壓劑、抗磨劑和摩擦系數(shù)改良劑都可以在摩擦外表構(gòu)成吸附膜或化學(xué)反響膜。在利用球盤實驗機對光滑油進展評價時，可以發(fā)現(xiàn)不同類型的EP/FM添加劑光滑下的鋼球磨斑在特定壓力和滑動速度下有一個特定值，當磨斑直徑到達這一特定值后，在隨后的摩擦過程中不再增大；只需當滑動速度減小或壓力增大時，才會使磨斑增大22。根據(jù)這一景象，可以經(jīng)過減小滑動

24、速度為0或者增大壓力至最大負荷，來推斷光滑膜的承載才干，進而調(diào)查摩擦副的流膂力學(xué)特點，預(yù)測混合光滑下特定滑動速度和壓力下的磨斑。摩擦過程中，摩擦副的壓力一部分由光滑劑承當，另一部分由摩擦副的直接接觸承當；當EP/FM添加劑參與到根底油中后，光滑膜的構(gòu)成對于減少外表磨損至關(guān)重要；滑動點接觸條件下，在一定的速度和壓力下，磨斑將出現(xiàn)一個特定值，當?shù)竭_這個值后，磨斑在隨后的摩擦過程中不再增大，不同添加劑在同一根底油中有不同值。可以以為：當磨斑到達特定值后，作用于磨斑上的平均壓力等于化學(xué)膜的承載才干；在點接觸情況下，摩擦外表的直接接觸占有很大比重。假設(shè)表觀壓力等于摩擦副中較小的硬度，那么直接接觸近似于表

25、觀接觸面積圖12；液體石蠟+硫磷化合物光滑下的鋼球磨斑外表假設(shè)光滑過程中沒有化學(xué)膜構(gòu)成，那么摩擦外表將非常粗糙圖13?？梢砸詾檫@時候相當于干摩擦，直接接觸面積并不等于磨斑面積。 液體石蠟光滑下的鋼球磨斑外表當添加劑在邊境光滑條件下，在摩擦外表生成化學(xué)膜后，膜的承載才干就決議了磨斑和摩擦系數(shù)的大小。在混合光滑形狀，滑動速度較高的情況下，化學(xué)反響膜承當了部分的壓力，而流體效應(yīng)承當了另外的壓力。當滑動速度增大時，流體效應(yīng)也提高；相反的，假設(shè)滑動速度減小為0，那么全部的壓力都由化學(xué)膜承當，即壓力作用于鋼球的直接接觸點。由添加劑與金屬生成的反響膜的承載才干應(yīng)該是一個常數(shù)。假設(shè)這個實際正確，我們可以經(jīng)過對

26、壓力滑動速度變化曲線進展外推得到每個添加劑所生成化學(xué)膜的承載才干。同時，當摩擦副處于特定的壓力和滑動速度的時候，磨斑也應(yīng)該堅持在特定的數(shù)值圖14，15；液體石蠟光滑下磨斑與滑動間隔 的關(guān)系參與5%羧酸鈣的液體石蠟光滑下磨斑與滑動間隔 的關(guān)系由于流體效應(yīng)承當?shù)呢摵呻S著滑動速度增大而增大，那么鋼球磨斑的特定值在速度較大時應(yīng)小于速度較低時圖16。根據(jù)以上的推論，可以得到表觀壓力與滑動速度之間的關(guān)系曲線圖17，表觀壓力定義為磨斑上相應(yīng)區(qū)域所承載的壓力。假設(shè)滑動速度不為0，那么流體效應(yīng)包括于表觀壓力之中。從實際上講，流體效應(yīng)隨著滑動速度的降低而減小，當速度為0時減小為0。這時一切的壓力都由覆蓋著化學(xué)膜的

27、直接接觸面承當，即壓力由幾乎整個鋼球磨斑承當。壓力一定時磨斑與滑動速度的關(guān)系外推圖17中的直線與縱坐標滑動速度為0，就可以得到不包括流體效應(yīng)的表觀壓力。這可以被以為是磨斑外表的直接壓力，也就是化學(xué)膜的承載負荷。經(jīng)過上述方法，可以推導(dǎo)出以下的線性方程：Pv = 292 + 315v1其中，Pv 是包括流體效應(yīng)的表觀壓力，v是滑動速度。此方程僅適用于參與5%羧酸鈣石蠟光滑下的滑動點摩擦。不同壓力下表觀壓力與滑動速度之間的關(guān)系用光學(xué)顯微鏡察看點摩擦下的光滑劑流動形狀，可以看到?jīng)]有明顯的光滑劑從磨斑的出口流出，而在磨斑周圍有可見的光滑劑流動圖18?？梢砸詾?，光滑劑以極薄的膜的方式吸附在磨斑外表，稍多的

28、光滑劑填充在磨斑外表的擦痕中，這些光滑劑足以與外表金屬反響生成化學(xué)膜，摩擦過程中的流體效應(yīng)主要由直接接觸區(qū)域邊境光滑劑產(chǎn)生。而在磨斑的中心部分，相當于2個光滑面的干摩擦，因此高速下劇烈的流體效應(yīng)使得磨斑相當?shù)男?，相反的，較低速度下弱的流體效應(yīng)使磨斑增大。這種情況不斷維持到特定磨斑大小的出現(xiàn)，當?shù)竭_這一特定值后，磨斑所承當?shù)呢摵僧a(chǎn)生的接觸壓力就等于化學(xué)膜的承載才干。這時候的光滑處于混合的、完全彈性流體動力光滑的形狀。鋼球磨斑周圍光滑劑的流動形狀：(a) 58.86N，1.57m/s; (b)39.24N, 1.26m/s因此，對于知的滑動速度和運用負荷，磨斑范圍A可以由方程式1所給出的表觀壓力P

29、v算出：W = APv 2化學(xué)膜所承當?shù)囊?guī)范負荷Wc可以表示為：Wc = APo(3)流體效應(yīng)所承當?shù)呢摵蒞h可以表示為：Wh = W Wc(4)Wh/W = 1 Wc/W = 1 Po/Pv(5)圖19是不同滑動速度下流體效應(yīng)和直接接觸所承當負荷的變化曲線。應(yīng)該予以闡明的是，只需當一切磨斑在邊境光滑和混合光滑條件下堅持一致順序的時候，上述的預(yù)測才干正確；不同滑動速度下流體效應(yīng)和直接接觸所承當?shù)呢摵杀疚闹饕杏懙氖前ㄟ吘彻饣蛷椥粤黧w光滑的混合光滑形狀，其中化學(xué)膜最小厚度與摩擦外表粗糙度的比率遠小于1，所以流入直接接觸區(qū)域的光滑劑量取決于外表的可潤濕性和擦痕的深度。光滑油對外表的可潤濕性決議

30、了光滑劑的薄層厚度。光滑油和添加劑的量都足以與外表金屬生成化學(xué)膜，但缺乏以在摩擦過程中在直接接觸外表構(gòu)成延續(xù)的流體膜，所以在摩擦過程中，流體效應(yīng)可以看作主要存在于磨斑邊境，中心的那么可予以忽視。在上述假設(shè)下，可以預(yù)測特定負荷和滑動速度下的磨斑直徑。假設(shè)在運用負荷和滑動速度的范圍內(nèi)磨斑變化較大，會對流體效應(yīng)產(chǎn)生明顯的影響，磨斑的特定值不易得到，上述的模型不再適用于預(yù)測流體效應(yīng)。普通來說，磨斑直徑特定值在0.20.6mm之間；當磨斑到達特定值時，磨斑上的平均壓力等于化學(xué)膜的承載才干，摩擦副處于混合的彈性流體光滑形狀。當負荷增大或滑動速度減小時，化學(xué)膜所承當?shù)膲毫⒊狡涑休d才干，磨斑也相應(yīng)的增大；

31、當滑動速度增大或負荷降低，摩擦副將進入完全的彈性流體光滑形狀。為了計算化學(xué)膜的承載才干，以為鋼球時在平滑的外表上滑動，進而假設(shè)接觸壓力均勻的分布在磨斑外表。鋼球的頂點接觸壓力最大，最先發(fā)生磨損，磨斑外表的壓力由中心沿橢圓逐漸減小。接觸壓力越大，擦痕的深度越大，從而接觸壓力均勻的分布在磨斑外表。根底油粘度是影響流體效應(yīng)的重要要素。當處于高壓力下的邊境光滑時，含有FM/EP添加劑的根底油粘度不再象完全彈性流體光滑下那樣具有明顯的影響；FM/EP添加劑的類型決議了磨斑直徑和化學(xué)膜承載才干的大小，承載才干大那么磨斑?。痪哂幸欢ǔ休d才干的化學(xué)膜是磨斑特定值的決議要素，當直接接觸壓力大于其承載才干時，摩擦

32、外表發(fā)生磨損，磨斑增大直至到直接接觸壓力等于化學(xué)膜的承載才干，這個磨損區(qū)域在隨后的摩擦過程中不再增大，即磨斑極限值。四、總結(jié)和展望經(jīng)過對以上文獻的分析，可以發(fā)現(xiàn)摩擦學(xué)在最近幾年的開展處于一個相對平穩(wěn)的階段，大多數(shù)的研討都集中在對過去任務(wù)的深化和細化上，并沒有出現(xiàn)突破性的發(fā)現(xiàn)?？偨Y(jié)起來，主要的研討趨勢有以下幾個方面：引入了計算機技術(shù)對摩擦學(xué)根底實際進展細化，模型化研討得到了一定程度的深化；對添加劑的研討任務(wù)，還是集中在ZDDP、TCP等模型化合物的根底上，主要是采用多種現(xiàn)代分析方法對其摩擦學(xué)機理進展深化、量化的調(diào)查；外表優(yōu)化設(shè)計越來越遭到了注重，添加劑的開發(fā)主要偏重于運用，對新型分子構(gòu)造的極壓抗

33、磨添加劑的報道以專利為主；由于遭到分析手段和在線檢測方法的限制，典型添加劑如ZDDP、含氮化合物、硼酸酯等在摩擦過程中的化學(xué)反響機理尚未得到詳盡、確定的結(jié)論，依然需求進展大量的任務(wù)；環(huán)保和節(jié)能的要求，對于添加劑的性能也提出了新的要求，開發(fā)環(huán)保型的減摩添加劑對于高檔油品的開發(fā)任務(wù)具有非常重要的現(xiàn)實意義；根底油和添加劑之間的協(xié)同作用，尚未得到應(yīng)有的注重，為了促進油品開發(fā)任務(wù)的順利進展，應(yīng)該盡快開展這一領(lǐng)域的研討任務(wù)。參考文獻：Hugh Spikes. Tribology research in the twenty-first century. Tribology International 20

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