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1、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
2、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
3、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
4、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=(R 2+R 2)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，1 2 1 2 a z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 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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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40C与100C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40C和100C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13040 50 hO 80 00I u aJ “ :y 丄 i I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
10、）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
11、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
12、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
13、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-200C-2000C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
14、等r软金厲pb Sn Ag Au固体润滑和i金厲化合物Pbc CaF MoS1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.=.=XL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10-15C，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40-50 C钙皂、锂皂
