润滑剂种类对微动磨损的影响

微动磨损是指两固体接触面由周期性小振幅振动造成损伤的一种特有的磨损形式。这种现象涉及各个部门的各种部件，特别是飞机、汽车工业的各种紧件、压紧件、万向节、齿槽配合、发动机轴承、钢丝绳、飞机控制机构等。它也可在某些矫正装置上发生，特别是在像骨夹板一类的骨折固定装置上发生，甚至在相互接触的牙齿之间，特别是磨齿之间形成的点蚀破坏也是一种微动腐蚀。

微动磨损会使零件丧失其设计公差和尺寸,同时也使表面质量严重恶化（粗糙度增大、微观点蚀及次表层出现微裂纹）, 从而大大降低了零件的疲劳强度, 导致一系列的灾难性后果。据Bartle报道, 自50年代以来, 微动磨损所造成的损失一直在增大, 而其他磨损所造成的损失则在减小。因此, 如何降低微动磨损已引起各方面的广泛注意。为减轻或消除由微动引起的损伤可采取的措施是多种多样的, 对每一种已有的或设计中的工况都要进行具体分析, 以便采取最佳的防护措施。通常采取的方法有改进设计、表面处理、材料的选择等。此外, 人们发现使用微动性能良好的润滑剂能有效地降低摩擦副的微动磨损,并进行了大量的研究。本文将对润滑剂在微动磨损的研究现状进行较为详细的综述。

1  润滑剂

润滑剂已广泛地用于滚动、滑动接触等摩擦系统中。但是在微动接触区域很难使用润滑剂,因为难以在接触区保留住润滑剂。按照润滑剂所处的状态, 可将其分为三类：液体润滑剂、半固体润滑剂以及固体润滑剂。

1.1 液体润滑剂

尽管润滑并不能保证完全预防微动磨损, 但油基或油脂基液体润滑剂在将摩擦表面完全浸没于其中时, 能得到最好的效果。

润滑油的粘度在微动磨损研究中是一个非常重要的参数。润滑油的粘度对微动磨损的影响人们有着不同的看法。某些研究表明随着油粘度的增加,磨斑直径逐渐增大, 原因在于低粘度油易进人微动接触区域。然而一些研究则认为高粘度油更有效, 因为这类油更能有效地阻止氧气进入微动区域。Neyman研究了润滑油的粘度和边界润滑性能（BLPs）对钢摩擦副微动磨损的影响。他认为粘度对微动磨损体积的影响与油的边界润滑性能有关,粘度对微动磨损的影响没有边界润滑性能的影响大, 例如当滑动振幅达到某一临界值时, 可观察到微动磨损速度变得很小。此现象表明微动磨损体积与油的粘度实际上无关,却与油的边界润滑性能有关。

润滑油的种类对微动磨损也有影响。Wunsoh比较了矿物油和合成油的微动磨损性能。结果表明, 矿物油的微动磨损性能比合成油的好,聚烯烃和矿物油的微动磨损相当, 具有高度内消旋结构的刚性分子化合物,例如苯基硅油、聚苯醚、全氟聚醚等的微动磨损性能较差, 醋类化合物的微动磨损居中,但三经甲基丙烷醋的微动磨损比其他醋类油的差。CHEN也发现了类似的现象。表1列出了各种润滑油的微动磨损性能数据。

此外, 润滑油中的添加剂对微动磨损的影响也较大。Sato等人曾报道过含2%ZnDDP的润滑油可显著降低摩擦, 减少磨损。含三甲酚磷酸盐类有机磷添加剂的低粘度合成双醋油能显著减慢微动磨损速度。

总之, 液体润滑剂对降低微动磨损的作用原理在于可形成保护性的润滑膜及阻止氧气进人微动摩擦区域。因此, 选择适当粘度的润滑油以保证润滑油能进人摩擦区, 并使摩擦表面与空气中的氧气分隔开, 特别是氧难于溶解和难于扩散的润滑剂, 效果更好。此外, 润滑油应具有良好的表面粘附性、能承受高压、抗氧化能力强, 性能长时间保持稳定, 这样才能保证有效地润滑微动磨损区域。

    1.2 半固体润滑剂

应用液体润滑剂涉及到部件的密封, 以防止液体润滑剂外漏。在微动磨损较重的情况下, 液体润滑剂又常常难以有效地将两配合表面分隔开,以避免两配合表面直接接触, 因此在某些条件下使用半固体润滑脂来润滑是合理的。润滑脂在微动磨损中的重要作用在于阻止氧气进人微动接触区域, 同时还可降低摩擦系数。

影响润滑脂微动磨损性能的因素比较多。无论使用哪种润滑脂, 其抗微动磨损的能力都强烈地取决于润滑脂基础油的种类, 润滑脂的机械安定性、稠度、皂含量及添加剂性能等因素。在粘度相同的情况下以普通矿物油石蜡基油、环烷基油为基础油的润滑脂的微动磨损程度相同。但以高精制矿物油（如高石蜡基油、深度抽提的环烷基油）或合成烃为基础油的润滑脂的微动磨损性能提高较大。Roborts比较了各种合成基础油对润滑脂微动磨损性能的影响。试验结果表明, 以合成烃为基础油制成的润滑脂的微动磨损性能较好, 而双醋的微动磨损性能较差。

稠化剂对润滑脂的微动磨损性能也有很大的影响。Schlobohm研究了稠化剂类型、含量、稠度、温度对润滑脂微动磨损性能的影响。在25℃时, 聚脲稠化剂比12-羟基硬脂酸钙、12-羟基硬脂酸锂、白土、复合铝有更好的微动磨损性能。在低温（-18℃）时, 聚脲的抗微动磨损能力下降, 而锂基脂基本保持不变。聚脲脂在低温下的微动磨损性能降低, 可能与稠化剂含量有关。此外, 他们发现润滑脂的微动磨损性能随润滑脂稠度的增加而下降。

润滑脂内通常含有添加剂,其中一些添加剂（如极压添加剂）可生成保护性膜而减缓微动磨损。虽然在微动磨损过程中存在氧化问题, 但抗氧剂对微动磨损不起作用。Schlobohm考察了二烷基二硫代氨基甲酸盐、二烷基二硫代磷酸盐、烷基二苯胺、芳香胺、硫化脂肪、芳香族胺等抗氧化性能, 发现硫化脂肪在高浓度时是唯一能降低磨损的添加剂。表2列出了Schlobohm研究结果。

综上所述, 对润滑脂的微动磨损性能实际起主要作用的是稠化剂和基础油, 添加剂所起的作用较小。由于润滑脂的种类与矿物油和合成油一样, 是千差万别的。因此, 关于哪种润滑脂的微动磨损性能好, 哪种因素主要对微动磨损有影响等还需今后进一步研究。

1.3 固体润滑剂

在微动磨损的研究中, 对固体润滑剂的许多研究集中于MoS2（粉末或薄膜形式）、石墨（粉末状）、聚合物膜（如聚氯乙烯、聚亚胺、聚苯乙烯、聚四氟乙烯）等物质。金属固体润滑剂（铅、铟）及无机化合物固体润滑剂有时也能成功地用来预防微动磨损。但是, 将MoS2、石墨、氧化锌等添加到润滑脂中后,却往往得不到好的效果, 有时反而有副作用。在使用过程中,如果润滑剂有脱落的危险（由于离心力、气蚀等原因）, 那最好是采用带粘结剂的润滑剂。在这方面显示其良好效果的是硅树脂和小鳞片状石墨的结合, 以及含有10%铬酸锌的二硫化钼。

Stott等认为在微动的金属接触面间插人一层聚合物膜或者用聚合物代替金属部件可以减小摩擦副的微动磨损。研究表明：低密度和高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚酞亚胺等聚合物涂层在减小金属微动磨损方面均有一定的效果。阎逢元等研究了球-盘点接触和面接触微动条件下聚全氟乙烯丙烯的微动磨损特性。结果发现,球一盘接触时聚全氟乙烯丙烯的微动磨损以带状磨屑挤出为主。在面接触条件下, 聚全氟乙烯丙烯的微动磨损表面可明显地分成3个区：中心区为磨屑产生区；高应力区为磨屑阻挡区；阻挡区外为轻微滑动区。相应的微动磨损断面包括致密的表面熔融层、形变层以及距表面深度达0.5mm处的微动裂纹生成层。

􀀁  2  结论

从目前国内外的研究报道来看, 有关微动磨损机理还存在不同的看法甚至相反的看法, 这给润滑剂的选择带来了很大的困难。一般来说, 润滑剂在微动磨损中的作用有两点：一是形成保护性膜防止微凸体的直接接触；二是阻止氧气参与磨损过程。从摩擦与润滑的立场来看, 今后要大力加强对微动磨损机理的研究, 在此基础上研究各种抗微动磨损的表面涂层和润滑剂, 包括耐高温涂层、高分子软涂层和固体润滑膜及润滑油、润滑脂等。