润滑油添加剂制备和性能研究(4)

机器运转时，机器上具有相对运动的运动副零件会发生配合表面的摩擦，引起磨损。即使在机器正常运转情况下，也会由于不可避免的摩擦磨损使机器的性能逐渐变坏，效率降低，以致由轻微变成完全失效。所以摩擦磨损是零件发生故障的主要模式之一。

两个接触物体在外力作用下产生相对运动（或运动趋势）时，接触表面间产

生切向阻力和阻力矩以阻止运动的现象称为摩擦。阻力和阻力矩分别称为摩擦力和摩擦力矩。摩擦消耗大量有用功，产生大量热使物体温度升高和产生磨损。

4.1.1 摩擦概述

按照不同的分类方式摩擦可分为很多种。按摩擦副的运动状态可分为静摩擦

和动摩擦。按摩擦副的运动形式可分为滑动摩擦和滚动摩擦。按摩擦表面的润滑状态可分为纯净摩擦、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。纯净摩擦是指摩擦表面没有任何吸附膜或化合物时的摩擦。此种摩擦仅发生于两个接触表面产生塑性变形（表面膜被破坏）或真空中。干摩擦的摩擦表面间没有润滑剂，摩擦系数最大。边界摩擦是指在边界润滑条件下，摩擦表面间存有一层极薄的极性吸附物形成的物理吸附膜、化学吸附膜或化学反应时的摩擦。边界油膜的厚度约为0.01um。流体摩擦是指摩擦表面间有一层边界膜和流体膜得润滑剂，使摩擦表面不能直接接触，摩擦发生再润滑剂分子之间，此时摩擦系数最小。混合摩擦是摩擦表面同时存在边界摩擦和干摩擦的半干摩擦或同时存在边界摩擦和流体摩擦的半液摩擦。

机器运转过程中，相对运动的摩擦表面的物质逐渐损耗，使零件的尺寸、形

状和位置精度以及表面质量发生变化的现象称为磨损。零件的磨损改变了配合件的配合性质，影响了机器的性能和使用寿命。据统计，大约80%的零件失效是磨损造成的。船舶机械中，磨损同样是一种重要的故障模式。例如，船舶主、副柴油机的可靠性直接受到活塞环—汽缸套、曲轴—轴承等重要配合件磨损的影响。

运动副在运转过程中产生的磨损是有一定规律的。一般把新造或修理的零件

（1）磨合期为运动副初次投入运转时，最初改变摩擦表面几何形状和表面

层理化性能阶段。由于新造零件工作表面的初始粗糙度使运动副配合面的实际接触面积小而应力大，工作表面很快磨损。同时，运转初期摩擦表面间的油膜难于建立，即使形成油膜往往也会被表面上的尖峰和摩擦热所破坏。所以磨合期的特自投入运转到发生故障分为3个工作阶段：磨合期、正常磨损期和急剧磨损期。

点是时间短磨损量大。磨合期使摩擦副表面形貌和性质从初始状态过渡到正常状

态。

(2) 正常磨损期使运动副正常运转的阶段。由于磨合使摩擦表面形成适应运

转工况的形貌，冷硬层已经形成，表面硬度提高，磨损显著降低，所以该阶段的

特点是磨损速率降低，磨损量小而稳定。

(3) 运动副长期运转后，零件的磨损量和几何形状误差均较大，运动副的配

合间隙增大，配合性质变坏，以致运转中产生振动、冲击，温度升高，磨损加剧，

运动副进入急剧磨损期。此时应检修，否则会发生事故。

磨损机理：摩擦使运动副工作表面产生磨损；但不是产生磨损的唯一原因。

对机械零件的磨损系统进行分析可以看出，磨损是系统中包括摩擦在内的各种因

素共同作用的结果。在摩擦作用下，应力相互作用将导致表面疲劳磨损和磨粒磨

损，而材料相互作用会导致腐蚀磨损和黏着磨损。具体来说引起运动副磨损的主

要因素有：

（1）运动副所处的运动学和动力学状态，工作表面的几何形貌和装配质量；

（2）运动副工作表面所在环境，如温度、介质、润滑条件等；

（3）运动副材料，如材料成分、组织和性能，及它们在磨损过程中的变化

用等。

4.1.2 磨损概述

运动副在磨损过程中可能同时承受两种或两种以上的外界因素的作用，或外

界因素周期交替作用于运动副。

按照磨损机理分为粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等。

1.粘着磨损

粘着磨损是在润滑条件下产生的一种常见磨损。是摩擦副相对运动时，偶然

因素使在法向载荷作用下摩擦表面上某些微小接触点处的金属直接接触形成粘

着点（冷焊点）,在随后的运动中黏着点又被剪断，摩擦表面的金属发生转移。

不断的粘着、剪断和金属转移构成黏着磨损。

根据黏着磨损中粘着点被剪切的部位和表面被破坏的程度不同，粘着磨损分

为5种。即轻微磨损、涂抹、擦伤、撕裂和咬死。

2.磨粒磨损

运动副相对运动时，硬的粗糙表面或硬的颗粒对软的摩擦表面的微切削和刮

擦作用和造成表面材料的损耗称为磨粒磨损。

1）磨粒磨损机理

由于运动副两表面硬度不同，若两表面有金属直接接触时，硬表面上的微凸

体嵌入表面使之发生塑性变形，并在相对运动时对软表面进行微切削和犁划。当

两表面间存在磨粒，在相对运动时磨粒对表面进行微切削和挤压，使表面产生塑

性变形，不断的作用致使表面疲劳破坏。此外磨粒还在软表面上犁出沟槽，形成

拉痕，拉痕两侧金属变形并在其它磨粒作用下脱落而形成磨屑。

3.腐蚀磨损

运动副相对运动时，由于摩擦表面金属与周围介质发生化学、电化学和机械

作用而使摩擦表面金属损失的现象称为腐蚀磨损。

根据介质的性质、介质与表面的作用而及运动副材料性能等的不同，主要有

氧化磨损、特殊介质的腐蚀磨损和微动磨损三种磨损腐蚀形式。

微动磨损的机理是复杂的，包含着黏着磨损、腐蚀磨损、磨粒磨损和疲劳磨

损，是一种复合型磨损。它通常发生在紧配合的轴与齿轮、汽轮机和压气机的叶

片配合处，受振动的键、花键等连接件的接合面等。

4.疲劳磨损

疲劳磨损是指表面接触疲劳磨损。两个接触表面相对滚动或滑动时，在接触

区形成的循环交变应力超过材料疲劳强度使接触表面产生塑性变形和微裂纹，进

而扩展、剥落，这种由于材料表面疲劳产生的物质损失的现象成为疲劳磨损。

疲劳磨损是接触表面长期受到交变应力作用的结果，而且即使存在油膜，应

力也能通过油膜作用在表面上，在表面或表层的薄弱处引发裂纹。点蚀裂纹表面

一般从表面产生并向内部倾斜扩展，而后又折向表面，材料脱落而成点蚀。剥落

裂纹一般从亚表层开始，沿与表面平行的方向扩展，最后材料形成片状剥落。

疲劳磨损是齿轮、滚动轴承、凸轮等零件的主要磨损形式。

4.2实验仪器

摩擦磨损试验机 磁力加热搅拌器 电子天平 QM-3S4P行星式球磨机 数控超声

波清洗机 天平 量筒 烧杯 玻璃棒

4.3 仪器简介