润滑油的特性研究和开发，质量控制和应用工程

通过影响机械的可靠性，速度和使用寿命，润滑剂的作用在几乎每种类型的机器都是至关重要的。作为开发过程的一部分，润滑油制造商需要在各种条件下进行候选润滑剂。同样，机器制造商必须评估其他选择的润滑选项，以确定提供最佳性能和使用寿命的正确配方。

以前根据经验和直觉进行润滑剂评估。然而，今天，产品需要更有效地运行，更长，更长，更快。这需要一种在润滑油的开发和应用中进行科学的方法。本文讨论了润滑科学和工程的概述，涵盖了几乎所有应用中润滑性能的全面表征的最新技术。亚博老虎机网登录

润滑剂的功能

减少磨损和摩擦是润滑剂的主要作用。但是，它们也具有重要作用：

• 密封气体
• 消除氧化和腐蚀损伤
• 降低表面疲劳，振动和休克
• 冷却移动部件
• 除去碎片和污染物，并阻止它们进入系统

润滑剂的类型

根据其配方，有几种润滑剂可供选择:

• 含水润滑剂，包括刷子聚合物（聚乙二醇）
• 从石油获得的矿物油
• 固体润滑剂，如石墨，聚四氟乙烯（PTFE），六边形氮化硼（HBN），WS2，MOS2，Au，Cd，Sn，Pb，Cd，Zn和青铜
• 合成油，包括聚α烯烃;烷基化萘和离子液;和磷酸盐，硅酸盐，合成酯
• 生物基润滑剂，如从棕榈油、大豆、蓖麻、油菜籽和菜籽油等植物中提取的甘油三酯;还有动物产品，比如羊毛脂，它是从绵羊的羊毛和动物脂肪中提取的

润滑制度

润滑过程表现出边界，混合（弹性流体动力学）和流体膜（流体动力学和静水压）制度。表面粗糙度携带负载而不是边界膜润滑中的润滑剂，其中有效剪切应力和接触材料之间的比率被称为摩擦系数，典型范围≥0.1。亚博网站下载或者，与润滑剂相比，两个配合表面的特性发挥着更重要的作用。通过润滑剂添加剂在硬质金属触点之间形成低剪切强度界面，以便最小化摩擦。

通过在接触表面上施加吸附的单分子化合物，如硅烷或脂肪酸，在接触表面上，在高达1GPa的压力下且相对低的温度为100-150℃，可以最小化摩擦。这里，低剪切强度层的形成减少了摩擦。在金属表面和润滑剂添加剂之间的反应之后在较高温度下形成无机材料亚博网站下载的牺牲薄膜，其由硫磷，氯和二苄基二硫化苄基，防止金属对金属接触并最终减少磨损。在这种情况下，通过获得形成薄膜所需的工作温度，可以进行润滑。当存在水和氧时，也可以影响牺牲薄膜。

润滑膜在静水和流体动力润滑制度中完全承载负载。润滑膜在流体动力润滑的情况下完全分离两个接触表面，低于磨损和摩擦，并且由于流体的剪切而保持大约0.005的摩擦系数的非常低水平。在这些条件下，由摩擦引起的故障的可能性非常低。实现了两个条件以实现流体动力润滑。

这是必要的保持相对运动的两个表面在接触与足够的速度，以使承载润滑膜可以产生。第二种条件是在表面之间形成一个收敛间隙，该间隙吸引流体以产生一个压力场，用于分离固体表面并支持负载。在这种情况下，可以使用任何气体或液体作为润滑剂，但流体必须具有适合于速度和负载的粘度，并且在化学上对轴承表面是惰性的。流体动力润滑是大多数活塞/线性组件、轴承系统等的首选，但在运行期间的振动和启动和停止期间的损坏是潜在的风险。

润滑膜即使在静液压润滑的情况下也完全分离两个接触表面，但在该润滑制度中，外部泵用于产生所需的压力以连续供应加压润滑剂。这种类型的润滑具有极小的摩擦力，滑动速度非常慢，这适用于包括具有低操作速度的精密控制系统的机制。系统依赖性对泵的可靠性是这种类型的润滑制度的主要缺点。在泵故障的情况下，轴承表面可能被损坏。

在弹流状态下，轴承区域因粗糙体接触的弹性变形而扩大，直至润滑油的粘性阻力帮助支撑载荷。厚度为0.1-1µm的润滑膜将接触面分离，减少了磨损和摩擦。膜层内的动水压力引起接触面的弹性变形。在弹流润滑中，润滑剂的性能在接触区外的近似理想液体状态和接触区内的极粘固体状态之间迅速变化。这种类型的润滑是通过使用合成油和矿物实现的，因为它们显示压电粘度或压力依赖粘度。

混合润滑具有边界和流体动力学之间的条件，因为负载太高，或者速度或粘度太低，不能完全分离表面。Stribeck曲线（图1）描绘了作为负载，速度和粘度的函数的摩擦。横轴表示将负载，速度和粘度的无量纲参数，垂直轴绘制摩擦系数（COF）。

图1。Stribeck曲线

其中η=润滑剂粘度;V=滑动速度;和F_Z.=正常负载。

降低COF的最佳润滑油接触速度可以通过曲线确定。可以在各种摩擦计上进行润滑剂测试，每个摩擦计都针对特定的润滑状态。力量的城市轨道交通TriboLab(图2)有助于执行综合材料试验确定其力学和摩擦学性能的负载范围1 mN - 200 n .相同的工具可以用来执行扶轮亚博网站下载,往复,和block-on-ring测试,由于可以互换上下驱动器。独立可编程的运动允许定制的磨损监测。通过自动生成COF随载荷和速度的变化曲线，可以获得摩擦学指纹。城市轨道交通(UMT)可执行ISO、ASTM和DIN测试，配备环境室，可监测和记录现场电数据、声发射、下压力、摩擦、磨损、温度、湿度等。

图2。UMT Tribeolab系统

旋转试验

旋转试验（图3）涉及在负载传感器下安装球或销并在液体支架内安装标准盘。COF是通过在测试期间测量FX和FZ而获得的。ASTM标准测试，如滚珠轴承润滑脂的低温扭矩测试，可以使用该测试设置进行。也可以使用此测试设置生成Stribeck曲线。除了监控声发射和电接触电阻外，还可以在环境温度和升高的温度下进行测试。

图3。旋转测试模块

往复测试

在试验机上，板可以安装在液体支架内，以执行往复测试（图4），例如引脚板和球板。该设置还可用于执行活塞环缸测试（ASTM G181）。通过测量FX和FZ数据来获得COF值。可以使用往复测试进行ASTM标准测试，包括D2981：用于振荡运动中的固体润滑剂的试验方法;D5707：润滑脂的摩擦和磨损性能;和D5706：润滑脂的极压特性。

图4。往复测试模块

Disk-on-Disk测试

通过在液位保持器内安装盘，可以使用盘盘测试模拟具有旋转运动的离合器操作。COF可以通过测量FX（从扭矩转换）和FZ数据来获得。该模块还允许执行磁盘上的磁盘（推力垫圈）测试。

图5。磁盘上的测试模块

Block-on-Ring测试

块内测试（图6）涉及从顶部加载块并将其压在旋转环上。可以使用块支架保持块。标准环安装在横轴上旋转的轴上。COF可以通过测量FX和FZ数据来获得。3D显微镜可用于测量块的磨损疤痕（图7）。

图6。块内测试模块

图7。嵌入式齿轮测试中的磨损瘢痕的深度曲线

PIN和VEE测试

在挡板上的挡块块测试中，销旋转并通过向下抵靠Vee槽来旋转和装载。可以使用此设置执行许多ASTM标准测试。ASTM D3233测试以290rpm的载流开始，载荷为1174n，5分钟。下一步是将负载提高到1832 n并在290rpm下进行测试一分钟。通过逐步提高每次载荷的一分钟保持时间（2828 n持续一分钟，1分钟，等等）来运行测试直至发生润滑剂衰竭的发生，其特征在于尖锐摩擦的增加（图8）。

图8。ASTM D3233使用PIN和VEE方法测试结果

活塞环缸衬垫试验

如ASTM G181标准中所述的润滑条件下，活塞环和汽缸衬里材料的摩擦可以在润滑条件下测量。亚博网站下载以20N至200n为20N增量将负载从20N增加，每个负载的一分钟保持时间，然后以20 n的增量将负载从20n的增量减小，每个步骤为一个秒保持时间。测试在100±2℃的温度下进行，频率为10Hz，行程为10mm。作为负载的函数记录加载和卸载期间加载和卸载期间的平均摩擦值。

图9显示了根据ASTM G181标准的两种不同润滑剂在两种不同润滑剂上进行的活塞环缸衬垫摩擦试验的结果。在每次载荷时观察到润滑剂A（红色）的较高COF;然而，COF的增加在负载范围内降低。相反，润滑剂B（蓝色）观察到较低的COF。随着载荷的增加，摩擦率提高，因为边界膜制度在较高载荷处变化。

图9。活塞环缸线性测试结果。

UMT Tribeolab使用在ASTM D4172标准测试方法中概述的恒定温度，使用配备有配备有旋转驱动器的4球试验装置进行该测试。30.5英寸直径的三个SAE 52100球在具有液体储存器的滚珠座内组装在滚珠座内。滚珠架装有测试润滑剂。第四球从三个球中心的顶部引入，具有392 n载荷。有三个球，液体保持器以1200rpm的速度旋转一小时。使用扭矩传感器测量摩擦，并且使用法向力来计算COF。一旦测试完成，所有三个球都针对磨损疤痕测量，以报告平均磨损瘢痕直径值。当磨损疤痕直径较小时，润滑剂的性能被认为是更好的。

扭曲压缩测试

可以使用扭曲压缩试验评估金属板润滑剂以及在金属切割操作中使用的切割流体，其中模拟工具的槽的动作在工件上。

在摩擦扭矩图上可以观察到四个不同的阶段:初始侵入(I)、有效润滑(II)、润滑剂耗损(III)和润滑剂失效(IV)。由于润滑剂失效而导致的Tz和声发射(AE)上升所花费的时间被称为润滑剂的耐久性。可以在不同的滑动-滚动比下进行旋转和往复试验。该摩擦计可以在旋转运动中按滑动滚动比配置如下(图10):

• 使用三个球时0％滑动
• 使用三个短滚筒时15％滑动
• 使用三个长滚轮时35％滑动
• 在三个倾斜的插槽安装三个长滚筒时，65％滑动

图10。配置滑动到滚动比的旋转运动

结论

各种润滑制度下的润滑剂，速度，载荷，温度，湿度水平和滑动滚动比的测试和比较是综合摩擦学特征的基本步骤。UMT提供了一个理想的平台，以执行标准和定制测试，以便高效，准确地表征润滑剂的摩擦学特性，用于开发，QA和应用程序。即使在原位测试实际机器部件的情况下，也可以使用UMT对候选材料进行筛选测试，便于消除不合适的材料或润滑剂。亚博网站下载通过全面的数据收集和快速筛选，用户可以有效地开发出优质的润滑剂。

此信息已采购，审查和调整Bruker纳米表面提供的材料。亚博网站下载

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