使用往复系统测试润滑剂

传统上，在最终组件测试之前，对往复系统（如线性压缩机和发动机）进行润滑剂和表面测试。本文解释了一种围式设置，该设置允许使用UMT Tribolab™（Bruker，San Jose，CA）在台式尺度上对材料和润滑剂进行时间有效的筛查。亚博网站下载

该设置允许在模拟条件下测试样品，以对表面和润滑剂的性能进行评分，同时使用基于压电的力传感器监测摩擦的微小变化。本文讨论了该方法，并研究了其在模拟标准协议（例如ASTM D6245-17标准）方面的有效性。

此外，重要的是，该系统为各种参数和条件（包括温度变化，中风长度和速度）提供了非凡的灵活性。最后，本文展示了用于分析高频往复测试获得的数据的计算技术的关键意义。

评估润滑剂和材料在往复系统上的行为亚博网站下载

需要连续开发用于往复式发动机和压缩机的往复式表面和润滑剂，以增强汽车燃油经济性，满足不同的环境法规并延长组件耐用性。机械系统中对组件磨损和摩擦的准确理解对于测量能量损失和估计此类表面的耐用性很重要。因此，润滑剂性能的测量仍然是估计准确燃油经济性的重要因素。

为了成功执行此操作，应该考虑一系列问题，以准确模拟可能在这些系统的摩擦学性能中起关键作用的特定条件和因素。幸运的是，这些测量值现在可以使用小规模的摩擦仪进行。

只有通过正确实施运动和速度曲线，才能在实验室规模上有效地进行互惠系统的摩擦学评估，该运动和速度概况精确地模拟了现实世界的托里系统的实际运动。为了正确模拟回报的系统中的润滑剂或材料，复制正弦运动很重要 - 通常是由亚博网站下载滑块机制产生的，其中润滑机制可能会沿着中风发生变化，并监测摩擦的轻微变化。这需要高速，精确的位移传感器和力传感器。

汽车和润滑剂行业使用各种标准。ASTM D6425-17（使用SRV测试机测量极高压力（EP）润滑油的摩擦和磨损特性的标准测试方法）¹在这种情况下是特别感兴趣的。该特定协议使用速度，温度和接触压力的极端条件对润滑剂进行排名。

执行往复运动

为了模拟往复系统的行为，必须选择在摩擦学系统中扮演关键角色的组件。这样的组件包括：

• 中风长度和往复频率将指导速度和运动曲线
• 受控温度，将触发测试表面上的摩擦式化学事件
• 测试样品的材料和几何形状
• 取决于几何形状，负载和接触表面的材料的表面之间的接触压力

在测试期间可以测量的重要结果参数包括：

• 温度变化
• 测试后测量的磨损
• 沿着中风的摩擦变化，因为摩擦在往复系统中不稳定

对于这项研究，Tribolab系统使用了最新的高频往复钻机（HFRR）。使用小规模摩擦计的一个重要好处是，在测试后可以轻松地使用其他计量器工具来表征表面和润滑剂，例如化学分析仪/光谱仪和细化仪。图1说明了用于高频往复测试的Tribolab设置。该布置带有一个快速的回报阶段，400°C的加热器，一个正常的力传感器和一个基于压电的传感器。传感器设置是具有枢纽功能的开发，使用户能够快速替换较低的样品并施加润滑剂。

图1。UMT Tribolab带有HFRR设置。左：设置包括回报驱动器，HFRR传感器，400°C加热器和负载传感器。右：旋转允许轻松设置样品。

例如，图2说明了使用ASTM D6425-17条件测试的5W-30发动机机油的标准结果，并通过HFRR布置进行了往复的球盘（钢制）配置。在这里，记录并绘制了摩擦的变化，并绘制为时间的函数，并以高分辨率收集和记录数据，以监视沿行程沿线的轻微摩擦变化。沿着中风的摩擦变化通常是由于表面上变化的结合，润滑状态上的过渡以及机械运动产生的振动的结果。从高分辨率数据中，方向上的变化很容易可视化。这可以准确选择峰值摩擦摩擦（按ASTM标准的建议）或以用户优先的任何方式计算摩擦。

图2。在ASTM D6425-17条件下，使用Tribolab HFRR设置进行了使用Ball-FAR测试测试的发动机油的摩擦和磨损结果（350 N，50 Hz，1 mm，120°C，2小时）。左：使用每次冲程上的10％的最高点计算出COF，并插图显示摩擦力的高分辨率数据在〜3600秒时。该表显示了15、30、90和120分钟的COF，以及最小和最大COF以及球上的磨损直径。右：测试后穿疤痕。

分析结果

通过使用高度精确的系统获得高质量的数据是实验的重要组成部分。但是，分析数据的方式同样重要。图3代表摩擦系数（COF）作为位置的函数，因为速度是正弦而不是线性的。与仅作为时间的函数收集的数据相比，这种描述对行为的行为更为现实。

HFRR系统启用了位置的精确记录，这是因为使用了集成到快速往复阶段的线性变量位移变压器（LVDT）。该图生动地说明了中风的每个极端的摩擦如何增加，以及力如何沿着中风减小和抑制，直到下一个方向转移下一个极端。

图3。摩擦力是3600至3601秒之间收集的数据的位移的函数。

布鲁克的UMT Tribolab软件为用户提供了完全灵活性，如何分析从快速往复测试中收集的数据。为了估计COF，用户可以在各种技术之间进行选择；一种简单的技术，使用每次冲程中的一定百分比的最高摩擦值（请参见图4，左），或一项高级技术，该技术在中间的中间选择了一定比例的点（见图4，右）。这种潜力使用户可以调整数据收集和分析，从而提供摩擦值，从而可以提高他们对润滑剂之间轻微变化的理解。

图4。使用每次冲程中正摩擦和负摩擦之间的变化进行计算的简单和高级方法。

为了更好地了解计算方法的含义，图5说明了使用各种技术对同一发动机机油的总体COF计算之间的差异。

图5。在ASTM D6425条件下测试的发动机油的结果。计算可能会改变COF的报告值。

当通过各种技术计算COF时，可以观察到该值如何显着变化，从总体值进行〜0.14时，当使用1％点的简单技术时，使用30％的顶点时，降至〜0.11，降至〜0.11和较低（〜0.10），当使用中风中间的50％点的高级技术时。高级技术可能会更加一致，其中50％和80％重叠。

显然，简单的技术不如先进技术一致。但是，它存在是因为必须确定ASTM标准所需的摩擦峰值（最高点的一小部分）至关重要。

在比较性能非常接近的润滑剂时，选择计算COF的技术非常重要。关于往复系统的摩擦，它不仅是一个简单的绝对价值，而且高度依赖于分析技术。为了更好地描述对润滑剂排名/比较的影响，图6说明了使用ASTM D6425-17在两种润滑剂中使用ASTM D6425-17（油A：5W-30和油B：0W-20）进行的测试结果，它们的性能非常接近，以及技术之间的变化。

图6。油A和B的比较。COF根据计算方法而变化。

当使用1％最高点的简单技术时，油A和B之间的差异要比使用高级技术（具有50％润滑剂重叠其行为的点的高级技术时明显更明显。这些变化不仅是数值差异，还可能表明润滑剂沿着中风的行为不同，这意味着它们基于制度或润滑剂特性在机械上以不同的方式行为。

研究具有较高灵活性的润滑剂和表面

显示的设置/钻机是具有无与伦比的灵活性的，而不仅仅是协议。它使科学家能够在不同条件下进行测量，这对于了解不同制度下润滑剂的性能差异是必不可少的。Tribolab的回报阶段可以以高达60 Hz的速度和低至0.01 Hz的速度移动。在高速下，基于压电的力传感器不会排出电流，并且传感器可以准确记录准静态或极慢的运动系统。

由于Tribolab的11个不同的传感器范围覆盖了几米千分之二的范围，因此可以施加的正常力也具有同样的灵活性。另外，可变的中风能够从10秒钟至25 mm。图7显示了以各种速度进行测试的基于压电的传感器捕获的数据质量，证明了如何执行测试以理解在极为不同的方案中发生的跨度和机械事件。

图7。油B在10 Hz，5 Hz，1 Hz和0.5 Hz下测试。

结论

这UMT Tribolab的高频往复钻机已被确定为筛选用于往复式应用中使用的润滑剂和材料的可靠方法，例如在压缩机和发动机中发现的润滑剂和材料。亚博网站下载该系统的灵活性可以在各种制度下对润滑剂进行评估，并获得完全控制数据分析的好处。UMT Tribolab有可能执行与ASTM 6425相似的协议来评估润滑剂的摩擦，并可以帮助在广泛的Tribosystem功能中做出重大区分。

参考

1. ASTM D6425-17，使用SRV测试机，ASTM International，West Conshohocken，PA，2017年，用于测量极高压力（EP）润滑油的摩擦和磨损特性的标准测试方法，www.astm.org

该信息已从布鲁克·纳米（Bruker Nano）表面提供的材料中采购，审查和改编。亚博网站下载

有关此消息来源的更多信息，请访问布鲁克纳米表面。