潤(rùn)滑脂是工業(yè)潤(rùn)滑劑不可缺少的一種半固體膏狀潤(rùn)滑材料,被廣泛用于鋼鐵、鐵路、盾構(gòu)、電力、造紙等工業(yè),凡是有軸承的地方都需要潤(rùn)滑脂(約80%以上的滾動(dòng)軸承都使用潤(rùn)滑脂作為潤(rùn)滑劑)。與潤(rùn)滑油相比,前者有更好的粘附性能,不易流失;在重負(fù)荷下仍能保持良好的潤(rùn)滑能力;適用的溫度范圍和工作條件較寬;以及具有更好的密封作用等。
潤(rùn)滑脂的應(yīng)用范圍較廣,主要起到抗摩、降噪、密封、防護(hù)、阻尼等。減摩機(jī)理是在摩擦表面上形成一層油膜,從而改善界面之間的摩擦,降低磨損,避免了金屬表面咬焊和撕裂磨損。
利用四氟乙烯(PTFE)顆粒改善脲基潤(rùn)滑脂的減摩性能,此類納米顆粒可以在摩擦表面上與潤(rùn)滑油活性元素形成復(fù)合邊界潤(rùn)滑膜 [20] ,防止了金屬與金屬的直接接觸,減小了摩擦,降低了磨損,從而達(dá)到減摩效用。無機(jī)和有機(jī)抗摩劑產(chǎn)生的作用機(jī)理不同,如硼酸鹽能形成強(qiáng)度極高的油膜,防止摩擦副的磨蝕,同時(shí)具有優(yōu)良的
熱穩(wěn)定性,在高溫下仍能正常工作,不會(huì)腐蝕銅,所以銅質(zhì)摩擦副常用硼酸鹽作為潤(rùn)滑脂的添加劑 。有機(jī)功能性添加劑通過活性基團(tuán)吸附在摩擦材料表面,烴鏈朝外形成吸附膜,在摩擦過程中摩擦副接觸,擠破油膜,產(chǎn)生的高溫使得吸附在摩擦材料表面的添加劑分子分解,基團(tuán)含有的活性元素與摩擦表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成無機(jī)膜。研究顯示低溫環(huán)境下,少量磷酸三甲酚酯能起到較好的抗摩性能;在摩擦過程產(chǎn)生的高溫下,添加劑中的磷元素與金屬反應(yīng)生成無機(jī)膜,起抗摩作用,但是添加量加大,就會(huì)因磷元素與金屬反應(yīng)過度而產(chǎn)生負(fù)效應(yīng) 。2,5-二巰基-1,3,4-噻二唑衍生物作為一種復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂添加劑,具有長(zhǎng)碳鏈及極性高特點(diǎn),容易吸附在摩擦副表面,在摩擦過程中,分子中的硫元素與摩擦副表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)反應(yīng)膜覆蓋在表面,從而提高潤(rùn)滑脂的極壓抗摩性 。無機(jī)功能性添加劑起到的減摩機(jī)理有幾類,一類是添加劑顆粒具有很高的表面能,吸附在摩擦材料表面形成物理吸附膜,顆粒中含有的元素在摩擦過程中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),形成新的化學(xué)反應(yīng)膜隔開摩擦副。
納米坡縷石是一種含羥基的短圓柱狀或粒狀粉末,分散在潤(rùn)滑脂當(dāng)中具有很高的表面能,當(dāng)與摩擦副接觸時(shí),羥基活性基團(tuán)會(huì)吸附在其表面,然后在摩擦作用下,該基團(tuán)與摩擦副表面發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),形成自修復(fù)膜層保護(hù)摩擦副;石墨和層狀二硅酸鈉復(fù)配體系作為鋰基潤(rùn)滑脂添加劑,在摩擦作用下,與摩擦副表面的材料進(jìn)行反應(yīng),形成一層減摩的膜層 ;另外一類機(jī)理是無機(jī)添加劑具有較小尺寸和近似球形的,起到滾珠的作用,在摩擦過程中可以填平磨損部位,如納米 ZrO2 顆粒作為一種潤(rùn)滑材料的抗摩減壓添加劑,它一方面能沉積在摩擦表面,形成一層物理吸附膜;另一方面,它能填平摩擦表面缺陷部位,起到修復(fù)表面作用 ;納米銅粒子作為潤(rùn)滑脂的添加劑可以起修復(fù)、成膜的作用,一方面它填補(bǔ)摩擦副表面缺陷,降低摩擦阻力,另一方面,在修補(bǔ)的部位,在足夠高的溫度和壓力下與表面材料和油膜中的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)形成物理吸附膜;另外一類機(jī)理是無機(jī)添加劑在摩擦過程中沉積在摩擦表面,形成非晶態(tài)或無定形膜隔開摩擦材料,如 1.5% LaF3 微粒在鋰基潤(rùn)滑脂能夠提高潤(rùn)滑脂的承載能力和燒結(jié)負(fù)荷,而且對(duì)摩擦表面有較好的自修復(fù)作用(沉積、結(jié)晶、鋪展成膜),起到減摩的作用 ;同樣是氟化物的 CaF2 ,作為鋰基潤(rùn)滑脂的添加劑時(shí),在摩擦初期,它會(huì)吸引一些有機(jī)物先沉積到摩擦表面形成沉積膜,隨著摩擦表面溫度升高或者壓力的增大,部分 CaF2 會(huì)和摩擦表面材料以及潤(rùn)滑脂當(dāng)中的物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),形成膜層,保護(hù)了摩擦副表面。納米鉍粉與超細(xì)蛇紋石粉復(fù)合添加劑作為鋰基潤(rùn)滑脂添加劑,在低、中、高負(fù)荷下摩擦學(xué)性能很好,尤其在質(zhì)量比為 3:1 時(shí),性能最優(yōu),這是因?yàn)榱捷^小的納米鉍粉體優(yōu)先沉積于摩擦副表面,而粒徑較大且含量較小的蛇紋石粉體則沉積于鉍形成的自修復(fù)膜以上,兩者共同起減摩的作用。
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