摩擦学研究领域的进展和发展趋势.docx

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1、作者简介：李久盛，男。2002 年毕业于上海交通大学，获材料科学博士，副教授。现主要从事润滑油添加剂的合成、摩擦学机理研究工作，已在国内外学术期刊公开发表论文 50 余篇。摩擦学领域的研究进展和发展趋势摩擦学领域的研究进展和发展趋势李久盛（中国石油兰州润滑油研究开发中心，甘肃 兰州 730060）摘要摘要：对近年来摩擦学研究领域的相关文献进行了调研、汇总和分析，主要涉及的内容有：对摩擦学发展趋势的预测和分析，摩擦化学研究的新方法、新理论和新仪器，边界润滑下不同类型添加剂的作用机理等。在此基础上，结合油品发展趋势对摩擦学今后的关注点进行了总结和展望。关键词：关键词：摩擦学；边界润滑；极压抗磨剂；

2、摩擦化学反应Status and Develop Trends of Tribology Research FieldLI Jiu-sheng(PetroChina Lanzhou Lubricating Oil R&D Institute,Lanzhou,730060)Abstract:In this paper,many references concern about tribology research field were collected andanalyzed.The main contents include the forecast and analysis of deve

3、lop trends in tribology,newmethods,theory and analyzer for tribochemical studies,and the mechanism of different kinds ofadditives in boundary lubricating state.Base on the above,the develop trends of tribology field weresummarized and previewed.Key Words:Tribology;Boundary lubrication;EP/AWAdditive;

4、Tribochemical Reaction摩擦学(tribology)是一门研究相对运动的表面及相关行为的技术科学，包括研究摩擦、磨损和润滑。摩擦化学是摩擦学的一个重要分支，是化学与摩擦学的一个交叉学科，主要研究相对运动中的表面所发生的化学及物理化学变化。摩擦化学主要涉及两大摩擦领域：干摩擦状态下的摩擦化学及润滑状态下的摩擦化学。干摩擦指相对运动的两个界面间没有油脂或其它润滑液存在的摩擦状态；而油润滑则是指相对运动的界面完全浸于油脂中或界面有一层油脂润滑膜的摩擦状态。摩擦化学与热化学有一定的差异，摩擦化学往往是在机械能、热能、电能等共同作用下产生的化学变化，它与相对运动的摩擦表面所产生的各种

5、物理与化学效应直接相关，并且由磨损而引起的表面晶格缺陷和金属新生面对化学反应还具有催化作用，有时还可以激发某些反应的发生。摩擦化学具体来说，就是对添加剂在摩擦过程中的作用机理进行研究，这对于提高添加剂开发工作的目的性具有十分重要的意义。在本文中，对近年来国际摩擦学界有关摩擦化学的文章进行了调研，并结合自身的工作需要，选择其中具有代表性的文献进行了整理，希望可以为以后的研发工作提供方法借鉴和理论指导。一、摩擦学研究发展趋势的预测一、摩擦学研究发展趋势的预测2001 年，Hugh Spikes1发表了关于 21 世纪摩擦学研究预测的文章，对摩擦学基础研究在本世纪最初 50 年所面临的挑战进行了分析

6、和讨论，并对其发展趋势进行了预测。基于对摩擦学现在的发展趋势、研究状态、科技支撑条件和现实需求的分析，Hugh 认为本世纪头 12 年，摩擦学基础研究的发展趋势主要集中于 5 个领域：模型和模拟、薄层润滑、节能技术、表面的最优化设计和智能系统等。1.1 模型化和模拟方法模型化和模拟方法20 世纪 40 年代，计算技术的限制使得科学家只能通过大量的计算对摩擦过程中有限流体动力学进行简单的研究；60 年代，大型主机的出现促进了流体热力学和流体弹性动力学等温线的研究，并在 60 年底中期扩展到弹性动力学线接触的热力学研究；70 年代，进一步深入到弹性动力学点接触的等温线研究；80 年代，计算机技术的

7、发展解决了等温线、光滑表面和弹性动力学等问题，热力学、点接触、粗糙表面和高负荷下的摩擦接触受到了关注，分子动力学开始用来对简单的碳氢化合物进行模拟；90 年代中，解决了粗糙表面上的 2 维弹性流体接触2和厚层/薄层膜润滑的分子动力学模拟3,4。图 1 是 2 个狭窄表面相对运动时不同油膜厚度的十六烷的模拟4，图 2 是典型粗糙表面运动接触下的油膜厚度预测5。图图 1剧烈碰撞下运动表面十六烷的分子动力学模拟剧烈碰撞下运动表面十六烷的分子动力学模拟图图 2弹性流体接触下粗糙表面油膜厚度的计算机模拟弹性流体接触下粗糙表面油膜厚度的计算机模拟计算机模型除了得益于计算机技术的力量，还在运算规则如多栅格化

8、处理、真实模拟等方面取得了进展。具体来说，高度精确和复杂的数学模型和模拟方法将在摩擦学得到更大的应用。到 2012 年，高速台式计算机将用于研究运动粗糙表面、热力学和非牛顿流体，能够对混合弹性流体力学/边界润滑过程中的接触压力、膜厚和摩擦进行预测；分子动力学模拟将更加强大，可以在台式计算机根据润滑剂的分子结构来预测其粘度和可压缩性等性质；现在所进行的关于摩擦固体表面的疲劳磨损研究，会在原子或者更大的个体单元范围内得到深化。模型化的一个重要领域是复杂摩擦学体系如发动机或传动系统等的运行状态模拟，包括接触应力、温度、动力学和流体效应等体系中相关问题的研究，以及机械运转对润滑剂和摩擦表面造成的累积损

9、害。这一研究的最终目的是为了建立有效的试验手段来代替耗时昂贵的发动机或者齿轮箱台架试验。表 1 列出了摩擦学在模型化和模拟方法领域有可能取得的成就。表表 1 摩擦学模型化和模拟方法涉及领域摩擦学模型化和模拟方法涉及领域2 维弹性流体和混合膜所包含的热力学、非牛顿流体和粗糙表面等的研究润滑剂的分子动力学模拟混合润滑的分子模型摩擦过程中固体发生接触和滑动时的原子/单元反应模型多面或多体接触的模拟累积损害模型机械润滑的过程模拟，如内燃机油的抗磨表现1.2 薄层润滑过程的研究薄层润滑过程的研究对于摩擦过程的物理本质和化学过程的理解，是建立有效的计算机模型的前提，实验摩擦学在未来 12 年的一个主要作用

10、就是要对摩擦过程中的物理本质和化学现象进行研究，而对薄层润滑膜和混合边界润滑膜的研究，就是其中一个关键领域。薄层润滑之所以引起越来越多的重视，主要是因为现代社会对节能提出了更高的要求，使机械部件向小型化和大功率密度发展，而润滑油的选择也趋向低粘度级别油品，这两个趋势都要求减小润滑膜的厚度6。信息存储系统的发展，进一步使得摩擦副之间的润滑层减小到只有几个纳米的厚度7。图图 3冲击后表面和粗糙表面润滑膜厚度分布冲击后表面和粗糙表面润滑膜厚度分布薄层润滑的研究在过去的 10 年中取得了相当大的进展，主要集中在 2 个方面：一是实验手段如力平衡仪器和超薄膜干涉测量的发展和应用8，最新的进展就是间隔层成

11、像系统的发明，使得能够对粗糙表面的润滑膜厚度进行描绘9，可以深入考察微观弹性流体动力润滑行为和基础油、添加剂的摩擦学性能。图 3 利用这一技术对经过撞击的表面和真实粗糙表面分别进行了润滑膜厚度分布表征。第二个重要的进展是新型高灵敏度的表面分析仪器的发明，如高分辨率发射电子显微镜（HRTEM）、和 X-射线精细结构分析仪（XANES）等，这就可以对摩擦表面反应膜的化学结构信息进行深入细致的研究。图 4 显示的是利用 HRTEM 对油溶性有机钼润滑下的磨斑表面进行了表征，证明了确实存在 12 分子厚度的薄片状 MoS2。图图 4有机钼润滑下磨斑表面的有机钼润滑下磨斑表面的 HRTEM 表征图像表征

12、图像边界润滑和混合润滑下的薄层研究发展速度很可能非常迅速。在这个过程中，一些需要用实验去验证的关键问题有：1）润滑剂所形成超薄膜的流变学性质；2）重负荷接触下液/固界面上的滑动范围；3）极压抗磨剂形成反应膜的动力学过程以及润滑膜的物理性质；4）凹凸不平的表面直接接触时基础油和反应膜的作用行为；5）对薄层磨损接触时发生化学反应的控制因素如瞬时温度、剪切力、表面逃逸电子和催化活性等进行分析和量化。1.3 节能技术对摩擦学发展的要求节能技术对摩擦学发展的要求为了提高节能效率、减少 CO2的排放而发展出的几项新技术，如高效、环保发动机，使得摩擦学面临着新的挑战。从摩擦学的角度说，新型发动机要求处于弹性

13、流体状态的润滑剂在宽的温度和压力范围下，能够提供较高的摩擦和牵引效率。近年来，具有很高牵引效率的合成润滑剂受到了越来越多的关注9，但是缺点在于其高昂的价格和高温下存在牵引效率下降的现象。另外，为了更好的研究弹性流体状态的润滑作用机理，需要发展精确的流变学模型。过去的几年中所提出的数个类似的模型，虽然在理论上可以预测弹性流体的牵引效果，但与实际工况仍存在重要的差异。从分子角度对流体黏附力进行研究，会促进性能良好且价格低廉牵引液的开发工作，这一领域和弹性流体流变学必将在未来数年内受到重视10。1.4 表面最优化设计表面最优化设计在过去的 40 年，一个在实践中非常有效但基础理论研究又极为缺乏的领域

14、是表面处理和涂层技术，很多有效的处理过程已经得到了广泛的商业应用。在最近的 10 年中，这一技术与理论脱节的现象得到了改善，这主要得益于数字化模型的应用，包括对处理过的或涂层的表面各层的物理性质进行描述，对处理后表面之间的接触进行模拟等11。由于涂层技术能够保持长期稳定有效的润滑，体现出了相对于润滑油的极大优势，这一领域的理论研究和技术发展会变得越来越重要。其中，一个值得关注的方向是为各向异性或多相材料如合金建立 3-D 模型，以便对压力在材料内部的分布情况进行分析，从而可以预测材料裂缝的发生几率和损害累积。1.5 智能系统智能系统计算机技术的飞速发展和传感器新技术的出现，使二者结合后衍生出的

15、智能系统给了摩擦学研究令人振奋的推动力。图 5 所示就是一个装有智能防震系统的轴承，装在外环和轴承之间的压电传感器会检测齿轮啮合过程中压力的变化，信号反馈给反作用的传感器对外加负荷进行调整，从而起到轴承震动的阻尼作用12。图图 5装有智能装有智能-防震系统的轴承防震系统的轴承二、边界润滑膜的形成和润滑机理二、边界润滑膜的形成和润滑机理2.1 边界润滑的定义边界润滑的定义所谓边界润滑，是指油膜平均厚度小于摩擦副表面粗糙度状态下的润滑，在相对运动过程中存在表面之间的直接接触。具体来说，边界润滑有如下特点：1）摩擦表面之间的直接接触承载了大部分的负荷；2）润滑剂与表面发生了化学反应；3）摩擦化学反应

16、的产物对于摩擦过程中润滑效果起到了举足轻重的作用；4）基础油的粘度对于摩擦磨损的影响很小；5）一般发生在低速高负荷的工况，如轴承、齿轮、凸轮、蜗杆和活塞环等部件的工作环境。边界润滑状态下摩擦表面之间的凹凸处发生碰撞，根据负荷和材料性质的不同，表面会发生局部弹性形变和塑性形变，苛刻条件下还会发生断裂。随之发生能量释放如机械能和热，造成接触点的瞬时温度非常高，而新生表面具有很高的表面能和反应活性，这些因素都会引发润滑剂与表面金属之间的化学反应，如氧化反应（表面金属的氧化和润滑剂的氧化）、润滑剂的分解反应、表面催化反应、聚合反应和有机金属化合物的生成等。Nakayama 等13观察到在摩擦过程中有断

17、裂化学键、外逸电子和带电粒子出现，这些因素都促进了摩擦化学反应的发生。2.2 边界润滑膜的组成、外观和形貌边界润滑膜的组成、外观和形貌研究表明，边界润滑膜的化学组成主要是微米级大小的铁或氧化铁颗粒和大分子量的有机金属化合物。如果有 ZDDP 或 TCP 等抗磨剂的存在，则润滑膜中会含有磷酸铁等玻璃状的磷酸盐成分。润滑膜的外观和形貌是斑驳的、连续或离散的，而且由于膜厚和所含元素的不同，呈现绿色到褐色等不同的颜色14。从整体上来说，润滑膜的外观和形貌与其润滑性能之间没有直接的规律性关系15。图图 6含有含有 1 1ZDDPZDDP 的液体石蜡润滑下的的液体石蜡润滑下的 SiNSiN 表面磨斑形貌表

18、面磨斑形貌边界润滑膜的作用机理主要有：牺牲性的润滑膜、低剪切的界面润滑膜、摩擦改进膜、抗剪切膜和承载膜等，边界润滑膜不同的作用机理取决于环境条件和实际工况。图 6 和 7 给出了两种不同材料的润滑膜形貌和外观。图 6 是含有 ZDDP 的液体石蜡在 SiN 表面所形成的非常致密的润滑薄膜，其外观和结构与铁-铁界面十分类似；图 7 是 SiC 表面有效的润滑膜。因为 SiC比 SiN 的脆度要大，需要形成更厚的润滑膜才能起到降低摩擦的作用。图图 7含有含有 1二硫联苄基的液体石蜡润滑下的二硫联苄基的液体石蜡润滑下的 SiC 表面磨斑形貌表面磨斑形貌2.3 基础油的化学反应基础油的化学反应在摩擦过

19、程中，基础油会发生氧化、热分解和聚合反应等。众所周知，碳氢化合物的氧化机理是自由基反应，包含链引发、链增长、链转移和链终止。一些金属如铁、铬、铜和镍等会对其分解反应起到催化作用，图 8 给出了不同金属在相同条件下的催化作用。图图 8225下不同金属对酯类基础油的氧化催化作用下不同金属对酯类基础油的氧化催化作用氧化反应的过程中，基础油的分子按照 2 种方式发生反应：较小的分子通过-碳原子进行分解；大分子的化合物通过缩和反应生成聚合物，典型的缩和反应如下式所示：主要的化学反应包括：氧化步骤；有机酸的生成；羟醛缩和生成高分子化合物。当聚合物的分子量达到溶解性的极限（约 10000）时，反应产物变的不

20、可溶，并沉积在摩擦表面。这些物质可溶于极性溶剂如 THF，并且可以用凝胶色谱按照分子量大小进行分离16。2.4 有机金属化合物有机金属化合物摩擦化学反应中一个重要的方面就是金属的催化作用17。Klaus 首先用中子活化分析方法确认了氧化后润滑剂中油溶性有机金属化合物的存在；Gates 等人用凝胶色谱法和原子吸收光谱法对有机金属化合物的分子量分布进行了分析18，图 9 给出的是全合成润滑剂（包含抗磨剂、分散剂和清净剂等）随着摩擦过程的进行，有机金属化合物的分布与时间的关系。图图 9有机金属化合物的分布与摩擦时间的关系有机金属化合物的分布与摩擦时间的关系从图中可以看出，有机金属化合物的含量较少，但

21、是其生成速度很快。光学显微镜观察结果显示，摩擦接触开始 1min 后，边界润滑膜已完全生成。随着摩擦的进行，有机铁化合物的最大分子量稳定在 3000 左右，说明摩擦过程中有机铁化合物被剪切掉。在 ASTM 发动机程序氧化试验中的凸轮轴和螺杆上，也发现生成了这类有机金属化合物。图图 10不同基础油组成所生成的有机金属化合物不同基础油组成所生成的有机金属化合物基础油具有不同的化学组成，在氧化条件下也会发生不同的反应。用高效液相色谱（HPLC）可以将基础油分成不同的组分如饱和组分、芳香族组分和极性组分等，然后用微氧化实验对不同的组分进行测试，所生成的有机金属化合物用 GPC-GFAA 进行分析，结果

22、见图 10。从上图中可以看出，氧化过程中，基础油的极性组分生成有机金属化合物的速率最大，芳香化合物其次，饱和组分所含有的有机金属化合物最少。2.5 ZDDP 的抗磨机理的抗磨机理ZDDP 等抗磨剂在摩擦接触过程中发生分解，在表面生成硬度大、韧性强的无定形润滑膜。Waltkins 推测了玻璃状多磷酸盐的生成19；Martin 等用 EXAFS 观察了无定形摩擦膜20；Warren等考察了 ZDDP 润滑下摩擦膜的纳米化学性质21，发现高负荷下有高弹性的摩擦膜和减摩玻璃状润滑膜的生成，磨斑表面的膜弹性强度高达 200 GPa；稍低负荷下生成弹性塑性的混合膜。有研究表明，没有基础油复配的抗磨剂如 Z

23、DDP 等单独使用并不能表现出抗磨作用，这就意味着有效的抗磨膜必然伴随着复杂的反应产物，它们互相作用才能达到最佳的性能：为了承担负荷，就必须形成硬度大的固体膜；为了分散压力，提供牺牲性的抗剪切膜以免摩擦表面受到损害，就要生成柔软的聚合物膜16；磨屑可能对于柔软的聚合物膜有着强化作用。2.6 边界润滑膜设计边界润滑膜设计上文中，对设计有效的边界润滑膜所需的几个要素进行了论述，可以确定：摩擦过程中，添加剂、基础油和表面金属之间的摩擦化学反应产物中，不但要包括硬度大的、持久的负荷承载物，还要有软的、易剪切的聚合物组分；反应的活化能、动力学要素必须和摩擦过程中的温度范围相适应；各种反应条件的优化目的是

24、保证反应产物的生成速率大于摩擦过程中的物理剪切速率；最后，磨屑强化的特殊摩擦化学反应产物应起到特殊的作用。综合以上的概念，我们可以设想一个理想化的边界润滑膜模型（见图 11）。图图 11一个理想化的边界润滑膜设计模型一个理想化的边界润滑膜设计模型对于理想化的边界润滑膜，表面化学反应的理解和控制提供了生成承载润滑膜的基础。润滑剂分子间适当的粘着作用和在表面上的吸附，可以生成固体膜；较强的键合作用，但是较弱的粘着力，可以生成柔软的、可变形的、可分散压力的膜组分；可移动的物质能够提供易剪切的层组分，可以减少压力向表面的渗透；根据摩擦条件苛刻程度的不同，可移动的活性物质能够对粘合组分进行补充，这一过程

25、被称作自修复或自复原作用，对于延长苛刻条件下的机械部件的寿命十分重要。三、化学膜承载能力的确定三、化学膜承载能力的确定在边界润滑条件下，极压剂、抗磨剂和摩擦系数改进剂都可以在摩擦表面形成吸附膜或化学反应膜。在利用球盘实验机对润滑油进行评价时，可以发现不同类型的 EP/FM 添加剂润滑下的钢球磨斑在特定压力和滑动速度下有一个特定值，当磨斑直径达到这一特定值后，在随后的摩擦过程中不再增大；只有当滑动速度减小或压力增大时，才会使磨斑增大22。根据这一现象，可以通过减小滑动速度为 0 或者增大压力至最大负荷，来推断润滑膜的承载能力，进而考察摩擦副的流体力学特点，预测混合润滑下特定滑动速度和压力下的磨斑

26、。摩擦过程中，摩擦副的压力一部分由润滑剂承担，另一部分由摩擦副的直接接触承担；当EP/FM 添加剂加入到基础油中后，润滑膜的形成对于减少表面磨损至关重要；滑动点接触条件下，在一定的速度和压力下，磨斑将出现一个特定值，当达到这个值后，磨斑在随后的摩擦过程中不再增大，不同添加剂在同一基础油中有不同值。可以认为：当磨斑达到特定值后，作用于磨斑上的平均压力等于化学膜的承载能力；在点接触情况下，摩擦表面的直接接触占有很大比重。如果表观压力等于摩擦副中较小的硬度，那么直接接触近似于表观接触面积（图 12）；图图 12液体石蜡液体石蜡+硫磷化合物润滑下的钢球磨斑表面硫磷化合物润滑下的钢球磨斑表面如果润滑过程

27、中没有化学膜形成，那么摩擦表面将非常粗糙（图 13）。可以认为这时候相当于干摩擦，直接接触面积并不等于磨斑面积。图图 13液体石蜡润滑下的钢球磨斑表面液体石蜡润滑下的钢球磨斑表面当添加剂在边界润滑条件下，在摩擦表面生成化学膜后，膜的承载能力就决定了磨斑和摩擦系数的大小。在混合润滑状态，滑动速度较高的情况下，化学反应膜承担了部分的压力，而流体效应承担了另外的压力。当滑动速度增大时，流体效应也提高；相反的，如果滑动速度减小为 0，则全部的压力都由化学膜承担，即压力作用于钢球的直接接触点。由添加剂与金属生成的反应膜的承载能力应该是一个常数。如果这个理论正确，我们可以通过对压力滑动速度变化曲线进行外推

28、得到每个添加剂所生成化学膜的承载能力。同时，当摩擦副处于特定的压力和滑动速度的时候，磨斑也应该保持在特定的数值（图 14，15）；图图 14液体石蜡润滑下磨斑与滑动距离的关系液体石蜡润滑下磨斑与滑动距离的关系图图 15加入加入 5%5%羧酸钙的液体石蜡润滑下磨斑与滑动距离的关系羧酸钙的液体石蜡润滑下磨斑与滑动距离的关系由于流体效应承担的负荷随着滑动速度增大而增大，那么钢球磨斑的特定值在速度较大时应小于速度较低时（图 16）。根据以上的推论，可以得到表观压力与滑动速度之间的关系曲线（图 17），表观压力定义为磨斑上相应区域所承载的压力。如果滑动速度不为 0，则流体效应包括于表观压力之中。从理论上

29、讲，流体效应随着滑动速度的降低而减小，当速度为 0 时减小为0。这时所有的压力都由覆盖着化学膜的直接接触面承担，即压力由几乎整个钢球磨斑承担。图图 16压力一定时磨斑与滑动速度的关系压力一定时磨斑与滑动速度的关系外推图 17 中的直线与纵坐标（滑动速度为 0），就可以得到不包括流体效应的表观压力。这可以被认为是磨斑表面的直接压力，也就是化学膜的承载负荷。通过上述方法，可以推导出下列的线性方程：Pv=292+315v（1）其中，Pv 是包括流体效应的表观压力，v 是滑动速度。此方程仅适用于加入 5%羧酸钙石蜡润滑下的滑动点摩擦。图图 17不同压力下表观压力与滑动速度之间的关系不同压力下表观压力与

30、滑动速度之间的关系用光学显微镜观察点摩擦下的润滑剂流动状态，可以看到没有明显的润滑剂从磨斑的出口流出，而在磨斑周围有可见的润滑剂流动（图 18）。可以认为，润滑剂以极薄的膜的形式吸附在磨斑表面，稍多的润滑剂填充在磨斑表面的擦痕中，这些润滑剂足以与表面金属反应生成化学膜，摩擦过程中的流体效应主要由直接接触区域边界润滑剂产生。而在磨斑的中心部分，相当于 2 个光滑面的干摩擦，因此高速下强烈的流体效应使得磨斑相当的小，相反的，较低速度下弱的流体效应使磨斑增大。这种情况一直维持到特定磨斑大小的出现，当达到这一特定值后，磨斑所承担的负荷产生的接触压力就等于化学膜的承载能力。这时候的润滑处于混合的、完全弹

31、性流体动力润滑的状态。图图 18钢球磨斑周围润滑剂的流动状态：钢球磨斑周围润滑剂的流动状态：(a)(a)58.86N58.86N，1.57m/s;1.57m/s;(b)39.24N,(b)39.24N,1.26m/s1.26m/s因此，对于已知的滑动速度和应用负荷，磨斑范围 A 可以由方程式 1 所给出的表观压力 Pv算出：W=APv（2）化学膜所承担的标准负荷 Wc 可以表示为：Wc=APo(3)流体效应所承担的负荷 Wh可以表示为：Wh=W Wc(4)Wh/W=1 Wc/W=1 Po/Pv(5)图 19 是不同滑动速度下流体效应和直接接触所承担负荷的变化曲线。应该予以说明的是，只有当所有磨

32、斑在边界润滑和混合润滑条件下保持一致顺序的时候，上述的预测才能正确；图图 19不同滑动速度下流体效应和直接接触所承担的负荷不同滑动速度下流体效应和直接接触所承担的负荷本文主要研究的是包括边界润滑和弹性流体润滑的混合润滑状态，其中化学膜最小厚度与摩擦表面粗糙度的比率远小于 1，所以流入直接接触区域的润滑剂量取决于表面的可润湿性和擦痕的深度。润滑油对表面的可润湿性决定了润滑剂的薄层厚度。润滑油和添加剂的量都足以与表面金属生成化学膜，但不足以在摩擦过程中在直接接触表面形成连续的流体膜，所以在摩擦过程中，流体效应可以看作主要存在于磨斑边界，中心的则可予以忽视。在上述假设下，可以预测特定负荷和滑动速度下

33、的磨斑直径。如果在应用负荷和滑动速度的范围内磨斑变化较大，会对流体效应产生明显的影响，磨斑的特定值不易得到，上述的模型不再适用于预测流体效应。一般来说，磨斑直径特定值在 0.20.6mm 之间；当磨斑达到特定值时，磨斑上的平均压力等于化学膜的承载能力，摩擦副处于混合的弹性流体润滑状态。当负荷增大或滑动速度减小时，化学膜所承担的压力将超过其承载能力，磨斑也相应的增大；当滑动速度增大或负荷降低，摩擦副将进入完全的弹性流体润滑状态。为了计算化学膜的承载能力，认为钢球时在平滑的表面上滑动，进而假设接触压力均匀的分布在磨斑表面。钢球的顶点接触压力最大，最先发生磨损，磨斑表面的压力由中心沿椭圆逐渐减小。接

34、触压力越大，擦痕的深度越大，从而接触压力均匀的分布在磨斑表面。基础油粘度是影响流体效应的重要因素。当处于高压力下的边界润滑时，含有 FM/EP 添加剂的基础油粘度不再象完全弹性流体润滑下那样具有明显的影响；FM/EP 添加剂的类型决定了磨斑直径和化学膜承载能力的大小，承载能力大则磨斑小；具有一定承载能力的化学膜是磨斑特定值的决定因素，当直接接触压力大于其承载能力时，摩擦表面发生磨损，磨斑增大直至到直接接触压力等于化学膜的承载能力，这个磨损区域在随后的摩擦过程中不再增大，即磨斑极限值。四、总结和展望四、总结和展望通过对以上文献的分析，可以发现摩擦学在最近几年的发展处于一个相对平稳的阶段，大多数的

35、研究都集中在对过去工作的深入和细化上，并没有出现突破性的发现。总结起来，主要的研究趋势有以下几个方面：1、引入了计算机技术对摩擦学基础理论进行细化，模型化研究得到了一定程度的深入；2、对添加剂的研究工作，还是集中在 ZDDP、TCP 等模型化合物的基础上，主要是采用多种现代分析方法对其摩擦学机理进行深入、量化的考察；3、表面优化设计越来越受到了重视，添加剂的开发主要侧重于应用，对新型分子结构的极压抗磨添加剂的报道以专利为主；4、由于受到分析手段和在线检测方法的限制，典型添加剂如 ZDDP、含氮化合物、硼酸酯等在摩擦过程中的化学反应机理尚未得到详尽、确定的结论，仍然需要进行大量的工作；5、环保和

36、节能的要求，对于添加剂的性能也提出了新的要求，开发环保型的减摩添加剂对于高档油品的开发工作具有十分重要的现实意义；6、基础油和添加剂之间的协同作用，尚未得到应有的重视，为了促进油品开发工作的顺利进行，应该尽快开展这一领域的研究工作。参考文献：参考文献：1.Hugh Spikes.Tribology research in the twenty-first century.Tribology International 2001(34):7897992.Elcoate CD,Evans HP,Hughes TG,Snidle RW.Thin film,time dependent,micro-E

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