摩擦学研究领域的进展和发展趋势13619.docx

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1、摩擦学领域的研究进展和发展趋势李久盛（中国石油油兰州润滑滑油研究开开发中心，甘肃 兰州730060）摘要：对近近年来摩擦学研研究领域的相关关文献进行行了调研、汇总和分析析，主要涉涉及的内容容有：对摩摩擦学发展展趋势的预预测和分析析，摩擦化化学研究的的新方法、新新理论和新新仪器，边边界润滑下下不同类型型添加剂的的作用机理理等。在此此基础上，结结合油品发发展趋势对对摩擦学今今后的关注注点进行了了总结和展展望。关键词：摩摩擦学；边边界润滑；极压抗磨磨剂；摩擦擦化学反应应Statuus and DDevellop TTrendds of Tribbologgy Reseaarch FielldLI J

2、iiu-shheng(PetrroChiina LLanzhhou LLubriicatiing OOil R&D Innstittute, Lannzhouu, 73300600)Abstrract: In tthis papeer, mmany refeerencces cconceern aaboutt triiboloogy rreseaarch fielld weere ccolleectedd andd anaalyzeed. TThe mmain conttentss inccludee thee forrecasst annd annalyssis oof deeveloop

3、trrendss in tribbologgy, nnew mmethoods, theoory aand aanalyyzer for tribbocheemicaal sttudiees, aand tthe mmechaanismm of diffferennt kiinds of aaddittivess in bounndaryy lubbricaatingg staate. Basee on the abovve, tthe ddevellop ttrendds off triiboloogy ffieldd werre suummarrizedd andd preeviewwed

4、.Key WWordss: Trribollogy; Bouundarry luubriccatioon; EP/AW AAddittive; Triibochhemiccal RReacttion摩擦学(tribbologgy)是一一门研究相相对运动的的表面及相相关行为的的技术科学学，包括研研究摩擦、磨磨损和润滑滑。摩擦化化学是摩擦擦学的一个个重要分支支，是化学学与摩擦学学的一个交交叉学科，主主要研究相相对运动中中的表面所所发生的化化学及物理理化学变化化。摩擦化化学主要涉涉及两大摩摩擦领域：干摩擦状状态下的摩摩擦化学及及润滑状态态下的摩擦擦化学。干干摩擦指相相对运动的的两个界面面间没有油油脂

5、或其它它润滑液存存在的摩擦擦状态；而而油润滑则则是指相对对运动的界界面完全浸浸于油脂中中或界面有有一层油脂脂润滑膜的的摩擦状态态。摩擦化学与与热化学有有一定的差差异，摩擦擦化学往往往是在机械械能、热能能、电能等等共同作用用下产生的的化学变化化，它与相相对运动的的摩擦表面面所产生的的各种物理理与化学效效应直接相相关，并且且由磨损而而引起的表表面晶格缺缺陷和金属属新生面对对化学反应应还具有催催化作用，有有时还可以以激发某些些反应的发发生。摩擦化学具具体来说，就就是对添加加剂在摩擦擦过程中的的作用机理理进行研究究，这对于于提高添加加剂开发工工作的目的的性具有十十分重要的的意义。在在本文中，对对近年来

6、国际际摩擦学界界有关摩擦擦化学的文文章进行了了调研，并并结合自身身的工作需需要，选择择其中具有有代表性的的文献进行行了整理，希希望可以为为以后的研研发工作提提供方法借借鉴和理论论指导。一、摩擦学学研究发展展趋势的预预测2001年年，Huggh Sppikess1发表表了关于221世纪摩摩擦学研究究预测的文文章，对摩摩擦学基础础研究在本本世纪最初初50年所所面临的挑挑战进行了了分析和讨讨论，并对对其发展趋趋势进行了了预测。基基于对摩擦擦学现在的的发展趋势势、研究状状态、科技技支撑条件件和现实需需求的分析析，Huggh认为本本世纪头112年，摩摩擦学基础础研究的发发展趋势主主要集中于于5个领域域：

7、模型和和模拟、薄薄层润滑、节节能技术、表表面的最优优化设计和和智能系统统等。1.1 模模型化和模模拟方法20世纪440年代，计计算技术的的限制使得得科学家只只能通过大大量的计算算对摩擦过过程中有限限流体动力力学进行简简单的研究究；60年年代，大型型主机的出出现促进了了流体热力力学和流体体弹性动力力学等温线线的研究，并并在60年年底中期扩扩展到弹性性动力学线线接触的热热力学研究究；70年年代，进一一步深入到到弹性动力力学点接触触的等温线线研究；880年代，计计算机技术术的发展解解决了等温温线、光滑滑表面和弹弹性动力学学等问题，热热力学、点点接触、粗粗糙表面和和高负荷下下的摩擦接接触受到了了关注，

8、分分子动力学学开始用来来对简单的的碳氢化合合物进行模模拟；900年代中，解解决了粗糙糙表面上的的2维弹性性流体接触触2和厚厚层/薄层层膜润滑的的分子动力力学模拟3,4。图1是是2个狭窄窄表面相对对运动时不不同油膜厚厚度的十六六烷的模拟拟4，图图2是典型型粗糙表面面运动接触触下的油膜膜厚度预测测5。图 1 剧烈碰撞下下运动表面面十六烷的的分子动力力学模拟图 2 弹性流体接接触下粗糙糙表面油膜膜厚度的计计算机模拟拟计算机模型型除了得益益于计算机机技术的力力量，还在在运算规则则如多栅格格化处理、真真实模拟等等方面取得得了进展。具具体来说，高高度精确和和复杂的数数学模型和和模拟方法法将在摩擦擦学得到更

9、更大的应用用。到20012年，高高速台式计计算机将用用于研究运运动粗糙表表面、热力力学和非牛牛顿流体，能能够对混合合弹性流体体力学/边边界润滑过过程中的接接触压力、膜膜厚和摩擦擦进行预测测；分子动动力学模拟拟将更加强强大，可以以在台式计计算机根据据润滑剂的的分子结构构来预测其其粘度和可可压缩性等等性质；现现在所进行行的关于摩摩擦固体表表面的疲劳劳磨损研究究，会在原原子或者更更大的个体体单元范围围内得到深深化。模型化的一一个重要领领域是复杂杂摩擦学体体系如发动动机或传动动系统等的的运行状态态模拟，包包括接触应应力、温度度、动力学学和流体效效应等体系系中相关问问题的研究究，以及机机械运转对对润滑剂

10、和和摩擦表面面造成的累累积损害。这这一研究的的最终目的的是为了建建立有效的的试验手段段来代替耗耗时昂贵的的发动机或或者齿轮箱箱台架试验验。表1列列出了摩擦擦学在模型型化和模拟拟方法领域域有可能取取得的成就就。表1 摩擦擦学模型化化和模拟方方法涉及领领域2维弹性流流体和混合合膜所包含含的热力学学、非牛顿顿流体和粗粗糙表面等等的研究润滑剂的分分子动力学学模拟混合润滑的的分子模型型摩擦过程中中固体发生生接触和滑滑动时的原原子/单元元反应模型型多面或多体体接触的模模拟累积损害模模型机械润滑的的过程模拟拟，如内燃燃机油的抗抗磨表现1.2 薄薄层润滑过过程的研究究对于摩擦过过程的物理理本质和化化学过程的的

11、理解，是是建立有效效的计算机机模型的前前提，实验验摩擦学在在未来122年的一个个主要作用用就是要对对摩擦过程程中的物理理本质和化化学现象进进行研究，而而对薄层润润滑膜和混混合边界润润滑膜的研研究，就是是其中一个个关键领域域。薄层润滑之之所以引起起越来越多多的重视，主主要是因为为现代社会会对节能提提出了更高高的要求，使使机械部件件向小型化化和大功率率密度发展展，而润滑滑油的选择择也趋向低低粘度级别别油品，这这两个趋势势都要求减减小润滑膜膜的厚度6。信信息存储系系统的发展展，进一步步使得摩擦擦副之间的的润滑层减减小到只有有几个纳米米的厚度7。图 3 冲击后表面面和粗糙表表面润滑膜膜厚度分布布薄层润

12、滑的的研究在过过去的100年中取得得了相当大大的进展，主主要集中在在2个方面面：一是实实验手段如如力平衡仪仪器和超薄薄膜干涉测测量的发展展和应用8，最最新的进展展就是间隔隔层成像系系统的发明明，使得能能够对粗糙糙表面的润润滑膜厚度度进行描绘绘9，可可以深入考考察微观弹弹性流体动动力润滑行行为和基础础油、添加加剂的摩擦擦学性能。图图3利用这这一技术对对经过撞击击的表面和和真实粗糙糙表面分别别进行了润润滑膜厚度度分布表征征。第二个重要要的进展是是新型高灵灵敏度的表表面分析仪仪器的发明明，如高分分辨率发射射电子显微微镜（HRTEMM）、和XX-射线精精细结构分分析仪（XXANESS）等，这这就可以对

13、对摩擦表面面反应膜的的化学结构构信息进行行深入细致致的研究。图图4显示的的是利用HHRTEMM对油溶性有有机钼润滑滑下的磨斑斑表面进行行了表征，证证明了确实实存在12分子厚度度的薄片状状MoS2。图 4 有机钼润滑滑下磨斑表表面的HRRTEM表表征图像边界润滑和和混合润滑滑下的薄层层研究发展展速度很可可能非常迅迅速。在这这个过程中中，一些需需要用实验验去验证的的关键问题题有：1）润滑剂剂所形成超超薄膜的流流变学性质质；2）重负荷荷接触下液液/固界面面上的滑动动范围；3）极压抗抗磨剂形成成反应膜的的动力学过过程以及润润滑膜的物物理性质；4）凹凸不不平的表面面直接接触触时基础油油和反应膜膜的作用行

14、行为；5）对薄层层磨损接触触时发生化化学反应的的控制因素素如瞬时温温度、剪切切力、表面面逃逸电子子和催化活活性等进行行分析和量量化。1.3 节节能技术对对摩擦学发发展的要求求为了提高节节能效率、减减少CO2的排放而而发展出的的几项新技技术，如高高效、环保保发动机，使使得摩擦学学面临着新新的挑战。从从摩擦学的的角度说，新新型发动机机要求处于于弹性流体体状态的润润滑剂在宽宽的温度和和压力范围围下，能够够提供较高高的摩擦和和牵引效率率。近年来来，具有很很高牵引效效率的合成成润滑剂受受到了越来来越多的关关注9，但是缺缺点在于其其高昂的价价格和高温温下存在牵牵引效率下下降的现象象。另外，为了了更好的研研

15、究弹性流流体状态的的润滑作用用机理，需需要发展精精确的流变变学模型。过过去的几年年中所提出出的数个类类似的模型型，虽然在在理论上可可以预测弹弹性流体的的牵引效果果，但与实实际工况仍仍存在重要要的差异。从从分子角度度对流体黏黏附力进行行研究，会会促进性能能良好且价价格低廉牵牵引液的开开发工作，这这一领域和和弹性流体体流变学必必将在未来来数年内受受到重视10。1.4 表表面最优化化设计在过去的440年，一一个在实践践中非常有有效但基础础理论研究究又极为缺缺乏的领域域是表面处处理和涂层层技术，很很多有效的的处理过程程已经得到到了广泛的的商业应用用。在最近近的10年年中，这一一技术与理理论脱节的的现象

16、得到到了改善，这这主要得益益于数字化化模型的应应用，包括括对处理过过的或涂层层的表面各各层的物理理性质进行行描述，对对处理后表表面之间的的接触进行行模拟等11。由于涂层技技术能够保保持长期稳稳定有效的的润滑，体体现出了相相对于润滑滑油的极大大优势，这这一领域的的理论研究究和技术发发展会变得得越来越重重要。其中中，一个值值得关注的的方向是为为各向异性性或多相材材料如合金金建立3-D模型，以以便对压力力在材料内内部的分布布情况进行行分析，从从而可以预预测材料裂裂缝的发生生几率和损损害累积。1.5 智智能系统计算机技术术的飞速发发展和传感感器新技术术的出现，使使二者结合合后衍生出出的智能系系统给了摩

17、摩擦学研究究令人振奋奋的推动力力。图5所所示就是一一个装有智智能防震系系统的轴承承，装在外外环和轴承承之间的压压电传感器器会检测齿齿轮啮合过过程中压力力的变化，信信号反馈给给反作用的的传感器对对外加负荷荷进行调整整，从而起起到轴承震震动的阻尼尼作用112。图 5 装有智能-防震系统统的轴承二、边界润润滑膜的形形成和润滑滑机理2.1 边边界润滑的的定义所谓边界润润滑，是指指油膜平均均厚度小于于摩擦副表表面粗糙度度状态下的的润滑，在在相对运动动过程中存存在表面之之间的直接接接触。具具体来说，边边界润滑有有如下特点点：1）摩擦表表面之间的的直接接触触承载了大大部分的负负荷；2）润滑剂剂与表面发发生了

18、化学学反应；3）摩擦化化学反应的的产物对于于摩擦过程程中润滑效效果起到了了举足轻重重的作用；4）基础油油的粘度对对于摩擦磨磨损的影响响很小；5）一般发发生在低速速高负荷的的工况，如如轴承、齿齿轮、凸轮轮、蜗杆和和活塞环等等部件的工工作环境。边界润滑状状态下摩擦擦表面之间间的凹凸处处发生碰撞撞，根据负负荷和材料料性质的不不同，表面面会发生局局部弹性形形变和塑性性形变，苛苛刻条件下下还会发生生断裂。随之发生生能量释放放如机械能能和热，造造成接触点点的瞬时温温度非常高高，而新生生表面具有有很高的表表面能和反反应活性，这这些因素都都会引发润润滑剂与表表面金属之之间的化学学反应，如如氧化反应应（表面金金

19、属的氧化化和润滑剂剂的氧化）、润润滑剂的分分解反应、表表面催化反反应、聚合合反应和有有机金属化化合物的生生成等。Nakaayamaa等133观察到到在摩擦过过程中有断断裂化学键键、外逸电电子和带电电粒子出现现，这些因因素都促进进了摩擦化化学反应的的发生。2.2 边边界润滑膜膜的组成、外外观和形貌貌研究表明，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

20、和形貌与其润滑性能之间没有直接的规律性关系15。图 6 含有1ZDDPP的液体石石蜡润滑下下的SiNN表面磨斑斑形貌边界润滑膜膜的作用机机理主要有有：牺牲性性的润滑膜膜、低剪切切的界面润润滑膜、摩摩擦改进膜膜、抗剪切切膜和承载载膜等，边边界润滑膜膜不同的作用用机理取决决于环境条条件和实际际工况。图图6和7给给出了两种种不同材料料的润滑膜膜形貌和外外观。图66是含有ZZDDP的的液体石蜡蜡在SiNN表面所形形成的非常常致密的润润滑薄膜，其其外观和结结构与铁-铁界面十十分类似；图7是SSiC表面面有效的润润滑膜。因因为SiCC比SiNN的脆度要要大，需要要形成更厚厚的润滑膜膜才能起到到降低摩擦擦的

21、作用。图 7 含有1二硫联苄苄基的液体体石蜡润滑滑下的SiiC表面磨磨斑形貌2.3 基基础油的化化学反应在摩擦过程程中，基础础油会发生生氧化、热热分解和聚聚合反应等等。众所周周知，碳氢氢化合物的的氧化机理理是自由基基反应，包包含链引发发、链增长长、链转移移和链终止止。一些金金属如铁、铬铬、铜和镍镍等会对其其分解反应应起到催化化作用，图图8给出了了不同金属属在相同条条件下的催催化作用。图 8 225下不同金金属对酯类类基础油的的氧化催化化作用氧化反应的的过程中，基基础油的分分子按照22种方式发发生反应：较小的分分子通过-碳原子子进行分解解；大分子子的化合物物通过缩和和反应生成成聚合物，典典型的缩

22、和和反应如下下式所示：主要的化学学反应包括括：氧化步步骤；有机机酸的生成成；羟醛缩缩和生成高高分子化合合物。当聚聚合物的分分子量达到到溶解性的的极限（约约100000）时，反反应产物变变的不可溶溶，并沉积积在摩擦表表面。这些些物质可溶溶于极性溶溶剂如THHF，并且且可以用凝凝胶色谱按按照分子量量大小进行行分离116。2.4 有有机金属化化合物摩擦化学反反应中一个个重要的方方面就是金金属的催化化作用117。Klauus首先用用中子活化化分析方法法确认了氧氧化后润滑滑剂中油溶溶性有机金金属化合物物的存在；Gatees等人用用凝胶色谱谱法和原子子吸收光谱谱法对有机机金属化合合物的分子子量分布进进行了

23、分析析18，图9给给出的是全全合成润滑滑剂（包含含抗磨剂、分分散剂和清清净剂等）随随着摩擦过过程的进行行，有机金金属化合物物的分布与与时间的关关系。图 9 有机金属属化合物的的分布与摩摩擦时间的的关系从图中可以以看出，有有机金属化化合物的含含量较少，但但是其生成成速度很快快。光学显显微镜观察察结果显示示，摩擦接接触开始11min后后，边界润润滑膜已完完全生成。随随着摩擦的的进行，有有机铁化合合物的最大大分子量稳稳定在30000左右右，说明摩摩擦过程中中有机铁化化合物被剪剪切掉。在在ASTMM发动机程程序氧化试验验中的凸轮轮轴和螺杆上，也也发现生成成了这类有有机金属化化合物。图 10 不同基础油

24、油组成所生生成的有机机金属化合合物基础油具有有不同的化化学组成，在在氧化条件件下也会发发生不同的的反应。用用高效液相相色谱（HHPLC）可可以将基础础油分成不不同的组分分如饱和组组分、芳香香族组分和和极性组分分等，然后后用微氧化化实验对不不同的组分分进行测试试，所生成成的有机金金属化合物物用GPCC-GFAAA进行分分析，结果果见图100。从上图中可可以看出，氧氧化过程中中，基础油油的极性组组分生成有有机金属化化合物的速速率最大，芳芳香化合物物其次，饱饱和组分所所含有的有有机金属化化合物最少少。2.5 ZZDDP的的抗磨机理理ZDDP等等抗磨剂在在摩擦接触触过程中发发生分解，在在表面生成成硬度

25、大、韧韧性强的无无定形润滑滑膜。Waaltkiins推测测了玻璃状状多磷酸盐盐的生成19；Marttin等用用EXAFFS观察了了无定形摩摩擦膜220；Warrren等考考察了ZDDDP润滑滑下摩擦膜膜的纳米化化学性质21，发发现高负荷荷下有高弹弹性的摩擦擦膜和减摩摩玻璃状润润滑膜的生生成，磨斑斑表面的膜膜弹性强度度高达2000 GPPa；稍低低负荷下生生成弹性塑性的混混合膜。有研究表明明，没有基基础油复配配的抗磨剂剂如ZDDDP等单独独使用并不不能表现出出抗磨作用用，这就意意味着有效效的抗磨膜膜必然伴随随着复杂的的反应产物物，它们互互相作用才才能达到最最佳的性能能：为了承担担负荷，就就必须形

26、成成硬度大的的固体膜；为了分散散压力，提提供牺牲性性的抗剪切切膜以免摩摩擦表面受受到损害，就就要生成柔柔软的聚合合物膜116；磨磨屑可能对对于柔软的的聚合物膜膜有着强化化作用。2.6 边边界润滑膜膜设计上文中，对对设计有效效的边界润润滑膜所需需的几个要要素进行了了论述，可可以确定：摩擦过程程中，添加加剂、基础础油和表面面金属之间间的摩擦化化学反应产产物中，不不但要包括括硬度大的的、持久的的负荷承载载物，还要要有软的、易易剪切的聚聚合物组分分；反应的的活化能、动动力学要素素必须和摩摩擦过程中中的温度范范围相适应应；各种反反应条件的的优化目的的是保证反反应产物的的生成速率率大于摩擦擦过程中的的物理

27、剪切切速率；最最后，磨屑屑强化的特特殊摩擦化化学反应产产物应起到到特殊的作作用。综合合以上的概概念，我们们可以设想想一个理想想化的边界界润滑膜模模型（见图图11）。图 11 一个理想化化的边界润润滑膜设计计模型对于理想化化的边界润润滑膜，表表面化学反反应的理解解和控制提提供了生成成承载润滑滑膜的基础础。润滑剂剂分子间适适当的粘着着作用和在在表面上的的吸附，可可以生成固固体膜；较较强的键合合作用，但但是较弱的的粘着力，可可以生成柔柔软的、可可变形的、可可分散压力力的膜组分分；可移动动的物质能能够提供易易剪切的层层组分，可可以减少压压力向表面面的渗透；根据摩擦擦条件苛刻刻程度的不不同，可移移动的活

28、性性物质能够够对粘合组组分进行补补充，这一一过程被称称作自修复复或自复原原作用，对对于延长苛苛刻条件下下的机械部部件的寿命命十分重要要。三、化学膜膜承载能力力的确定在边界润滑滑条件下，极极压剂、抗抗磨剂和摩摩擦系数改改进剂都可可以在摩擦擦表面形成成吸附膜或或化学反应应膜。在利利用球盘实实验机对润润滑油进行行评价时，可可以发现不不同类型的的EP/FFM添加剂剂润滑下的的钢球磨斑斑在特定压压力和滑动动速度下有有一个特定定值，当磨磨斑直径达达到这一特特定值后，在在随后的摩摩擦过程中中不再增大大；只有当当滑动速度度减小或压力力增大时，才会使磨磨斑增大222。根据据这一现象象，可以通通过减小滑滑动速度为

29、为0或者增增大压力至至最大负荷荷，来推断断润滑膜的的承载能力力，进而考考察摩擦副副的流体力力学特点，预预测混合润润滑下特定定滑动速度度和压力下下的磨斑。摩擦过程中中，摩擦副副的压力一一部分由润润滑剂承担担，另一部部分由摩擦擦副的直接接接触承担担；当EPP/FM添添加剂加入入到基础油油中后，润润滑膜的形形成对于减减少表面磨磨损至关重重要；滑动动点接触条条件下，在在一定的速速度和压力力下，磨斑斑将出现一一个特定值值，当达到这这个值后，磨磨斑在随后后的摩擦过过程中不再再增大，不同添加加剂在同一一基础油中中有不同值值。可以认为：当磨斑达达到特定值值后，作用用于磨斑上上的平均压压力等于化化学膜的承承载能

30、力；在点接触触情况下，摩摩擦表面的的直接接触触占有很大大比重。如如果表观压压力等于摩摩擦副中较较小的硬度度，那么直直接接触近近似于表观观接触面积积（图122）；图 12 液体石蜡+硫磷化合合物润滑下下的钢球磨磨斑表面如果润滑过过程中没有有化学膜形形成，那么么摩擦表面面将非常粗粗糙（图113）。可可以认为这这时候相当当于干摩擦擦，直接接接触面积并并不等于磨磨斑面积。图 13 液体石蜡蜡润滑下的的钢球磨斑斑表面当添加剂在在边界润滑滑条件下，在在摩擦表面面生成化学学膜后，膜膜的承载能能力就决定定了磨斑和和摩擦系数数的大小。在在混合润滑滑状态，滑滑动速度较较高的情况况下，化学学反应膜承承担了部分分的压

31、力，而而流体效应应承担了另另外的压力力。当滑动速度度增大时，流流体效应也也提高；相相反的，如如果滑动速速度减小为为0，则全部部的压力都都由化学膜膜承担，即即压力作用用于钢球的的直接接触触点。由添添加剂与金金属生成的的反应膜的的承载能力力应该是一一个常数。如如果这个理理论正确，我我们可以通通过对压力力滑动速速度变化曲曲线进行外外推得到每每个添加剂剂所生成化化学膜的承承载能力。同同时，当摩摩擦副处于于特定的压压力和滑动动速度的时时候，磨斑斑也应该保保持在特定定的数值（图图14，15）；图 14 液体石蜡润润滑下磨斑斑与滑动距距离的关系系图 15 加入5%羧羧酸钙的液液体石蜡润润滑下磨斑斑与滑动距距

32、离的关系系由于流体效效应承担的的负荷随着着滑动速度度增大而增增大，那么么钢球磨斑斑的特定值值在速度较较大时应小小于速度较较低时（图图16）。根据以以上的推论论，可以得得到表观压压力与滑动动速度之间间的关系曲曲线（图117），表表观压力定定义为磨斑斑上相应区区域所承载载的压力。如如果滑动速速度不为00，则流体体效应包括括于表观压压力之中。从从理论上讲讲，流体效效应随着滑滑动速度的的降低而减减小，当速速度为0时减小为为0。这时所所有的压力力都由覆盖盖着化学膜膜的直接接接触面承担担，即压力力由几乎整整个钢球磨磨斑承担。图 16 压力一定时时磨斑与滑滑动速度的的关系外推图177中的直线线与纵坐标标（滑

33、动速速度为0），就可可以得到不不包括流体体效应的表表观压力。这这可以被认认为是磨斑斑表面的直直接压力，也也就是化学学膜的承载载负荷。通过上述方方法，可以以推导出下下列的线性性方程：Pv = 292 + 3115v（1）其中，Pvv 是包括括流体效应应的表观压压力，v是是滑动速度度。此方程程仅适用于于加入5%羧酸钙石石蜡润滑下下的滑动点点摩擦。图 17 不同压力下下表观压力力与滑动速速度之间的的关系用光学显微微镜观察点点摩擦下的的润滑剂流流动状态，可可以看到没没有明显的的润滑剂从从磨斑的出出口流出，而而在磨斑周周围有可见见的润滑剂剂流动（图图18）。可可以认为，润润滑剂以极极薄的膜的的形式吸附附

34、在磨斑表表面，稍多多的润滑剂剂填充在磨磨斑表面的的擦痕中，这这些润滑剂剂足以与表表面金属反反应生成化化学膜，摩摩擦过程中中的流体效效应主要由由直接接触触区域边界界润滑剂产产生。而在在磨斑的中中心部分，相相当于2个光滑面面的干摩擦擦，因此高高速下强烈烈的流体效效应使得磨磨斑相当的的小，相反反的，较低低速度下弱弱的流体效效应使磨斑斑增大。这这种情况一一直维持到到特定磨斑斑大小的出出现，当达达到这一特特定值后，磨磨斑所承担担的负荷产产生的接触触压力就等等于化学膜膜的承载能能力。这时时候的润滑滑处于混合合的、完全全弹性流体体动力润滑滑的状态。图 18 钢球磨斑周周围润滑剂剂的流动状状态：(aa) 58

35、8.86NN，1.557m/ss; (bb)39.24N, 1.226m/ss因此，对于于已知的滑滑动速度和和应用负荷荷，磨斑范范围A可以由方方程式1所给出的的表观压力力Pv算出：W = APv （22）化学膜所承承担的标准准负荷Wcc可以表示示为：Wc = APo(3)流体效应所所承担的负负荷Wh可以表示示为：Wh = WW Wc(4)Wh/W = 1 Wc/W = 1 Po/Pv(5)图19是不不同滑动速速度下流体体效应和直直接接触所所承担负荷荷的变化曲曲线。应该该予以说明明的是，只只有当所有有磨斑在边边界润滑和和混合润滑滑条件下保保持一致顺顺序的时候候，上述的的预测才能能正确；图 19

36、不同滑动速速度下流体体效应和直直接接触所所承担的负负荷本文主要研研究的是包包括边界润润滑和弹性性流体润滑滑的混合润润滑状态，其其中化学膜膜最小厚度度与摩擦表表面粗糙度度的比率远远小于1，所所以流入直直接接触区区域的润滑滑剂量取决决于表面的的可润湿性性和擦痕的的深度。润润滑油对表表面的可润润湿性决定定了润滑剂剂的薄层厚厚度。润滑滑油和添加加剂的量都都足以与表表面金属生生成化学膜膜，但不足足以在摩擦擦过程中在在直接接触触表面形成成连续的流流体膜，所所以在摩擦擦过程中，流流体效应可可以看作主主要存在于于磨斑边界界，中心的的则可予以以忽视。在上述假设设下，可以以预测特定定负荷和滑滑动速度下下的磨斑直直

37、径。如果果在应用负负荷和滑动动速度的范范围内磨斑斑变化较大大，会对流流体效应产产生明显的的影响，磨磨斑的特定定值不易得得到，上述述的模型不不再适用于于预测流体体效应。一一般来说，磨磨斑直径特特定值在00.200.6mmm之间；当磨斑达到到特定值时时，磨斑上上的平均压压力等于化化学膜的承承载能力，摩摩擦副处于于混合的弹弹性流体润润滑状态。当当负荷增大大或滑动速速度减小时时，化学膜膜所承担的的压力将超超过其承载载能力，磨磨斑也相应应的增大；当滑动速速度增大或或负荷降低低，摩擦副副将进入完完全的弹性性流体润滑滑状态。为了计算化化学膜的承承载能力，认认为钢球时时在平滑的的表面上滑滑动，进而而假设接触触

38、压力均匀匀的分布在在磨斑表面面。钢球的的顶点接触触压力最大大，最先发发生磨损，磨磨斑表面的的压力由中中心沿椭圆圆逐渐减小小。接触压压力越大，擦擦痕的深度度越大，从从而接触压压力均匀的的分布在磨磨斑表面。基础油粘度度是影响流流体效应的的重要因素素。当处于于高压力下下的边界润润滑时，含含有FM/EP添加加剂的基础础油粘度不不再象完全全弹性流体体润滑下那那样具有明明显的影响响；FM/EP添加加剂的类型型决定了磨磨斑直径和和化学膜承承载能力的的大小，承承载能力大大则磨斑小小；具有一一定承载能能力的化学学膜是磨斑斑特定值的的决定因素素，当直接接接触压力力大于其承承载能力时时，摩擦表表面发生磨磨损，磨斑斑

39、增大直至至到直接接接触压力等等于化学膜膜的承载能能力，这个个磨损区域域在随后的的摩擦过程程中不再增增大，即磨磨斑极限值值。四、总结和和展望通过对以上上文献的分分析，可以以发现摩擦擦学在最近近几年的发发展处于一一个相对平平稳的阶段段，大多数数的研究都都集中在对对过去工作作的深入和和细化上，并并没有出现现突破性的的发现。总总结起来，主主要的研究究趋势有以以下几个方方面：1、 引入了计算算机技术对对摩擦学基基础理论进进行细化，模模型化研究究得到了一一定程度的的深入；2、 对添加剂的的研究工作作，还是集集中在ZDDDP、TTCP等模模型化合物物的基础上上，主要是是采用多种种现代分析析方法对其其摩擦学机

40、机理进行深深入、量化化的考察；3、 表面优化设设计越来越越受到了重重视，添加加剂的开发发主要侧重重于应用，对对新型分子子结构的极极压抗磨添添加剂的报报道以专利利为主；4、 由于受到分分析手段和和在线检测测方法的限限制，典型型添加剂如如ZDDPP、含氮化化合物、硼硼酸酯等在在摩擦过程程中的化学学反应机理理尚未得到到详尽、确确定的结论论，仍然需要进进行大量的的工作；5、 环保和节能能的要求，对对于添加剂剂的性能也也提出了新新的要求，开开发环保型型的减摩添添加剂对于于高档油品品的开发工工作具有十十分重要的的现实意义义；6、 基础油和添添加剂之间间的协同作作用，尚未未得到应有有的重视，为为了促进油油品

41、开发工工作的顺利利进行，应应该尽快开开展这一领领域的研究究工作。参考文献：1. Hugh Spikkes. Tribbologgy reesearrch iin thhe twwentyy-firrst ccentuury. Tribbologgy Innternnatioonal 20011 (34): 7897992. Elcoaate CCD, EEvanss HP, Hugghes TG, Sniddle RRW. TThin filmm, tiime ddepenndentt, miicro-EHL soluutionns wiith rreal surfface rougghnes

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