润滑基础知识

2017.08中国科学院兰州化学物理研究所青岛研发中心青岛中科润美润滑材料技术有限公司润滑基础知识2前言/PREFACE润滑的历史埃及用冰搬运雕像，2400BC润滑油用于中国指南车，255BC3前言/PREFACE润滑的历史4前言/PREFACE为何我们要用润滑产品？重要性—血液滚子内圈外圈保持架润滑脂润滑脂被认为是轴承第五大组件5前言/PREFACE对于机械设备而言，摩擦通常将造成能量利用效率的降低，而磨损是机械设备损坏或报废的主要原因。因此通过各种技术手段降低摩擦、抑制或减小磨损是设备运行及维护的首要问题。润滑是降低摩擦、减小或避免磨损的最有效技术，其对设备的安全高效运行，提高生产效率具有至关重要的影响。润滑通常是通过使用恰当的润滑剂来实现的。6前言/PREFACE间隙尺寸颗粒能够造成更多的磨损！工业是骑在10微米厚的油膜上7前言/PREFACE润滑是设备管理和维修人员所能把握的最大机会!--你不能改变设备的设计、操作规程、材质等，但你能控制或改变你的润滑剂！润滑理念10微米油膜8目录/Contents01020304润滑与摩擦的基本知识基础油简介及分类标准润滑剂添加剂概述润滑产品作用及性能指标901润滑与摩擦的基本知识10润滑与摩擦的基本知识摩擦磨损润滑几个重要概念相互接触的物体在相对运动时或具有相对运动趋势时，接触面间所产生阻碍其相对运动的阻力称之为摩擦力，发生此现象称之为摩擦。相互接触的物体在相对运动时，表层材料不断发生损耗的过程或者产生残余变形的现象。人们用来减少摩擦与磨损的重要措施和手段，一般来说，它是利用润滑剂在摩擦表面形成一层具有低摩擦阻力的润滑薄膜，来减少摩擦件的摩擦和磨损。11润滑与摩擦的基本知识定义：两个接触物体表面在外力作用下相互接触并作相对运动或有运动趋势时，在接触面之间产生的切向运动阻力称为摩擦力，这种现象就是摩擦。1.1摩擦12润滑与摩擦的基本知识摩擦的分类摩擦按摩擦副运动状态可分为：1.1摩擦01静摩擦两物体表面产生接触，有相对运动趋势但尚未产生相对运动时的摩擦。02动摩擦两相对运动表面之间的摩擦。0213润滑与摩擦的基本知识1.1摩擦按相对运动的位移特征分类：01滑动摩擦两接触物体接触点具有不同速度和(或)方向时的摩擦。02滚动摩擦两接触物体接触点的速度之大小和方向相同时的摩擦。03自旋摩擦两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转时的摩擦。14润滑与摩擦的基本知识1.1摩擦按表面润滑状态分类：干摩擦两表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。边界摩擦混合摩擦边界膜隔开相对运动表面时的摩擦。以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，由流体的粘性阻力或流变阻力引起的摩擦。半干摩擦和半流体摩擦的统称。流体摩擦15润滑与摩擦的基本知识1.1摩擦摩擦状态润滑膜厚度摩擦系数干摩擦（无润滑）0.1～1边界摩擦0.1μm0.01～0.1流体摩擦0.1μm0.001～0.01弹性流体动力润滑0.01～1.0μm0.001～0.01混合摩擦0.01～0.5各种摩擦状态下的摩擦系数范围两个物体在相互接触并做相对滑动时，干摩擦的摩擦系数最大（0.1～1），危害也最严重，流体摩擦的摩擦因数（0.001～0.01）最小，边界摩擦也具有较低的摩擦因数（0.01～0.1）。其中流体摩擦的油膜厚度在2μm以上，边界膜的厚度一般在0.1～1μm以下，磨损量为干摩擦的1%。因此，应力求避免干摩擦，尽量保持流体摩擦，即使在苛刻的工作条件下也要保持边界摩擦。16润滑与摩擦的基本知识定义：摩擦副相对运动时，表面物质不断损失或产生残余变形的现象。表面物质运动主要包括机械运动、化学作用和热作用。1.2磨损机械作用使摩擦表面发生物质损失及摩擦表面的物理变形。机械运动化学作用使摩擦表面发生性状的改变。化学作用热作用使摩擦的表面发生形状的改变。热作用分类17润滑与摩擦的基本知识1.2磨损磨损是机械运转中普遍存在的一种现象，不仅是材料消耗的主要原因，也是影响设备使用寿命的重要因素。01“跑合”阶段在设备使用初期，有载荷的作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度开始加快，然后减慢。02“稳定”磨合阶段经跑合后，摩擦表面硬化，微观几何形状改变，从而建立了弹性接触的条件，此时磨损趋于稳定，磨损量与时间成正比缓慢地增加。03“急剧”磨损阶段经过较长时间的稳定磨损后，摩擦表面之间的间隙和表面形状的改变，以及产生金属晶格疲劳等情况，磨损极具增加，机械效率下降，精度降低，出现异常噪音及振动，最后导致零件完全失效。典型的磨损分为三个阶段：18润滑与摩擦的基本知识1.2磨损接触表面相对运动时，由于分子间的吸引力作用而产生粘附连接(固相局部焊接)，致使材料从一个表面转移到另一个表面而造成的一种磨损。粘着磨损摩擦接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳损伤而引起表面脱落的现象。有两种基本类型，即宏观和微观疲劳磨损。疲劳磨损摩擦过程中，硬的颗粒或硬的凸出物冲刷摩擦表面引起材料脱落的现象。磨粒是摩擦表面互相摩擦产生或由介质带入摩擦表面。磨粒磨损金属表面在摩擦过程中与周围介质在化学或电化学作用下产生的磨损，分为氧化磨损与特殊介质腐蚀磨损两类。腐蚀磨损常见的磨损类型常见的磨损类型：19润滑与摩擦的基本知识1.2磨损磨损的危害影响机器的质量，减低设备的使用寿命。如齿轮齿面的磨损，破坏了渐开线齿形，传动中导致冲击振动。如机床主轴轴承磨损，影响零件的加工精度。降低机器的效率，消耗能量。如柴油机缸套的磨损，导致功率不能充分发挥。80%15%5%零件损坏磨损失效腐蚀失效断裂失效减少机器的可靠性，造成不安全的因素。如断齿、钢轨磨损。消耗材料,造成机械材料的大面积报废。20润滑与摩擦的基本知识1.2磨损防磨措施润滑润滑是防磨的有效手段。改善润滑技术，包括正确运用润滑原理，合理设计润滑方式和润滑系统，研制开发新型有效的润滑材料等等。选用耐磨材料进行表面改性21润滑与摩擦的基本知识1.3润滑定义：润滑是摩擦学研究的重要内容。改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力减缓磨损的技术措施。一般通过润滑剂来达到润滑的目的。随着现代工业的发展，润滑问题显得更为重要，现代设备向着高精度、高效率、超大型、超小型、高速、重载、节能、可靠性等方面发展，导致机械中摩擦部分的工况更加严酷，合理润滑变的极为重要。实践证明:“盲目的使用润滑材料，光凭经验做润滑是不行的，必须掌握摩擦、磨损、润滑的本质和规律，实行严格科学的管理。”因润滑不当。左图：齿轮箱结焦；右图：齿轮断齿，“因此，润滑剂的选择尤为重要。”22润滑与摩擦的基本知识1.3润滑润滑的目的：减少设备老化，延长设备寿命。减少设备故障从而提高设备利用率和节省成本。润滑的投入产出比很高一般在百倍以上但必须注意的是：某种手段对某工况下适用、有效，并不等于它对任何工况都适用。01减少摩擦、节省动力消耗02减低磨损、延长机械使用寿命03减低机械故障、提高生产效率04减低成本、增进生产利润23润滑与摩擦的基本知识1.3润滑边界润滑流体润滑固体润滑按摩擦面间的润滑形态润滑是降低摩擦、减少或避免磨损的最主要技术途径流体动力润滑流体静力润滑弹性流体动力润滑24润滑与摩擦的基本知识1.3润滑流体润滑类型-摩擦副间被一层润滑油隔开，不直接接触；-无摩损，摩擦力取决于润滑油液的内摩擦，与粘度相关；-形成条件：高速，低负荷，适宜粘度。边界润滑-摩擦副间发生接触，极压抗磨剂在接触点上发生化学反应生成润滑性物质；-形成条件：有极压抗磨剂时的设备启停瞬间，振动，粘度低。干摩擦-摩擦副间发生接触；-摩擦副发生剧烈摩损，很短时间即损坏；-形成条件：无极压抗磨剂时的设备启停瞬间，振动，粘度低。润滑剂的减摩抗磨原理25润滑与摩擦的基本知识1.3润滑按润滑剂的物质形式气体润滑剂液体润滑剂半固体润滑剂固体润滑剂如在摩擦面间放入一种物质，而能减低摩擦者,此种物质,称之为润滑剂润滑油润滑脂石墨、二硫化钼润滑剂的分类：26润滑剂的组成：润滑剂=基础液+添加剂（基础油、水）（稠化剂、其他添加剂）2702基础油简介及分类28基础油简介及分类标准基础油基础油是润滑油的主要原材料，润滑油是用基础油和添加剂调和而成。润滑油基础油主要分矿物基础油、合成基础油以及植物油基础油三类。29基础油简介及分类标准矿物型基础油植物油天然获取人工合成合成型基础油30基础油简介及分类标准类别饱和度/%粘度指数（Ⅵ）硫含量/%Ⅰ类˂9080~˂120˃0.3Ⅱ类˃9080~˂120˂0.3Ⅲ类˃90˃120˂0.3Ⅳ类聚α-烯烃（PAO）Ⅴ类所有非Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ类基础油试验方法ASTMD2007ASTMD2270ASTMD2622/D4294/D4927/D3120表2-1美国石油协会基础油分类标准（API-1509）这一标准主要按基础油的品质、成分分类，可参见表2-1。31基础油简介及分类标准润滑油基础油分类（2005）“协议标准”按饱和烃含量、硫含量和粘度指数，将基础油分为6大类，分别是0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，其中Ⅰ类、Ⅱ类又进行了细分，合计9个小类；在6大类中，0、Ⅰ类为溶剂精制基础油，Ⅱ、Ⅲ类为加氢基础油，Ⅳ类为PAO合成基础油，Ⅴ类为除PAO之外的其它合成基础油。32基础油简介及分类标准基础油产品代号意义33基础油简介及分类标准什么是矿物油？•从石油直接提炼而得•组成复杂使用量最大：～90%•最便宜•生物可降解率低于70%链烷烃环烷烃芳香烃矿物油2.1矿物油的定义34基础油简介及分类标准溶剂精制、溶剂脱蜡、补充精制矿物基础油生产技术发展史35基础油简介及分类标准矿物油分类国际：APIⅠ、Ⅱ、Ⅲ中国–石蜡基•SN(中低粘度，溶剂精制中性油)，如150SN•BS(残渣高粘度，光亮基础油)，如150BS–中间基•ZN(中低粘度，中等粘度指数)，如150ZN•ZNZ(残渣高粘度，中等粘度指数重质)，如125ZNZ–环烷基•DN(中低粘度，低粘度指数)，150DN•DNZ(残渣高粘度，低粘度指数重质)，如90DNZ36基础油简介及分类标准类别赛氏通用秒粘度命名粘度指数石蜡基75SN、100SN、150SN、200SN、350SN、500SN、650SN、150BS≥95中间基60ZN、75ZN、100ZN、150ZN、200ZN、300ZN、500ZN、600ZN、750ZN、900ZN、90ZNZ、125/140ZNZ、200/220ZNZ≥60环烷基60DN、75DN、100DN、150DN、200DN、300DN、500DN、750DN、900DN、1200DN、90DNZ—表1-1按照赛氏粘度（秒）分类标准（1985）注：SN油的粘度以40℃的运动粘度划分，BS则以100℃的运动粘度划分；BS是指残渣油制得的高粘度油，称为光亮油。ZNZ-重质基础油。37基础油简介及分类标准表1-2按照粘度指数大小分类标准润滑油基础油超高粘度指数很高粘度指数高粘度指数中粘度指数低粘度指数粘度指数VI≥140VI≥120VI≥95VI≥60—通用基础油UHVIVHVIHVIMVILVI低凝基础油UHVIWVUVIWHVIWMVIW—深度精制基础油UHVISVHVISHVISMVIS—38基础油简介及分类标准低温性能差(加氢后有改善)使用温度上限与粘度有关＞160℃，迅速氧化、老化，严重积炭。粘温特性差，即使加氢，也赶不上大多数合成油润滑性优良、价格低廉可用添加剂改善，如防腐蚀、粘温、极压……多数密封材料、油漆等相容性好可以得到不同粘度级别12344321矿物油性能特点39基础油简介及分类标准2.2合成基础油概念完全是采用有机合成方法制备的，具有一定化学结构和特殊性能的润滑油。合成润滑油——合成润滑油是指由通过化学方法合成的基础油，合成基础油有很多种类，常见的有：合成烃、合成酯、聚醚、硅油、含氟油、磷酸酯。40基础油简介及分类标准聚α烯烃（PAO）、烷基化芳烃、合成环烷烃等。合成烃甲基硅油、甲基苯基硅油、硅酸脂等。聚硅氧烷氟碳、氟氯碳、全氟聚醚、氟硅油等。含氟油双酯、多元醇酯、复酯等。合成酯聚乙二醇醚、聚苯醚等。聚