摩擦磨损自修复型润滑油添加剂的发展现状

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Development Status of Frication and W ear LubricantAdditive with Self-.remediation FunctionMA Yu-hong ，YANG Hong-wei ，YANG Shi-liang ，YAO Ting ，LI Zhao-liang(1 Air Force Logistics Colege，Jiangsu Xuzhou 221006；2 Research Institute of the Air Force，P.O.L.，Beijing 1 00076，China)Abstract：Three kinds of self-remediation lubricant additive of surface，ITCS and friction were summarized.Themain approach of metal anti-wear and self-remediation were concluded.The evaluation method on the self-remedia-tion performance of lubricant additive was summed up。

Key words：frication and wear；self-remediation；lubricant additive；evaluation method控制摩擦，减少磨损 ，改善润滑油的性能已成为节约能源和原材料、延长设备使用寿命 、缩短维修时间的重要措施。润滑剂在减少摩擦 ，降低磨损方面具有十分重要的地位，而添加剂已是提高油品使用性能的重要手段 J。但从机理上说 ，传统的润滑油主要依靠其中的添加剂与金属表面发生摩擦化学反应形成边界润滑，因而有-定的减摩耐磨作用，也可延长设备使用寿命，但不具备对磨损表面修复再生功能。虽然它能延缓摩擦所造成的磨损，但磨损仍不可避免。

随着科学技术的发展，现代机械不断向着高功率、高热负荷、高压、高精度 、长使用寿命方向发展，摩擦磨损带来的问题更加突出，为减少或抑制摩擦磨损 ，实现真正意义的 零磨损”。这就必然要求摩擦材料在正常或非正常工作时，具有 自动补偿或 自动修复能力，然而这些新的要求是传统润滑油无法做到的。因此发展具有 良好抗磨损性能、高承载能力、对磨损表面具有-定磨损修复功能的新型多功能的润滑油添加剂具有十分重要的意义。

1 摩擦磨损自修复的类型1.1 表面成膜自修复表面成膜 自修复是利用机械产生的摩擦作用、摩擦化学作用和摩擦电化学作用，摩擦副表面与润滑材料产生能量和物质交换 ，从而在摩擦表面上形成正机械梯度的金属保护膜 、金属氧化物保护膜 、有机聚合物膜、物理或化学吸附膜等，以补偿摩擦副的磨损与腐蚀，形成磨损 自修复效应。表面成膜 自修复实际上是-种条件 自修复，摩擦副相对运动的存在和润滑材料(含添加剂的参与)是产生 自修复的必要条件。自修复膜的产生既有抗磨 、减摩作用，又有补偿磨损的作用。摩擦成膜自修复大致分为四类：铺展成膜自修复，共晶成膜作用 自修复，沉积成膜 自修复和选择性转移。刘维民 等研究了 Cu-ZDDP表面修饰纳米颗粒添加剂，研究发现 Cu-ZDDP添加剂在摩擦过程中沉积到摩擦表面，而且负荷越高沉积量越大-秉新 等研究了油溶性有机铜添加剂对摩擦磨损的自修复作用，研究表明，当负荷和温度达到-定程度时，磨损掉的铜、铁磨粒和铜铁合金会进-步相互熔合重组共晶并焊接在磨斑表面，形成凹修复”，同时最表面共晶微粒和软质铜形成 面修复”。郭志光。 等研究了纳米铜粉的选择性转移。

1.2 原位摩擦化学自修复 (ITCS)ITCS的自修复原理是特种添加剂与金属摩擦副产生机械物理作用和物理化学作用，从而在摩擦副微米级或纳米级厚度层内渗入或诱发产生新元素新物质，使金属的微组织结构得到改善 ，从而改善金属的强度、硬度和塑性等，实现摩擦副的即时强化，提高摩擦副的抗磨性能和承载能力 J。由于生成的是-种非活性材料，所以避免了传统润滑添加剂在提高油品极压性能的同时，对油品的抗氧化性能等造成负面影响。其特点是对基础油的无选择性，极压性能和抗磨性能俱佳。李大勇等在金属表面涂敷了-层超细硅酸盐陶瓷粉末材料和催化剂，经过金属表面问的高速摩擦制备了陶瓷涂层，经过试验 ，研究了陶瓷涂层的成分分布和组织结构 ，分析了陶瓷涂层的 ITCS自修复剂机理作者简介：马玉红 (1975-)，女，硕士研究生，空军勤务学院讲师，主要从事油品分析的教学与研究工作。

第 4l卷第 7期 马玉红等：摩擦磨损自修复型润滑油添加剂的发展现状 331.3 摩擦自适应修复以上提及的自修复实际上是-种条件自修复，是在摩擦的条件下通过润滑介质及环境的物理化学作用，在摩擦副表面形成吸附补偿层 、物理沉淀补偿层 、化学转化膜补偿层或摩擦副表面改性来实现的-种 自修复。摩擦是实现 自修复的必要条件，添加剂是实现 自修复的基矗除此以外 ，摩擦磨损 中由于热、力、电、化学及材料的非线形不可逆性交互作用，出现了- 些 自发形成的，在摩擦过程中会随着工作条件而调整的，摩擦系数和磨损率极低的表面自修复结构，呈现出-定条件 、-定程度的自组织、自适应、自修复作用。-般我们可以将摩擦自适应修复分为五类：摩擦副摩擦熔融 自适应，摩擦副表面釉化自适应性，跑合自适应，微流变塑性整平技术和场效应渗镀整平技术。

2 解决金属抗磨、减摩及自修复的主要技术途径国内和世界上各种金属抗磨、减摩技术及其产 品种类 繁多，但修复技术并不多见。目前世界上解决金属抗磨、减摩的技术途径主要有三类 J。

2.1 薄膜技术薄膜技术是利用物理、化学手段将固体表面涂覆-层特殊性能的薄膜，以达到抗磨、减摩的作用。主要分为物理吸附膜 、化学吸附膜、化学反应膜。是目前金属抗磨、减摩技术研究的新途径，但对已经磨损的金属创面没有明显的修复能力。

薄膜技 术途 径是 采用 阴极 电弧 镀 (APD)、磁 控溅 射(MSIP)、等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)、热丝化学气相沉积 (HFCVD)、直流等离子体化学气相沉积 (PCVD)、化学镀等方法。主要有镀铬、镀钼等技术。能在摩擦副表面形成- 种柔韧的金属化合物，牢固的吸附在金属摩擦表面，形成-层有 自润性能的保护膜。

薄膜技术可制备 TiN、TiC、TiCN、TiAIN、DLC (类金刚石)、金刚石、透明 A1，O 、Ni-P、Cu、Ag等多种金属及化合物涂层及其多层复合涂层，可广泛应用于工具、模具、耐磨 、耐腐蚀及装饰等领域。薄膜技术发展的技术途径大体经历化学吸附膜取代了物理吸附膜和化学反应膜取代了物理吸附膜两个阶段。

2.2 润滑介质技术主要通过各种油介质达到减摩、抗磨、清洗、降温等综合作用 ，是 目前金属减摩的主要技术途径，但由于其对金属表面没有硬化作用故抗磨效果并不明显，对已经磨损的金属创面更没有任何修复能力。主要技术途径有以下二种：(1)基础润滑油 (或称传统润滑油)，通过提高基础油粘度达到形成物理吸附膜，实现降低摩擦系数及提高抗载荷能力。

(2)高效添加剂润滑油，为进-步提高抗载荷能力 ，往往在基础润滑油中添加极性物质添加剂，在润滑过程 中，极性物质与金属表面发生反应，可生成化学吸附膜。化学吸附膜是添加剂与金属表面以化学键形式连接生成的金属皂，在较高的温度才能使其遭到破坏 ，化学吸附膜 比靠粘度产生的物理吸附膜牢固，其强度比物理吸附膜高达 5～10倍。

2.3 表面工程技术即利用现代技术改变材料表面、亚表面层的成分、结构和性能的处理技术。是 目前金属抗磨、减摩研究阶段的最新技术途径，也是最有发展前途的金属抗磨减摩技术。

这些技术主要包括：表面形变强化 、表面相变强化 、离子注入、表面扩散渗入、化学转化、电化学转化等。而目前最具特点的是利用摩擦能的力化学反应，采用微米 、纳米级的特殊材料使金属表面改性的 ART技术。它不仅实现了对金属材料表面改性 ，既大幅度提高金属表面的硬度，实现抗磨能力 ，又能大幅度提高金属表面的光洁度，明显降低摩擦系数，达到显著的减摩效果 ，还能够对已经磨损的创面进行原位自修复。代表了金属表面工程技术研究发展的-个新方向。

3 润滑添加剂 自修复性能评定方法目前 ，对于抗磨修复性润滑添加剂的研究，已经取得了很大成果，如美国杜邦公司生产的PR-1型强力修复剂，国内的马世宁、李新等人研制的纳米减摩自修复添加剂等，均取得了很好得修复效果。许多研究人员还在进行修复润滑添加剂的研究 ，但是现在还没有专门用于润滑添加剂修复性能的评定设备和仪器 ，也没有定型的试验方法和标准。为此，现将 目前常用的几种模拟试验方法 ，作以简要概述。

(1)首先用四球试验机作-定负荷下的长磨试验，然后通过扫描电子显微镜 (SEM)和 x-光电子能谱仪 (XPS)等表面分析仪器 ，对磨痕表面进行分析，研究其抗磨修复性能。

(2)用天平 (精度 0.0001)称量放置于球盒中三个钢球的质量，将钢球在-定载荷条件下，用 四球试验机在基础油(脂)长磨-定时间，然后用天平称量长磨后的3个钢球的质量，求出钢球长磨前后的质量差值 ，同样操作 3次，求出钢球长磨前后 3次钢球质量差值的平均值 ，即为钢球的磨损量。再用几组钢球在相同的条件下长磨相同时间，然后分别作基础油(脂)和加人不同量添加剂后长磨试验或作相同量不同时间的长磨试验。比较钢球的质量变化，评价其修复性能。

(3)对四球试验机的试样夹具进行改装，使摩擦副的接触形式为环/环面接触，调整合适的主轴转速 ，用减重法测得试验摩擦副动件和静件的磨损量，通过行程和磨损量的关系来评价其 自修复性能。

(4)用发动机台架设备进行对比试验，在相同的试验条件下进行对比试验，在试验期间内，每隔-定得时间要测量各摩擦副得基本性能参数，对发动机各摩擦副的磨损情况进行研究，考察磨损量同时间的变化规律，评定其摩擦修复性能。

4 结 语研究开发性能优越的抗磨自修复润滑添加剂，并将其用于润滑油中，不但能够降低设备运动部件的摩擦磨损 ，而且能对设备运动部件表面微损伤进行原位动态 自修复，延长机械设备的使用寿命、节省维修费用等。对于各种处于恶劣环境和长时间、超负荷运转的机械设备，磨损表面更是能实现不拆卸原位动态自修复 ，在 紧急情况下甚至在无油情况下运行-定的时问，使设施设备 永葆青春”。