添加劑對(duì)軸承減摩抗磨性能影響試驗(yàn)研究

摘要：軸承系統(tǒng)是某旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵部件，其壽命直接關(guān)系機(jī)器的壽命，摩擦磨損是影響軸承系統(tǒng)壽命的主要因素，為此需提高軸承系統(tǒng)的抗磨損性能。改善潤(rùn)滑油性能是提高軸承減摩抗磨性能較為行之有效的方法，加入少量添加劑能夠改善潤(rùn)滑油使用性能，從而提高軸承的減摩抗磨性能。在試樣試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)最佳復(fù)配添加劑、目前所使用潤(rùn)滑油及基礎(chǔ)油三種油品分別在相同徑向承載下進(jìn)行了比較試驗(yàn)，確定出最佳的潤(rùn)滑油添加劑。并對(duì)試驗(yàn)后的軸承進(jìn)行了電鏡觀察和能譜分析，對(duì)添加劑的作用機(jī)理和影響因素進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：軸承系統(tǒng)，添加劑，減摩抗磨性能

中圖分類號(hào)： TH171 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（a）-0000-00

1引言

軸承系統(tǒng)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵部件之一，其壽命與機(jī)器壽命息息相關(guān)。磨損是影響軸承系統(tǒng)壽命的重要因素之一，因此應(yīng)提高軸承系統(tǒng)的減摩抗磨性能，從而延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。軸承系統(tǒng)采用邊界潤(rùn)滑，對(duì)于這種潤(rùn)滑方式而言，其磨損主要取決于潤(rùn)滑油性能及摩擦表面性質(zhì)和相互運(yùn)動(dòng)方式[1]。在摩擦副表面性質(zhì)和相互運(yùn)動(dòng)方式確定的情況下，提高摩擦副抗磨損性能最行之有效的方法就是改善潤(rùn)滑油性能，而加入少量添加劑是改善潤(rùn)滑油性能的有效手段。但是，添加劑之間有時(shí)會(huì)產(chǎn)生互相制約作用，因此必須注意它們之間的影響和綜合應(yīng)用效果。若能選擇恰當(dāng)?shù)奶砑觿┡浞剑軌蛴行岣吣Σ粮钡目鼓p性能，然而要獲得添加劑的綜合效果往往是不容易的[1]。

2臺(tái)架試驗(yàn)

前期曾針對(duì)潤(rùn)滑油添加劑的使用性能專門開展了的試樣試驗(yàn)[2]，通過比較磨斑直徑和磨痕寬度已基本確定出添加劑的種類和配方。但是試驗(yàn)結(jié)果還需通過臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行考核驗(yàn)證。臺(tái)架試驗(yàn)在模擬實(shí)際使用條件下進(jìn)行的，更接近實(shí)際工況。通過對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行強(qiáng)化和控制，能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)，校驗(yàn)添加劑對(duì)軸承減摩抗磨性能設(shè)計(jì)的合理性。

由于軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特殊性，其磨損進(jìn)程較為緩慢，為了能在較短的時(shí)間內(nèi)給出添加劑對(duì)軸承減摩抗磨性能的評(píng)判結(jié)果，需要采用較實(shí)際使用條件更為惡劣的環(huán)境，同時(shí)還應(yīng)保證不改變軸承系統(tǒng)的摩擦磨損機(jī)理，通過分析比較，確定采用增大軸承徑向承載的方法。

2.1 磨損機(jī)理分析

對(duì)增大軸承徑向承載后軸承的磨損機(jī)理進(jìn)行了分析。軸承的磨損機(jī)理主要受：運(yùn)動(dòng)形式、潤(rùn)滑狀態(tài)、磨損形式的鑒別方式和添加劑的作用機(jī)理四種因素影響。其中，兩者的潤(rùn)滑方式相同，均為邊界潤(rùn)滑；添加劑的作用機(jī)理均是在摩擦副表面形成化學(xué)反應(yīng)膜；在潤(rùn)滑狀態(tài)和添加劑作用機(jī)理方面兩者相同。而在運(yùn)動(dòng)方式方面，運(yùn)動(dòng)方式主要與：運(yùn)轉(zhuǎn)方式、載荷方式和環(huán)境因素有關(guān)，增大徑向載荷僅是在載荷方式上略有不同；磨損形式的鑒別方式方面正常狀態(tài)下磨損形式僅為磨粒磨損。若增大競(jìng)相承載后磨損形式發(fā)生變化，則認(rèn)為磨損機(jī)理發(fā)生改變。

對(duì)增大徑相承載后的軸承磨損形式進(jìn)行了觀察，其磨損形式為典型的磨粒磨損。因此，可以判斷兩者的磨損機(jī)理并未發(fā)生改變。

2.2磨損的鑒別與分析

試驗(yàn)中，必須建立添加劑磨損輕重的合理判別手段。當(dāng)軸承承受較大徑向承載時(shí)，摩擦副接觸處會(huì)產(chǎn)生較大接觸應(yīng)力，出現(xiàn)單側(cè)磨痕。根據(jù)添加劑性能特點(diǎn)，不同添加劑對(duì)軸承減摩抗磨性能所起作用差別較大，通過比較不同徑向承載承載下所出現(xiàn)的軸承單側(cè)磨痕個(gè)數(shù)就可以評(píng)判出添加劑的性能優(yōu)劣。

2.3 試驗(yàn)

在磨損試驗(yàn)臺(tái)上分別選用基礎(chǔ)油、潤(rùn)滑油和復(fù)配添加劑潤(rùn)滑油三種油品進(jìn)行試驗(yàn)。其中，基礎(chǔ)油為真空擴(kuò)散泵油；潤(rùn)滑油為基礎(chǔ)油中加入少量T306；復(fù)配添加劑潤(rùn)滑油為基礎(chǔ)油中加入T306與T451，兩者體積比為2：3。

2.4 結(jié)果分析

試驗(yàn)均穩(wěn)定運(yùn)行1周。每組6個(gè)樣品，對(duì)試驗(yàn)后的軸承表面形貌在顯微鏡下進(jìn)行觀察，軸承在不同徑向載荷不同油品作用下出現(xiàn)單側(cè)磨痕的結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

徑向載荷為10N，軸承表面均無單側(cè)磨痕。徑向載荷為17N和20N，使用基礎(chǔ)油的軸承表面均出現(xiàn)單側(cè)磨痕；徑向載荷為13N，有的存在單側(cè)磨痕，有的沒有明顯單側(cè)磨痕。隨著徑相承載的增加，軸承中出現(xiàn)單側(cè)磨痕的數(shù)量增加。對(duì)不同油品下出現(xiàn)單側(cè)磨痕的個(gè)數(shù)進(jìn)行了比較，復(fù)配添加劑潤(rùn)滑油<潤(rùn)滑油<基礎(chǔ)油，在提高軸承的減摩抗磨性能方面，復(fù)配添加劑潤(rùn)滑油>潤(rùn)滑油>基礎(chǔ)油，這與試樣試驗(yàn)結(jié)果吻合。

3 軸承表面成分分析

摩擦表面化學(xué)成分分析對(duì)摩擦磨損研究十分重要，表面層的化學(xué)成分與分布特點(diǎn)反映了摩擦副表面間的化學(xué)反應(yīng)和元素遷移[1]。對(duì)磨損后軸承表面成分進(jìn)行分析，可以了解添加劑是如何影響軸承減摩抗磨性能。

X射線能譜儀是用X射線激發(fā)表面產(chǎn)生光電子，并進(jìn)行能譜分析。它適用于研究表面膜的形成以及添加劑對(duì)磨損的影響。對(duì)新軸承及臺(tái)架試驗(yàn)中三種油品作用下的軸承分別在Quanta 400環(huán)境掃描電子顯微鏡下進(jìn)行了觀測(cè)，采用OXFORD INCA400 X射線能譜儀對(duì)四種軸承表面成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)：新軸承和基礎(chǔ)油結(jié)果基本相同。基礎(chǔ)油不含添加劑，潤(rùn)滑主要依靠物理吸附。潤(rùn)滑油和復(fù)配添加劑潤(rùn)滑油作用下，軸承表面均有磷峰，兩者均有含磷添加劑T306，可與摩擦表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成化學(xué)反應(yīng)膜，提高軸承的減摩抗磨性能。復(fù)配添加劑潤(rùn)滑油作用下，軸承表面磷含量高于潤(rùn)滑油中磷含量，由于T451為一種磷酸酯，能與T306作用，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，形成強(qiáng)度和韌性更優(yōu)的混合反應(yīng)膜，進(jìn)一步增強(qiáng)軸承的減摩抗磨性能。

復(fù)配添加劑潤(rùn)滑油能夠提高軸承減摩抗磨性能。

4結(jié)論

采用增大徑相承載的方法沒有改變軸承的磨損機(jī)理，并能在較短時(shí)間內(nèi)評(píng)判添加劑的作用效果。

在提高軸承的減摩抗磨性能方面，T306與T451復(fù)配潤(rùn)滑油>潤(rùn)滑油>基礎(chǔ)油。

能譜結(jié)果，T306與T451復(fù)配潤(rùn)滑油形成的化學(xué)反應(yīng)膜磷含量高于潤(rùn)滑油中磷含量，有利于提高軸承的減摩抗磨性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫詩(shī)鑄. 摩擦學(xué)原理. 清華大學(xué)出版社，2002

[2]顏志光. 潤(rùn)滑材料與潤(rùn)滑技術(shù).中國(guó)石化出版社，2000