姿控飞轮摩擦学系统关键技术研究--《中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）》2010年博士论文 姿控飞轮摩擦学系统关键技术研究 【摘要】： 本文从卫星对其姿控飞轮性能更高地要求出发,对影响姿控飞轮轴系性能的关键问题进行研究,以期获得长寿命、高性能和高可靠性的摩擦学系统,进而提高卫星寿命和控制精度。 针对飞轮润滑系统采用油润滑时低速性能差、转速范围窄,而固体润滑寿命短、摩擦系数大等问题,提出采用固-液复合润滑技术为轴承提供润滑以改善其在启动和低速状态的性能,并实现其低摩擦、宽转速和精确控制等目标。 基于液体润滑理论及固体润滑技术,结合摩擦学和界面化学研究固-液复合润滑的可行性;并从材料学、摩擦学、界面化学及流体力学等学科交叉融合的角度,采用理论分析和实验相结合的研究方法分析固-液复合润滑系统的摩擦磨损性能和机理。首先建立了固-液复合润滑在零速启动、边界润滑、混合润滑及弹流润滑摩擦模型,并对各状态下的减摩机制进行研究;并建立球-盘式摩擦学试验系统,先后完成对磁控溅射MoS2膜和化学气相沉积DLC膜的摩擦和磨损试验,从试验角度研究润滑条件、速度和载荷对其摩擦学特性的影响,进而分析膜层减摩机制和耐磨特性,从而为固-液复合润滑的应用提供理论和实验依据。 理论和试验结果表明:固-液复合润滑能有效改善摩擦副润滑性能,在零速启动、边界润滑、混合润滑或弹流润滑等各状态下的摩擦系数均得到有效降低,零速启动和低速时性能的改善可提高飞轮的可靠性和控制精度,而中高速时摩擦的改善要有效降低飞轮功耗,延长卫星寿命。由于MoS2膜的减摩效果优于DLC膜,其在提高飞轮过“零”性能和提高低速控制精度等方面更具有优势,但MoS2膜在有液体润滑剂的条件下耐磨性能磨损寿命明显降低;DLC膜在有液体润滑剂时的磨损寿命反而提高,能更长久发挥固-液复合润滑性能的优势,对降低飞轮电机功耗、延长卫星寿命具有重要意义。 为研究润滑剂空间挥发损失及其对轴系润滑寿命的影响,建立了飞轮轴系润滑系统油气分子物理循环模型,并完成模拟真空条件下润滑油的挥发试验;通过理论和试验结果的对比分析,提出降低轴系流导,减少润滑油的挥发损失率,对提高轴系润滑寿命具有重要意义。 通过干摩擦条件下的运转试验和对电流特性和摩擦表面形貌的分析,研究润滑不良时氮化硅陶瓷球混合轴承的临界失效特性,对分析飞轮轴系临界性能具有重要意义。 【关键词】： 【学位授予单位】：中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）【学位级别】：博士【学位授予年份】：2010【分类号】：V423.42【目录】： Abstract7-14 第1章 绪论14-28 1.1 课题研究背景及意义14-16 1.2 相关领域的研究现状16-25 1.2.1 液体润滑及润滑寿命16-20 1.2.2 固体润滑20-21 1.2.3 固-液复合润滑21-24 1.2.4 陶瓷球临界性能24-25 1.3 论文的主要研究内容和论文结构安排25-28 1.3.1 研究对象25 1.3.2 论文工作的主要内容25-26 1.3.3 论文的结构安排26-28 第2章 润滑剂分子流失及轴承润滑寿命28-38 2.1 引言28 2.2 理论分析28-35 2.2.1 轴系结构28-30 2.2.2 油气损失模型30-32 2.2.3 流导及流率模型32-35 2.3 试验部分35-37 2.3.1 真空挥发试验35-36 2.3.2 结果与讨论36-37 2.4 本章小结37-38 第3章 陶瓷球轴承失效特性分析38-50 3.1 引言38-39 3.2 实验部分39-41 3.2.1 试验材料39-40 3.2.2 转矩特性测试40-41 3.2.3 磨损形貌及磨屑分析41 3.3 结果与分析41-48 3.3.1 驱动特性41-42 3.3.2 表面磨损分析42-45 3.3.3 磨屑分析45-47 3.3.4 失效分析及讨论47-48 3.4 本章小结48-50 第4章 固-液复合润滑研究50-70 4.1 引言50-51 4.2 固-液复合可行性51-56 4.2.1 边界膜形成52-54 4.2.2 润湿铺展效果54-56 4.3 固液复合润滑减摩机制56-65 4.3.1 边界润滑摩擦模型56-61 4.3.2 “零”速启动摩擦模型61-63 4.3.3 弹流润滑摩擦模型63-64 4.3.4 混合润滑摩擦模型64-65 4.4 固液复合润滑膜层寿命65-68 4.5 本章小结68-70 第5章 MoS_2膜固-液复合润滑性能研究70-84 5.1 引言70-71 5.2 摩擦学试验71-74 5.2.1 试验原理及结构71-72 5.2.2 试验器材72-73 5.2.3 试验方案73-74 5.3 试验结果及讨论74-83 5.3.1 摩擦系数及减摩特性74-77 5.3.2 膜层磨损特性及膜层寿命77-83 5.4 本章小结83-84 第6章 DLC 膜固-液复合润滑性能研究84-96 6.1 引言84-85 6.2 摩擦学试验85-86 6.2.1 试验用DLC 膜层85-86 6.2.2 试验原理、方法及方案86 6.3 试验结果及讨论86-93 6.3.1 摩擦系数及减摩特性86-90 6.3.2 膜层磨损特性及膜层寿命90-93 6.4 本章小结93-96 第7章 结论与展望96-98 参考文献98-108 在学期间学术成果情况108-109 指导教师及作者简介109-110 欢迎：、、) 支持CAJ、PDF文件格式 【参考文献】 中国期刊全文数据库 赵滨海,宋春磊;[J];轴承;2001年08期 高光藩,张牢牢;[J];风机技术;1997年06期 杨生荣,任嗣利,张俊彦,张绪寿;[J];高等学校化学学报;2001年03期 孙嘉奕,翁立军,孙晓军,于翔;[J];机械工程材料;2002年01期 徐进,朱旻昊,刘捍卫,陈建敏,周仲荣;[J];机械工程材料;2003年09期 高云国;[J];光学精密工程;1999年05期 姜作泰;[J];合成润滑材料;1999年04期 古乐,王黎钦,李秀娟,齐毓霖;[J];哈尔滨工业大学学报;2002年02期 白越;刘治华;吴一辉;;[J];哈尔滨工业大学学报;2009年07期 王伟,刘昆,焦明华,张斌;[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2005年01期 中国硕士学位论文全文数据库 王超;[D];合肥工业大学;2002年 宋锽;[D];湘潭大学;2002年 孙婷梅;[D];浙江大学;2008年 【共引文献】 中国期刊全文数据库 窦强,冯新,陆小华;[J];工程塑料应用;2002年08期 吴进喜;王庆昭;卢晓东;;[J];工程塑料应用;2008年12期 刘成毅;;[J];四川建筑科学研究;2010年05期 郑磊;杨虎;;[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年02期 李晓波;杨瑞霞;王静辉;;[J];半导体技术;2011年05期 王新升;马磊;梁斌;;[J];北京航空航天大学学报;2011年05期 杨霞,陈邦峰,果世驹;[J];北京科技大学学报;2004年04期 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由粘性流体产生的油膜压力以平衡外载荷。流体静压润滑流体静压润滑,系由外部供油系统向摩擦表面间供给有一定压力的流体,借助流体的静压力平衡外载荷。非流体润滑非流体润滑是指在摩擦表面间用粉状或薄膜状固体进行润滑。润滑膜为固体膜。常用的固体润滑剂有:层状晶体结构物质(如石墨、二硫化钼等)、非层状无机物(如氧化铅等)、金属薄膜(如将铅、锡、锌等低熔点软金属做成的干膜润滑)、塑料(如聚四***乙烯、尼龙等)、合成膜或化合膜等。润滑的目的润滑的目的是在摩擦副表面之间形成低剪切强度的润滑膜,用它来减小摩擦阻力和降低表面材料磨损。润滑膜可以是由液体或气体组成的流体膜或者固体膜。 依据润滑膜的形成原理和特征,摩擦副表面间的润滑摩擦副表面间的润滑可以分为如下5 种基本类型: ◆◆流体动压润滑◆◆流体静压润滑◆◆弹性流体动压润滑◆◆边界润滑◆◆干摩擦状态 5 种润滑类型的基本特征种润滑类型的基本特征可见表 11-9 。表 11-9 5 种润滑类型的基本特征润滑润滑是减小摩擦和降低磨损的一种重要方法,它影响着摩擦副之间能量及表面材料的转移。任何润滑现象的紊乱和失效,都会导致摩擦副表面的摩擦特性的改变,并发生有害的结果。因此,除了有必要研究各种润滑状态的机理外,还应了解润滑状态的失效过程以及润滑状态的转化及特性。 一般来说, 摩擦副间有下述几种润滑状态的转变: ①由层流到紊流; ②由完全的流体动压润滑到部分流体动压润滑; ③边界保护膜的破裂; ④发生强烈的金属粘着。 上述前两种润滑现象的转化很明显,但后两种润滑现象的转化十分复杂,目前还正处研究中。 2. 2. 润滑状态的转化润滑状态的转化润滑状态曲线图润滑状态曲线图以摩擦系数 f 作纵坐标,因为 f 的大小可以说明不同的润滑状态;用同 Sommerfeld 数性质类似的η V/W 作横坐标,因为此数可以说明润滑油膜具备多少承载能力( η为润滑油的粘度, V为两个表面的相对速度, W为载荷)。制作该曲线图时,为了消除温度对粘度的影响,试验时采用 25℃作为计算 f 的根据。图 11-8 滑动表面润滑状态在机器工作时,摩擦副表面的边界润滑、混合润滑和流体润滑等三种润滑状态可以用润滑状态曲线润滑状态曲线(或称 Stribeck 曲线)来说明,见图 11-8 。图中曲线表明,存在三种润滑区域:流体动压润滑区、混合润滑区(或称部分流体动压润滑区)和边界润滑区。流体动压润滑流体动压润滑是机器摩擦副工作表面最希望得到的润滑状态。流体动压润滑理论的基本方程是润滑膜压力分布的微分方程润滑膜压力分布的微分方程,即雷诺雷诺( ( Reynold Reynold ) )方程方程。它是从粘性流体力学的基本方程出发,根据一定的简化假定而导出。为分析方便,现以两块相互倾斜的平板为分析对象,如图 11-9 所示,两板之间充满润滑油,下板静止,上板以速度 U 沿x方向匀速移动。 1. 1. 流体动压润滑原理流体动压润滑原理 11.4.2 流体动压润滑原理及动压滑动轴承的设计(a) 油楔(b) 油膜中的微单元体图 11-9 油楔承栽机理(动压分析)1 内容来自淘豆网转载请标明出处.当前位置： >> 摩擦学基础 Microsoft PowerPoint 演示文稿 第二部分 摩擦学基础? 摩擦的定义及类型 两个相互接触的物体在外力的作用下发 生相对运动或具有相对运动趋势时，在接触 面间产生切向的运动阻力，叫摩擦力，这种 现象叫摩擦。 按摩擦副的运动形式分为：滑动摩擦、 滚动摩擦、旋转摩擦和复合摩擦。 按摩擦副表面的润滑状态分为：干摩擦、 边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。?
磨损过程 磨损是指摩擦副的对偶表面相对运 动时工作表面物质不断损失或产生残余变 形的现象。磨损过程是因对偶表面间的机 械、化学与热作用而产生。运动副的磨损 过程可分为：跑合阶段、稳定磨损阶段和 剧烈磨损阶段。? 磨粒磨损 磨粒磨损是接触表面作相对运动时由外界 硬颗粒或对磨表面上硬的微凸体，在摩擦过程 中引起的表面擦伤和表面材料脱落的现象。磨 粒磨损是最常见的磨损现象。据统计，在生产 中因磨粒磨损所造成的损失约占磨损总数的一 半左右。 一般说来，磨粒磨损有三体磨粒磨损和两位 磨粒磨损两种形式。磨粒磨损可以归纳为以下 三种磨损机理：微观切削、挤压剥落和疲劳破 坏。磨粒磨损机理和磨损颗粒磨 料 磨 损 类 型? 粘着磨损 粘着磨损是接触表面相对运动时，由于粘着 效应所形成的粘着结点发生剪切断裂，被剪切 的材料或脱落成磨屑，或由一个表面转移到另 一个表面而造成的一种磨损。 粘着磨损是一种常见的磨损形式，它的发生 与发展十分迅速，容易使机器发生突然事故， 造成巨大损失。 根据粘着结点的强度和破坏位置的不同，粘 着磨损有以下几种形式：涂抹、擦伤、胶合、 卡咬。粘 着 磨损 机 理、 磨 损颗 粒 和 磨 损 零件粘着磨损? 表面疲劳磨损 表面疲劳磨损，有时称为疲劳磨损。可以 定义为“当两个接触体相对滚动或滑动时，在 接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度的 情况下，在表面层将引发裂纹，并逐步扩展， 最后使裂纹以上的材料断裂剥落下来的磨损过 程”。既然它是一个疲劳过程，那么表面疲劳 磨损，按裂纹萌生点不同可分为表层萌生与表 面萌生疲劳磨损；按磨屑和疲劳坑的形状不同 可分为鳞剥和点蚀两类。疲 劳 磨损 机 理、 磨 损颗 粒 和磨 损 零件 ? 腐蚀磨损 在气体或液体的腐蚀环境中进行摩擦， 摩擦表面与周围介质发生化学或电化学反 应而生成反应物，这些反应物继续摩擦就 会剥落，这个过程反复进行所造成的表面 损伤，称为腐蚀磨损。因此，腐蚀磨损必 须兼有腐蚀和摩擦。常见的有氧化磨损和 特殊介质腐蚀磨损。锈 蚀 颗粒 和 腐蚀 磨 粒设备磨损提示： （1）影响设备磨损的因素众多，要具体分析； （2）设备磨损是个渐进过程，短时难以察觉 ；（3）通过合理 润滑降低磨损速率可带来长期经济效益，不会立竿见影。? 影响磨损的因素 ? 润滑； ? 材料； ? 表面加工质量； ? 机件的工作条件：载荷、速度、温度、 湿度及周围环境、机件运动副的结构特点 及运动性质。第三部分 润滑与润滑材料1、润滑 ? 润滑的作用 降低摩擦系数、减少磨损、降低温度、防 止腐蚀、保护金属表面、清洁冲洗和密封。 ? 润滑的类型 按润滑剂的物质形态可分为：气体润滑、 流体润滑、半固体润滑和固体润滑。 根据润滑膜的形成机理和特征可分为以下 五种：流体动压润滑、弹性流体动压润滑、流 体静压润滑、边界润滑和干摩擦状态。润滑形式边界润滑流体润滑流体动压润滑滑动轴承流体动压润滑? 弹性流体动压润滑 当滚动轴承、齿轮、凸轮等高副接 触时，实际承载面积极窄小，使得接触区 内产生高达几千MPa的压力，导致较大的 弹性变形。由于接触压力极高，润滑油粘 度由于粘压效应会增加许多倍，因此弹性 流体动压润滑就是考虑了摩擦副接触面的 弹性变形和润滑油的粘压特性。弹性流体动压润滑? 流体静压润滑 流体静压润滑是指利用外部的流体压力源 （如供油装置），将具有一定压力的流体润滑 剂输送到支承的油腔内，形成具有足够静压力 的流体润滑膜来承受载荷，并将表面分隔开这 样一种润滑状态。它的主要优点：起动摩擦阻 力小；使用寿命长；抗振性能好；运动精度高； 可适应较广的速度范围。但需要专用的流体压 力源。流体静压润滑系统按供油方式可分为： 定压供油系统和定量供油系统。? 边界润滑在不满足流体润滑的条件下，将润滑油加入到摩擦 副表面所形成的表面膜也具有降低摩擦和减少磨损的作 用，广义而言，这种润滑状态被统称为边界润滑状态。 边界润滑是介于流体动力润滑和固体摩擦之间的一种润 滑状态，是一种润滑膜很薄的很不完整、摩擦表面有部 分固体接触的润滑状态。 在边界润滑条件下，润滑油的粘度对其润滑效果影 响很小。此时起决定作用的是润滑油（尤其是润滑油中 的添加剂）和摩擦副材料的物理化学性质，以及彼比相 互作用形成的边界润滑膜的性质。边界润滑膜通常是通 过物理吸附、化学吸附和化学反应的方式形成的。物理吸附膜化 学 吸 附 膜化学反应膜典型零件的油膜厚度 滚动轴承 齿轮 发动机滑动轴承 其它滑动轴承 0.1~3μm 0.1~1μm 0.5~50μm 0.5~100μm头发直径： 75~80μm；肉眼可见的最小尺寸：40μm润滑材料类型基础油分类美国石油学会（API）基础油分类分类 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ S，% ＞0.03或 ≤0.03 ≤0.03 饱和烃，% ＜90 ≥90 ≥90 聚α 烯烃（PAO） (合成油技术) 粘度指数 80～120 80～120 ＞120Ⅰ～Ⅳ类以外的其他基础油(有机脂、聚醚、烷基苯、甲基硅油、GTL等) 聚内烯烃（PIO） （欧洲）溶剂精制基础油的分类项 目 很高粘度指数 120≤VI＜140 VHVI VHVI W VHVI S 高粘度指数 90≤VI＜120 HVI HVI W HVI S 中粘度指数 40≤VI＜90 MVI MVI W MVI S 低粘度指数 ＜40 LVI ― ― 通用基础油 低凝基础油 深度精制基础 油加氢基础油的分类项 目 很高粘度指数 120≤VI＜140 VHVI H 高粘度指数 90≤VI＜120 HVI H 中粘度指数 40≤VI＜90 MVI H 低粘度指数 VI＜40 LVI H 通用加氢基础油低凝加氢基础油VHVIW HHVIW HMVIW H－润滑油的添加剂 根据所起作用可以分为两大类：一类改善润滑 油物理性能的,一类改善润滑油化学性能的。 ? 清净分散剂； ? 抗氧抗腐剂； ? 金属钝化剂； ? 极压抗磨剂； ? 防锈剂； ? 粘度指数改进剂； ? 降凝剂； 磷 ? 抗泡沫剂； 氯 无 ? 抗乳化剂。 硫?? 合成润滑油合成润滑油是采用有机合成方法制 备的。它与矿物油相比，具有以下特性： ? 优良的耐高温性能和热氧化稳定性； ? 优良的粘温性能和低温性能； ? 优良的化学稳定性； ? 良好的润滑性和较低的挥发性。润滑油的主要质量指标? 理化性能指标： 外观、色度、密度、粘度、粘度指数、闪点、凝 点和倾点、水分、机械杂质、残碳、灰分、水溶性酸 碱、酸碱值和中和值、氧化安定性、热安定性、油性 和极压性、腐蚀和锈蚀、空气释放性、泡沫特性、抗 乳化性、水解安定性、蒸发损失、馏程、苯胺点、橡 胶适应性、剪切安定性等。润滑油的主要质量指标? 摩擦磨损性能：润滑油在评定了理化性能之后，一般应进行某些模拟 台架试验，包括一些发动机试验，通过之后方能投入 使用。具有极压抗磨性能的油品都要评定其极压抗磨 性能。常用的试验机有四球试验机、梯姆肯环块试验 机、FZG齿轮试验机、法莱克斯试验机等，都用于评 定油品的耐极压负荷的能力或抗磨损性能。? 工业润滑油分类标准：GB/T7631.1（按应用场合）： ? (等效:ISO1)组别A B C D E F G H M应用场合全损耗系统 脱模 工业齿轮 压缩机（含冷冻机和真 空泵） 内燃机 主轴、轴承和离合器 导轨 液压系统 金属加工组别N P Q R T U X Y Z S应用场合电器绝缘 风动工具 热传导 暂时保护防腐蚀 汽轮机 热处理 用润滑脂的场合 其它应用场合 蒸汽汽缸 特殊润滑剂应用场合? 工业润滑油粘度等级GB/T3141-94? (等效：ISO) ISO 粘度等级 中间点运动粘度（40℃） mm2/s运动粘度范围（40℃） mm2/s最小 1.98 2.88 4.14 6.12 9.00 13.5 19.8 28.8 41.4 61.2 90.0 135 最大 2.42 3.52 5.06 7.48 11.0 16.5 24.2 35.2 50.6 74.8 110 1652 3 5 7 10 15 22 32 46 68 100 1502.2 3.2 4.6 6.8 10 15 22 32 46 68 100 150最小 最大 220 220 198 242 320 320 288 352 460 460 414 506 680 680 612 748 0 00 00 20 80 3520 以上表格中的粘度等级分类标准不适用于内燃机油和车辆齿轮油。ISO 粘度等级中间点运动粘度（40℃） mm2/s运动粘度范围（40℃） mm2/s润滑油产品的名称的一般形式： 类 数字 例：L―AN 32 品种粘度对照表基于95 VI单级润滑油的粘度。 ISO级别适用于摄氏40 °C时。 AGMA级别适用于华氏 100 °F时。 SAE 75W、80W、85W和5及10W 适用于低温（低于 C17 °F= 0 °C)。 100 °F和210 °F的相应粘度在表中列出。 SAE90到250及20到50适用于 210 °F (100 °C)。润滑脂可以把增稠剂 想象成吸取润滑油 的海绵 润滑脂由 80-90 %的润滑油 10-20%的增稠剂 5%的添加剂 构成润滑脂? ? ? ? ? ? ? 润滑脂是一种油膏状的润滑剂，在常温、常压下呈半固态油性软膏状。润滑 脂是除润滑油外的另一类应用范围很广的重要润滑剂，广泛用于汽车、坦克、 舰船、飞机以及其他机械，其组成与润滑油大不相同。 润滑脂具有液态润滑油所没有的很多特性，例如： ■耐压性强。润滑脂在金属表面上的附着能力很强，它能在润滑油无法润 滑的部位形成牢同的润滑膜，并承受很大压力。 ■缓冲性能好。润滑脂用于做往复运动的机械中在很大冲击力和震动时能 起缓冲作用，减弱或消除机械的震动，保证必要的润滑。 ■不易流失。由于润滑脂能用于垂直表面或不密封的摩擦部位，能保持足 够的厚度，即使在离心力的作用下，也不至于流失，所以能保证可靠的润滑。 ■密封性能和防护性能好。润滑脂的密封性能优于润滑油，它可以防止水 分、灰尘、杂质和腐蚀性物质进入摩擦表面，保持摩擦表面清洁，防止其被 锈蚀。 ■粘温性能好。润滑脂的粘度受温度变化的影响比润滑油小，这是润滑脂 特有的优良性能，因而适用于运动速度和温度变化幅度较大情况下的润滑。特点? 润滑脂虽具有很多优点，但它并不能完全取代液 态的润滑油。 △由于润滑脂没有流动性，导热系数很小，因而不 能进行循环润滑； △它没有冷却和清洗作用； △它的摩擦阻力较润滑油大，影响机械的效率； △润滑脂的抗氧化安定性不如润滑油； △润滑脂更换时比较麻烦，常需停机或拆卸机件， 影响工作。 ? 因此，润滑脂的使用范围受到一定的限制。润滑脂适用于下列工作条件下机械的润滑： ? (1)因结构或工作条件限制而不能使用润滑油润滑的机械 设备或部位。例如，在负荷大、转速慢、温度高的条件下 工作的轴承，在大压力和离心力作用下，润滑油难以保证 必要的润滑，用润滑脂可以达到保证润滑的目的。又如某 些不能及时有规律地向摩擦部位加油的设备或开放式润滑 的部件，都可采用润滑脂。 ? (2)工作环境潮湿、水和灰尘较多、难以密封的机械； 同酸性或其他腐蚀性气体接触的机械。 ? (3)时开、时停的间歇式工作或转速经常变化的机械。 由于不同转速要求不同粘度的润滑剂，润滑油难以在这种 情况下形成良好的润滑油膜，而润滑脂却具有这种性能。 ? (4)长期运转，不便于经常添加或更换润滑剂的摩擦部 位，如密封的滚珠轴承、高速电机、自动装置、远距离遥 控仪器等。润滑脂可以不流失地长期使用。润滑脂的组成? 润滑脂的特性是由它的特殊结构所决定的。现以皂基润滑脂为例，说 明它的结构特点。 ? 一、润滑脂的结构特点 ? 皂基润滑脂是用脂肪酸金属皂类(稠化剂)稠化润滑油而成的。稠化 剂与润滑油形成一个分散体系，稠化剂是分散相，润滑油是分散介质。 皂分子聚结成皂纤维或皂胶团，皂纤维互相吸引、交织连接形成一个 三维空间的网状结构骨架，润滑油部分被吸附在纤维表面，部分渗入 皂纤维，使其膨化，大部分润滑油被包围在结构骨架中，失去流动性， 成为半固态软膏。 ? 皂纤维是由皂分子相互吸引聚结而成的。皂分子有一个极性端(即 羧基端)和一个非极性端(烃基端)。分子的极性端彼此吸引连成皂纤维， 带烃基的非极性端朝向纤维外侧表面，具有亲油性，吸引润滑油分子， 由此形成均匀的软膏状物质。 ? 皂纤维愈长、愈细，它的稠化能力愈强。一般皂纤维长度为0.1～ 100 μm以上，其他类型稠化剂纤维较短。润滑脂的组成? 二、润滑脂的组成? 润滑脂由润滑油、稠化剂、稳定剂和添加剂组成，它们的作用、类型 如下： ? 1．润滑油 ? 润滑油是润滑脂的主要组成部分，其含量约为润滑脂的80％～90％ (质量分数)。润滑油的性质直接影响润滑脂的润滑性能。 ? ■润滑油的粘度对润滑脂的软硬程度(稠度)有较大影响。粘度过太， 稠化剂在润滑油中扩散慢，使润滑脂稠度变小，容易析出润滑油。 ? ■润滑油的馏分组成过轻，会使润滑脂过分容易蒸发。 ? ■粘度和凝点影响润滑脂的低温性能。 ? ■它的粘温性能对于润滑脂的高、低温使用范围和安定性均有影响。 ? 对润滑油的主要要求是粘度、热氧化安定性和蒸发性能等。 ? 润滑脂中所用润滑油分矿物油和合成油2类。润滑脂的组成? ? ? ? ? 2．稠化剂 润滑脂中稠化剂的含量约占10％～30％(质量分数)。其作用是稠化润滑油， 使其成为润滑脂。稠化剂本身也具有润滑和抗压作用。 润滑脂的稠化剂有脂肪酸金属皂类和非皂类稠化剂2大类。 ■工业用脂肪酸皂类稠化剂有钠皂、钙皂、锂皂、铅皂、钡皂等，它们是 由动植物油脂与相应的碱(如氢氧化钠、氢氧化钙等)反应得到的。由这些皂 类稠化剂制成的润滑脂分别称为钠基润滑脂、钙基润滑脂等。 ■非皂基稠化剂包括烃基稠化剂、有机稠化剂和无机稠化剂3类。烃基稠 化剂主要是石蜡和地蜡，本身熔点很低，由其稠化得到的烃基润滑脂即常见 的凡士林，多用作防护性润滑脂。有机稠化剂有酞青铜颜料、有机脲，有机 氟等，多用于制备合成润滑脂。无机稠化剂常用的有表面改性的膨润土、硅 胶、石墨、炭黑、云母等，多用于制备高温润滑脂。 稠化剂的种类和含量，对润滑脂的性质有很大影响。例如，钠基润滑脂耐 热但不耐水，钙基润滑脂耐水而不耐热，锂基润滑脂既耐水又耐热。由有机 和无机稠化剂制得的润滑脂具有高的抗热性和抗辐射性能。一般稠化剂含量 多的润滑脂比较硬，含量少的润滑脂较软。?润滑脂的组成? ? 3．稳定剂 稳定剂又称为胶溶剂，是润滑脂所特有的，它可以改善润滑脂的结构性能， 所以又称为结构改善剂。稳定剂能和皂类结合，使润滑油对脂肪酸皂类的结 合能力增大，从而起到使润滑油和脂肪酸皂结合稳定的作用。常用的稳定剂 有水、甘油和低分子有机酸的盐类。不同脂肪酸皂所用的稳定剂不同，例如， 钙基润滑脂的稳定剂是水，钠基润滑脂的稳定剂是甘油。如果润滑脂失去稳 定剂，就会出现润滑油和稠化剂分离的现象，如钠基润滑脂受热脱水，结果 引起油皂分离，润滑脂被破坏。 稳定剂是一些极性化合物，由于其含有－OH，－NH2，－COOH等极性 基团，所以容易吸附在皂分子的极性端之间，使皂分子排列的间隔增大，增 加了皂分子对润滑油的吸附能力，从而增大了皂纤维的稠化能力。 4．添加剂 为了改善润滑脂的某些特性，同燃料和润滑油一样，可以采用加入添加剂 的方法。常用的添加剂有抗氧剂、抗磨剂、防锈剂、拉丝性增强剂等。? ? ? ?润滑脂基础油的性能对比基础油 粘温性 耐高温性 低温 流动性 一般 良 优 氧化 安定性 一般 良 良 润滑性 抗燃性 抗辐射 性 一般 差 差矿物油 超精制矿物油 聚烯烃一般 一般～良 优一般 良 良优 优 优差 差 差酯类硅油 聚二乙二醇醚 聚苯醚 氟碳油 全氟醚优优 差 差 差 一般～良良优 优 优 优 优优优 差 差 差 一般～良良良～优 优 优 优 优优差 良 良 优 优差良 一般 一般 优 优差一般 优 优 -润滑脂添加剂类型?润滑脂的添加剂 ? ? ? ? ? ? ? 抗氧剂； 极压抗磨剂； 防锈剂和抗腐剂； 防水剂； 结构改善剂（胶溶剂）； 填充剂 黏附剂。润滑脂分类? 皂基润滑脂 单皂基（钙、钠、锂、钡、铝等） 混合皂基（钙-钠） 复合皂基（复合钙、复合铝、复合锂） ? 非皂基润滑脂（无机和有机脂） 无机脂：如醇、胺 有机脂：有机脲、有机氟等 ? 烃类润滑脂 凡士林润滑脂按稠化剂类型分类润滑脂分类?减摩润滑脂?通用减摩润滑脂 ?低温减摩润滑脂 ?高温减摩润滑脂 ?极压减摩润滑脂 ?专用减摩润滑脂 ?通用防护润滑脂?润滑脂?防护润滑脂?专用防护润滑脂?封存防护润滑脂 ?通用密封润滑脂?密封润滑脂?专用密封润滑脂?一般切削膏?分散润滑脂?防锈切削膏?增摩润滑脂润滑脂按使用性能和用途分类润滑脂稠度与锥入度值及适应场合对应表NIGL牌号 锥入度（25℃） 适用场合00000 0 1 2445～475开式齿轮，齿轮箱和减速箱的润滑 400～430 355～385 310～340 265～295 开式齿轮，齿轮箱或集中润滑系统润滑 中速、中负荷的抗磨轴承润滑 较高速的针型轴承和滚子轴承润滑34 5 6220～250175～205 130～160中速、中负荷的抗磨轴承，汽车轮毂润滑水泵和低速、高负荷的轴承和轴颈润滑特殊条件下的润滑，如球磨机轴颈润滑85～115等级锥入度[ 0.1 毫米]外观用途000 00 0 1 2 3 4 5 6445 - 475 400 - 430 355 - 385 310 - 340 265 - 295 220 - 250 175 - 205 130 - 160 85 - 115流性极强 流体 半流体 极软 软 中等硬度 硬 很硬 极硬变速箱 等轴承密封件 润滑脂的主要质量指标 润滑脂是用稠化剂稠化润滑油而制成，可以根 据使用的需要，添加一种或多种添加剂，以改善润 滑脂的极压抗磨性、抗氧化安定性、润滑性、抗水 性等性能。 ? 锥入度：表示润滑脂稠度的指标； ? 滴点：决定润滑脂使用温度的指标； ? 水分：润滑脂含水量； ? 机械杂质：混入润滑脂中的不溶解的灰尘、 沙砾、金属微粒等； ? 抗腐蚀性：反映对金属零件有没有腐蚀作用 的指标。?冷轧工作辊轴承专用脂规格项 目 工作锥入度/0.1mm 滴点/℃ 腐蚀（T3铜片,100℃,3h） 不低于质量指标 300(＋20/-10) 165 合格试验方法 GB/T 269 GB/T 4929 SH/T 0331轴承流失（80℃,6h）滚筒安定性（常温，0～4h） 水淋流失（45℃,1h） 梯姆肯OK值/N 机械安定性：10万次与0次差 加水10％剪切 加乳化液(浓度6％, 加入量5％) 杂质/个/cm3：25um以上 75um以上 125um以上 基础油粘度（40℃）/mm2/s不大于不大于 不大于 不低于 不大于 不大于微量7 3 441SH/T 0326SH/T 0122 SH/T 0109 SH/T 020330 355 340 150GB/T 269不大于 不大于 不大于 不低于SH/T 0336 GB/T 265