低温微量润滑的形成及现象

介绍低温微量润滑边界润滑之前先介绍一下边界润滑。在业界普遍认为，边界润滑层是因为活性物质的物理或化学吸附作用所形成的一种表面膜，切削液在两工作面间形成的这种边界润滑模型一般有3种，如图1所示。一是HardyBW边界润滑模型，即表面活性物质分子整齐排列在具有均匀吸附性能的表面上，吸附形成的表面膜使两表面间的力场减弱，从而减小边界润滑条件下的摩擦，此时边界润滑层一般是通过物理吸附形成的；二是BowdenP和TaborD边界润滑模型，即表面间存在部分粘结点，表面具有非均匀吸附性能，大量表面活性物质分子杂乱吸附在表面上，此时需要通过化学吸附形成边界润滑层；三是AdamsonJ边界润滑模型，由于极压负荷使表面接触紧密，只有少量表面活性物质分子吸附在表面，由于压力加在吸附表面膜上使表面活性物质分子发生了平躺，需靠化学反应形成边界润滑层。 
   
低温微量润滑切削时形成的边界润滑通常在混合润滑状态中起主要润滑作用的形式存在，图2为低温微量润滑切削时的边界润滑模型
 
在两摩擦表面在重力载荷的作用下，一部分粗糙峰会凸显出来，在载荷作用下接触压力变大，粗糙峰会首先接触，导致边界膜在外力作用下破裂，从而使得两表面形成直接接触，如图2中的A所示。而图中B表示在界润滑为主要作用的承载面积。C为两个粗糙峰之间形成的空腔，能够贮存润滑油，此处边界膜彼此不接触，所以所能承受的载荷很小。图中S为摩擦面间形成的油膜进行润滑部分，由于两摩擦表面接触的缝隙很小，在有油的情况下使两润滑表面进行滑动，两表面的缝隙间产生流体动压或挤压效应而分担一部分载荷。如果润滑面之间的真实接触面积用A表示，则摩擦力F可表示为
 F=A［a_Wτ_S+（1－a_W）τ_L］+F_{P        （1）}
式中：a_W是固体接触面积
A_m在真实接触面积A中所占的百分数，a_W=A_m/A；
τ_S和τ_L分别是固体和流体表面剪切强度；
F_P是犁沟效应产生的阻力。
总载荷可以写成
W=A［a_Wp₀+（1－a_W）p_L］          （2）
式中：p₀是硬度较低的金属的塑性流动压力；
p_L是润滑剂膜中的压力。取平均压力p－使式（2）变为W=A·p －（3）用上式除以式（1），可得到边界润滑的摩擦系数f_BL为
 f_BL=F _W=a_W（τ_S/p－）+(（1－a_W）τ_Lp －)+f_P（4）
式中：f_P= F_P p,在边界润滑中，式（4）的第三项相对很小，可以忽略
已知干摩擦状态的载荷W和摩擦力F为W=A·p₀（10）F=Aτ_S+F_P （5）这里p₀=p－并可以忽略F_P，则干摩擦状态下的摩擦系数f为f_m=τ_S/p －（6）比较式（4）和式（6），并忽略f_P，可得
 f_BL/f_m=a_W+（1－a_W）τ_Lτ_S （7）
 式中：由于τ_Lτ_S，所以右边**项可以忽略，也即f_BL/f_m=a_W。对于一般情况，a_W1，由此可知，混合形式润滑的摩擦系数与干摩擦的系数进行对比，摩擦系数明显降低。微量润滑在减小摩擦系数方面，主要通过改善摩擦工作面的摩擦状态进行降低系数，从而使之做到切削力的降低。低温微量润滑切削时，在提高更加理想的润滑效果和减少工作面摩擦方面，主要是通过润滑油遇低温粘度增大的原来来实现，当润滑油遇到低温压缩气体时润滑油的粘度增大，同时使得润滑膜承载能力更强，在同样的边界条件下获得更好的润滑效果，从而更有效地减小表面摩擦。