现代润滑技术和润滑材料简析

摩擦学的三大支柱(摩擦、磨损、润滑)，其中润滑技术是确保机械设备得以高效、正常、持续运转的基本技术，是机械设备工作的核心保障。因此，世界各国都十分重视先进合理的润滑技术的开发与利用。同样的设备，国外能够运行6000h，而在国内只运行1500h就要进修理厂，其根本原因是润滑技术明显落后。现代化设备的发展促进了新一代润滑技术的发展，也使润滑技术成为现代科学技术中的一个重要组成部分。先进润滑技术的产业化发展，是促进国家经济长期稳定增长的重要技术手段之一，对社会经济的发展也具有巨大的推动作用。　　

（一）润滑技术现代化对机械工程技术形成了强有力的冲击

当代润滑技术，建立在新的概念上，使润滑技术从根本上发生了变化，从而在各个方面影响了机械工程技术行业。

1、润滑机理的重建

传统润滑油品的基础油是矿物油，矿物油靠油的黏度物理吸附于金属表面上，形成流体润滑膜，把金属隔开，保护金属表面。

满足润滑要求的油品，应具备的条件是:

（1）足够的黏度。载荷大油的黏度就得大；

（2）油温不得超过某个界限，以保证润滑油品保持必要的黏度。例如，齿轮传动的油温，不得超过930℃。根据上述原则，还制定了一些计算方法(如齿轮胶合计算和齿轮箱散热计算等)和规范。

新的润滑概念，是润滑油中的添加剂，在金属表面上生成化学吸附膜和化学反应膜，保护金属表面。化学吸附膜在金属表面上的吸附强度，比物理吸附膜高5～10倍，使用低黏度油就可以保证油品牢固吸附在金属表面上，不再需要高黏度油(N320以上黏度的油品可以取消)，实现油品低粘化。降低油的黏度，可以减少运动阻力，提高机械效率、节约能源。

新一代油品的承载能力，不再靠油的黏度，靠的是化学反应膜。运动副受力时的高压、高温，使添加剂与金属表面生成化学反应膜，接触面作相对运动时，剪切强度较低的化学反应膜，被剪切掉，保护了金属表面。因此油温适当升高，反而有利于化学反应膜的形成，不再需要控制油温，也不必进行以控制油温为目的的齿轮胶合计算和减速器的散热计算。

2、承载能力大幅度提高 传统的重负荷齿轮油，其烧结负荷为250kg；FZG齿轮试验为9级。当代高性能油品，烧结负荷可达800kg；FZG大于13级。新油品可以保证机器尺寸大幅度缩小，可以达到体积小、重量轻、寿命长的效果。

3、供油系统大大改观

新一代供油方式——油气润滑和喷射润滑是将最少量高性能润滑油品，直接喷射到最需要的部位，由于油品直接送到啮合部位，带来的优点是:油品不受环境因素(高速、低速、高温、低温、粉尘、腐蚀性介质)的影响，可用于各种苛刻条件；油品有效利用率高，使用油量降至传统的喷油循环润滑用油量的1/10～1/30；产生的废油很少，环保效能显著。油气润滑使润滑维护工作更加自动化、科学化，为节能、环保创造了有利条件。

4、促进设备维护管理社会化

科学技术的进步和装备保障的需要使传统的维修机理发生了质的变化。机器维修制度从坏了修(故障维修)、定期维修(定期大、中、小修)、预知维修发展到主动维修。主动维修是当代最先进的维修制度。前三种维修方式属于“治疗”，而主动维修相当于“保健”，使事故消灭于未然。主动维修是定期、不断的用仪器对在用的油品进行监测，发现油品根源参数超标，立即处理，保证机器永远在最佳润滑状态下运行。监测的项目有油中固体颗粒大小和数量(表现为清洁度)；油中金属组分的变化；油中有机化合物的组分和基团的变化。主动维修最适于自动化车间，可以保证机器长寿命，并可大幅度降低维修费。

（二）先进润滑技术的作用

随着工业技术的飞速发展，人类活动领域的不断扩大，对油品的使用要求更加苛刻:严寒、高温、超重负荷、高湿度和其他极端条件，都对润滑技术提出了更高的要求，同时对环保和节能的要求，也越来越严格。

1、增效

当今机械设备的发展趋势，正向着体积小、重量轻、效益高、寿命长的方向发展，润滑油品随之也在更新换代，油中加了高效添加剂（硫、磷、氯）等极性物质。通过与金属表面的反应形成了化学吸附膜，新一代油品与传统油品其润滑机理迥然不同。传统选油以节线速度来选择油的粘度，保证把足够的油带到配合部位，以便形成油膜，这对纯矿物油选油是对的，但对加有极压添加剂的油就不正确了。由于吸附机理发生了根本变化，形成的化学吸附膜要比原来物理吸附强度提高5～10倍，不存在油带不到配合部位的问题。因此，线速度已不再是选择润滑油粘度大小的条件。这种润滑机理上的变化，几乎是一场润滑发展史上的革命，油品高性能化带来了可观的经济效益：如将钙基脂改用相同粘度的锉基脂，换油期可提高6倍；将普通HL液压油改用相同粘度的抗磨液压油HM，泵的寿命可以提高10倍。添加剂只占润滑油百分之零点几到百分之几，但它的作用非常关键，随着现代机器设备向高速、高温及高压发展，人们要求摩擦材料的系统在正常工作一段时间后或非正常工作时，具有自动补偿甚至具有自动修复的能力。

2、节能

高性能油品有优良的粘温性，分水、抗胶合、抗疲劳、不腐蚀金属，寿命长，节能，符合环保要求等特点。研究发现，应用先进润滑技术可直接节能5～15%，然而更重要的是它产生的综合效益是其直接节能效益的100倍以上。国际权威机构测算：世界一次性能源的30～50%消耗在摩擦损失上，机械设备损坏和失效约80%是摩擦摩损造成的，而且50%以上的机械装备的恶性事故都是起因于润滑失效造成的过度磨损。例如汽轮机油加入0.1％～1％的抗氧剂，可使寿命由几百小时提高到几千小时；合成油也属高性能油，其价格较矿物油贵几倍到几十倍。但国内外实践证明，合成油可以显著节能，节约开支，如一些发达国家的汽车运输能耗占运输总能耗80%左右。合成油能直接节省燃料5%～10%。高性能油品原材料好，调配严格，生产成本高，但从节能降耗，延长机器寿命，减少维护等综合效益看是有益的。

此外，高性能油品可以实现低粘化，如有人建议将我国齿轮油22种牌号，合并为两种粘度即68和150就可以。而有关资料显示，油粘度降低一个等级，可节能1％～5%，改善了低温流动性，可省掉润滑油系统中加热设备等，又可节省能源。目前我国的经济发展模式还比较粗旷，资源浪费严重，节约的潜力远远高于欧美发达国家。

3、环保

现有的石油基润滑剂必将逐步被生物可降解性润滑剂取代，如美孚EAC224H环保液压油，嘉实多HTCT22、32,HTS32、46、68生物可降解液压油，以及我国上海大学研制的R134A绿色环保冷冻机油等。环保型润滑油已成为润滑油的发展方向。固体润滑是利用固体粉末、薄膜或某些整体材料来减少两相对运动承载表面之间的摩擦、磨损的作用。如日本汽车设计时就采用固体润滑涂层技术和复合自润滑材料，汽车制造厂一些大型模具所用轴承不少都是这类轴承，它工作时有平稳、振动小、噪声低的特点。嘉善迈德机械有限公司生产的固体润滑镶嵌自润滑轴承就具有寿命长、防污、防腐、耐高温等优点，工作时无需加油润滑，这种轴承用钢或不锈钢为基体，烧结上多孔青铜层，表面再轧制一层PTEE，改性的聚甲醛或Pb混合物，按一定角度和密度镶嵌特殊配方固体润滑剂加工而成。根据不同工况，如低速、重载、往复运动、不易形成油膜的场所或不能使用油、脂、高温、低温等强介质场所，都可以应用。嘉善迈德机械有限公司就是此类轴承的代表企业，用户可以根据其承载压力、温度、线速度、PV值选择各种不同基体、不同配方的固体自润滑轴承。

4、安全

油液综合监测技术是通过分析被监测机器的润滑介质性能变化和携带磨粒的情况，获得机器润滑和磨粒状态的信息，确定故障原因类型的技术。可以通过检测出来的数据变化、发展趋势，再配合其他有关监测手段来分析判断将要出现的故障，而且可以提前采取多种措施来延迟和防止故障发生，保证设备安全平稳运行。

目前我国油（脂）品种已达600余种，几乎有什么工况就有相对应的油品，从根本上改变了“机械油当家，钙基脂坐殿”多年用油一贯制。新油种特点是积炭减少4/5，可长期安全运行。另外如用量较大的各类钢丝绳索，多年来油芯润滑未得到解决，经常出现断丝短寿，造成事故，而具有高渗透能力合成缆索油就解决了这个问题，如英国BP公司生产的WRP钢索保护油，称之为安全可靠新油种，而车辆制动用制动液，由于老产品的粘度指数低，低温流动性差，腐蚀金属部位熔胀橡胶附件，以致制动失灵造成人身灾难，新型4606、4604等则确保刹车油质量可保证安全运行。矿山钢厂等工况，由于高温，过去没有抗燃液，都曾发生过火灾，4631水一乙二醇和KR-231酯型抗燃液都是耐燃、抗高温极好的油种。

从以上简单分析可看出，从设备润滑上下功夫，治本而且投资少，影响面大，必须把一出现故障只知道从备件上找原因（如材质、硬度、加工精度、安装）的观念，转到先看一看润滑上。因为国内外资料报道40%～60%设备故障是由润滑不良引起的。先进润滑技术的发展，为机械设备更新换代和机械工业现代化，提供了有利条件。合理地应用这些成果，可以使机器设备收到节能、长寿的效果；可以从新的途径解决环保问题。润滑已不单单是一个技术问题，它更是一个管理问题，影响到全社会，涉及到节能、环保、安全等国计民生的大事，万万不可等闲视之。机械工程技术人员，必须学习当代先进润滑技术，以便站在当代科学技术的最前沿，服务于现代机械设备的维护与维修。