Page 164 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 6 期 石伟, 等: 界面闪温对ZDDP反应膜生成特性的研究 949

钢球(购买于日本NSK公司，R = 0.016 μm）. 钢盘直径 了更高的点接触界面闪温. 因此在相同卷吸速度下，
a
为150 mm，材质为Cr12钢，R = 0.3 μm. 改变滑滚比可以有效增大摩擦接触界面的闪温，通过
a

增大滑滚比和载荷来调节闪温，就可以在常温下满足
2 结果与讨论
ZDDP反应膜产生所需要的环境.

2.1 摩擦闪温计算分析 2.2 不同闪温下摩擦膜生成速率的影响
球盘的点接触闪温分析选取的钢盘表面微观形 为了研究不同滑滚比(对应不同表面闪温)是否对
貌图如图2所示，钢球的表面十分光滑，在算例中以光 ZDDP摩擦膜的生长仍然具有促进作用，本文作者采
滑表面表示，求解域为-3.1≤X≤1.3和-1.3≤Y≤1.3， 用球-盘试验在相同接触载荷和环境温度下，测试不
网格为256×256，接触载荷300 N，滑滚比分别为0.2、 同滑滚比下球、盘间摩擦系数随时间变化的规律，以
0.6和1.0，通过调整滑滚比得到不同的界面闪温. 经过 验证界面闪温对ZDDP摩擦膜生长的影响.
上述界面闪温模型计算，不同滑滚比和不同载荷下的 试验环境温度为20 ℃，60N+ZDDP作为润滑剂，

点接触表面闪温分布图如图3所示. 采用喷油润滑可以使润滑油始终保持在室温环境下
工作. 试验过程中，球盘卷吸速度的取值为1 m/s，滑滚
比分别为0.2、0.6和1.0，施加在盘上的载荷为300 N，对
z/nm 应的最大赫兹接触压力为1.28 GPa，所有摩擦系数的
1 349.920
测量均从载荷到达设定值并稳定后开始，每组试验重
0.169 复3次取均值. 不同滑滚比和不同载荷下60N+ZDDP
0.127
0.127 润滑剂的摩擦系数随时间变化的曲线如图4所示. 根
0.095
0.085 x/mm 1 798.068 据图4显示的摩擦系数曲线，可以明显地观测到相同
0.063
y/mm
0.032 0.042 卷吸速度下，不同滑滚比的ZDDP润滑剂的摩擦系数
随时间呈现不同的变化趋势，这是因为闪温不同，在
0
摩擦副表面形成了厚度不一的ZDDP摩擦膜，且摩擦
Fig. 2 Surface profile of steel disk
图 2 钢盘表面轮廓图 膜生长速率也不同，这导致了不同滑滚比下润滑剂摩
擦系数变化趋势的差异.
从图3中可以看到，在滑滚比较低时，钢盘粗糙表 由图4可以观测到，当滑滚比较低时(滑滚比为
面的界面温升非常小，随着滑滚比的逐渐增大(载荷 0.2和0.6时)，此时球盘间的相对滑动速度较小，ZDDP
为300 N)，表面温升也逐渐变大，当滑滚比增大到 润滑剂的摩擦系数几乎没有发生变化，这说明在此滑
1.0时，界面闪温增大到70~80 ℃. 在最大滑滚比的基 滚比下ZDDP润滑剂没有发挥效果，此时摩擦接触区
础上，维持卷吸速度不变，将载荷增大到500 N，得到 域的闪温温升较低(处于30~40 ℃之间)，没有生成

T/℃
80
72
64
56
500 N 300 N
S=1.0 S=1.0 48
40
32
24
16
8
300 N 300 N 0
S=0.6 S=0.2

Fig. 3 Surface flash temperature under different load and rolling-to-sliding ratio
图 3 不同载荷和滑滚比下界面的闪温分布