Page 165 - 《摩擦学学报》2021年第6期

950 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

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500 N-1 m/s-1.0 500 N-1 m/s-1.0 擦系数的能力 ，因而测试了硬脂酸及其盐在边界润
0.08 300 N-1 m/s-1.0 300 N-1 m/s-1.0 0.3
300 N-1 m/s-0.6 300 N-1 m/s-0.6 滑下的摩擦学性能，硬脂酸盐为硬脂酸钙、硬脂酸镁
300 N-1 m/s-0.2 300 N-1 m/s-0.2 及硬脂酸钡. 试验中发现质量分数为0.2%的硬脂酸及
0.07
Friction coefficient 0.06 0.2 Friction coefficient growth rate 盐就可以取得很好的减摩效果，测得的Striceck曲线如
图5所示.

0.1

0.05
Calcium stearate
Stearic acid
Friction coefficient 0.15 Base oil
growth rate Magnesium stearate
0.0 Barium stearate
0.04
0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000
Time/s 0.10

Fig. 4 Friction coefficient and growth rateof ZDDP Friction coefficient
lubricants with slip-to-roll ratio and load 0.05
图 4 不同载荷下不同滑滚比的ZDDP润滑剂的摩擦系数
曲线和生长速率曲线
0.00
1E-4 1E-3 1E-2 1E-1 1
ZDDP摩擦膜. 当滑滚比增大到1.0时，球盘间的相对 Rolling speed/(m/s)
滑动速度较高，在摩擦区域产生了较高的闪温，摩擦 Fig. 5 Stribeck curves of lubricants with different stearates
系数起初没有变化，随着滑动试验进行，在第1 000 s (load =200 N)
图 5 不同硬脂酸盐的润滑剂的Stribeck曲线(载荷为200 N)
时，ZDDP润滑剂的摩擦系数开始缓慢增大，从0.053

增大到约0.056并逐渐趋于稳定，根据图3的闪温分布
如图5所示，添加硬脂酸钙的润滑剂在边界润滑
图，可以看到摩擦接触区域产生了约70 ℃的闪温温升
下有极低的摩擦系数，其摩擦系数随滑动速度的对数
(考虑到室温20 ℃，因此界面瞬态温度达到了90 ℃)，
先增大后减小，拥有比硬脂酸更好的润滑效果. 硬脂
接近通常ZDDP起作用的环境温度，说明摩擦区域产
酸钙可以在摩擦表面形成致密光滑的边界膜，形成的
生了少量的ZDDP摩擦膜.
分子膜有降低摩擦系数的效果，推测其可以弥补ZDDP
图4中虚线比较了相同速度不同载荷下ZDDP润
反应膜粗糙度较高的缺陷，为此研究了硬脂酸钙与
滑剂的摩擦系数增大率随时间变化的曲线，可以看到
ZDDP的协同减摩效果. 设计了1组试验，配置了两种
当载荷增大至500 N时，ZDDP润滑剂的摩擦系数从
不同添加剂组合的润滑剂，分别为10% ZDDP和10%
0.049增大到0.062，增长百分比达到30%，ZDDP摩擦
ZDDP+0.2%硬脂酸钙，测试其在一定速度和载荷下的
膜的生长更为明显. 载荷增大使得摩擦区域的闪温急
摩擦力随时间变化曲线. 考察了硬脂酸钙润滑剂和
剧增大，更多的摩擦热导致ZDDP摩擦膜的生长速率
ZDDP混合溶液在全膜润滑下对摩擦力的影响，摩擦
也更快，接触区域ZDDP摩擦膜的厚度增大，从而引起
系数随时间变化的曲线如图6所示. 可以看到在高转
的摩擦系数增大更为明显. 当然，载荷的增大也会在
一定程度上促进摩擦膜的生长，但通过应力活化理论
0.070
的指数方程，部分载荷的变化，其影响的幅度仍然有
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限，此时温度的影响仍然占主导作用 . 0.065
由上述可知，在一定的工况范围，即使载荷和环 0.060
境温度恒定，改变界面滑滚比仍能显著影响摩擦膜的 Friction coefficient
生长，即使在较低的环境温度下，通过调整滑滚比以 0.055
使界面闪温升高，仍然可能实现ZDDP反应膜的产生. 0.050 ZDDP

ZDDP+calcium stearate
3 硬脂酸钙与ZDDP的协同减摩效果 0.045
0 500 1 000 1 500 2 000 2 500
Time/s
ZDDP通过形成固体磷酸盐膜赋予摩擦件抗磨损
Fig. 6 Curves of calcium stearate lubricant and ZDDP on
特性，但较为粗糙的固体ZDDP摩擦膜会抑制油膜的
friction coefficient at 1.3 m/s
流动，导致滑动摩擦系数增大，而摩擦改性剂硬脂酸 图 6 速度为1.3 m/s硬脂酸钙润滑剂和ZDDP对摩擦力的
有较好的边界减摩效果，具有降低其他摩擦改性剂摩 影响曲线