Page 166 - 《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 951

速下，其与单独ZDDP溶液的摩擦系数增长情况基本 行了预测，计算了常温环境下不同滑滚比和载荷下点
相同，这说明两种润滑油中摩擦膜的生长速度是一致 接触模型的表面闪温分布，闪温模型显示通过增大滑
的，硬脂酸钙润滑剂并不影响ZDDP反应膜的生成和 滚比和载荷来调节闪温，就可以在常温下达到满足
抗磨损效果. ZDDP摩擦膜产生所需要的环境.
之前研究表明ZDDP反应膜更容易在高温、高速 b. 对比球-盘试验测得常温下不同滑滚比的ZDDP
和高载荷下生成，而在低速下生成较慢，因此为了测 润滑剂摩擦系数变化趋势并计算得到闪温模型，结果
试低速下的协同减摩效果，分别用10% ZDDP和10% 表明，闪温对ZDDP摩擦膜的产生有非常显著的影响，
ZDDP+0.2%硬脂酸钙作为润滑剂在1.3 m/s的滑动速 在较低的环境温度下，只要界面的闪温达到一定的程
度下进行滑滚摩擦试验验并持续40 min，以在轨道上 度，仍然可以促进摩擦膜的产生，且反应膜的生长速
快速生成完整的摩擦反应膜；在此基础上进行第二步 度随闪温温升指数增大. 这一发现在一定程度上丰富
试验，以两组试验的轨道在0.1 m/s的滑动速度下继续 了ZDDP膜的生长机理，同时，也为ZDDP润滑剂应用
进行滑滚摩擦试验，载荷为300 N，以研究硬脂酸钙与
在一些界面闪温较高的常温工况摩擦副中提供了可能.
ZDDP的协同减摩效果，载荷加到设定值并稳定后开 c. 研究了硬脂酸钙减摩剂与ZDDP的协同减摩效
始计时. 两组试验的摩擦力随时间变化曲线如图7所示. 果，硬脂酸钙与ZDDP共同形成的边界吸附膜相比单

独ZDDP摩擦膜减摩效果更好，混合润滑剂相比ZDDP

0.105 10% ZDDP
10% ZDDP+calcium stearate 润滑剂摩擦系数可减小约10%.
0.100 参 考 文 献
Friction coefficient 0.095 [ 1 ] Martin J M, Grossiord C, Le Mogne T, et al. The two-layer structure

0.090
of Zndtp tribofilms: Part I: AES, XPS and XANES analyses[J].
0.085
Tribology International, 2001, 34(8): 523–530. doi: 10.1016/S0301-
679X(01)00029-9.
0.080
[ 2 ] Liu E, Kouame S D. An XPS study on the composition of zinc
0.075
0 200 400 600 800 1 000 1 200 dialkyl dithiophosphate tribofilms and their effect on camshaft lobe
Time/s
wear[J]. Tribology Transactions, 2014, 57(1): 18–27. doi: 10.1080/
Fig. 7 Friction coefficients of calcium stearate lubricant and 10402004.2013.835014.
ZDDP at 0.1 m/s [ 3 ] Li Xingliang, Yue Wen, Wang Chengbiao, et al. Tribochemical
图 7 速度为0.1m/s硬脂酸钙润滑剂和ZDDP对摩擦力的
影响曲线曲线 mechanisms of W/Mo films in the presence of ZDDP[J]. Tribology,
2015, 32(2): 183–189 (in Chinese) [李 星 亮 , 岳 文 , 王 成 彪 , 等 .
由图7可以看出在添加硬脂酸钙润滑剂后，摩擦 ZDDP作用下钨/钼膜的摩擦化学润滑机理研究[J]. 摩擦学学报,
系数相比单独ZDDP润滑剂明显减少，摩擦系数降低 2015, 32(2): 183–189]. doi: 10.16078/j.tribology.2015.02.009.
[ 4 ] Gosvami N N, Bares J A, Mangolini F, et al. Mechanisms of
约10%. 10%ZDDP润滑剂的摩擦系数随时间逐渐降低
antiwear tribofilm growth revealed in situ by single-asperity sliding
并趋于稳定，这是因为ZDDP摩擦膜在滑动中被逐渐
contacts[J]. Science, 2015, 348(6230): 102–106. doi: 10.1126/
消耗且在低速下生成缓慢难以及时补充，10% ZDDP+
science.1258788.
0.2%润滑剂的摩擦系数随时间推移逐渐稳定，且摩擦 [ 5 ] Shimizu Y, Spikes H A. The influence of slide-roll ratio on ZDDP
系数总是低于单独的ZDDP润滑剂，这是因为在硬脂 tribofilm formation[J]. Tribology Letters, 2016, 64(2): 19. doi: 10.
酸钙与ZDDP的混合润滑剂中，硬脂酸钙润滑剂形成 1007/s11249-016-0738-z.
的边界膜取代部分生成缓慢的ZDDP膜，并改善了粗 [ 6 ] Dawczyk J, Morgan N, Russo J, et al. Film thickness and friction of
糙ZDDP膜的表面状态，发挥了一定的减摩作用. 以上 ZDDP tribofilms[J]. Tribology Letters, 2019, 67(2): 34. doi: 10.
结果表明，在低速的边界润滑下，硬脂酸钙可以有效 1007/s11249-019-1148-9.
[ 7 ] Shimizu Y, Spikes H A. The tribofilm formation of ZDDP under
改善ZDDP膜表面状况，降低ZDDP导致的高摩擦力，
reciprocating pure sliding conditions[J]. Tribology Letters, 2016,
改善其摩擦特性.

64(3): 46. doi: 10.1007/s11249-016-0776-6.
4 结论 [ 8 ] Zhang Jie, Spikes H A. On the mechanism of ZDDP antiwear film
formation[J]. Tribology Letters, 2016, 63(2): 24. doi: 10.1007/
a. 采用界面闪温理论对点接触模型界面温升进 s11249-016-0706-7.