淺談設(shè)備潤(rùn)滑技術(shù)與應(yīng)用

黃少峰

設(shè)備潤(rùn)滑是設(shè)備維護(hù)工作的重要組成部分,而且其作用日顯突出。設(shè)備潤(rùn)滑工作包括潤(rùn)滑管理與潤(rùn)滑技術(shù)兩個(gè)范疇。近年來,潤(rùn)滑技術(shù)發(fā)展迅速,在設(shè)備工程領(lǐng)域中的地位顯著提高,成為四大工程技術(shù)之一。

一、潤(rùn)滑技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1.合成油品的發(fā)展與應(yīng)用。在天然油品中以礦物油應(yīng)用最多。不論礦物潤(rùn)滑油還是潤(rùn)滑脂,都有明顯的潤(rùn)滑效果與不足。天然潤(rùn)滑油突出的缺點(diǎn)為:(1)油液的黏度隨工作環(huán)境溫度變化而變化,影響機(jī)器潤(rùn)滑效果;(2)在空氣中易氧化變質(zhì),尤其在高溫情況下,其穩(wěn)定性較差;(3)摩擦系數(shù)偏大,運(yùn)動(dòng)功率消耗偏大;(4)油液不易降解,污染環(huán)境。合成潤(rùn)滑油的優(yōu)點(diǎn)是:(1)良好的黏溫性能;(2)高溫抗氧化的穩(wěn)定性,使用期長(zhǎng),約為礦物油的六倍,因此,可減少換油次數(shù),節(jié)約材料;(3)低揮發(fā)性;(4)降低摩擦系數(shù)20%～35%,降低功耗4.4%～13.5%,個(gè)別的達(dá)到30%以上;(5)有些品牌具有生物降解性,有利于環(huán)保。

合成潤(rùn)滑油雖然價(jià)格較昂貴,一般為礦物油的4～5倍,但若選用適當(dāng),其總費(fèi)用仍能減少,有的可減少1/2。

2.精密過濾技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。為了保持機(jī)器潤(rùn)滑油的潔凈度,在設(shè)備維護(hù)規(guī)程中均規(guī)定應(yīng)對(duì)油液進(jìn)行隨時(shí)或定時(shí)的過濾,去除雜質(zhì)。但隨著對(duì)機(jī)器零件失效的深入分析發(fā)現(xiàn),應(yīng)用精密過濾技術(shù)有新的收獲。

對(duì)于精密過濾技術(shù),有的工程師稱其為“主動(dòng)維護(hù)”,并定義為“對(duì)導(dǎo)致設(shè)備零件損壞(失效)的根源性因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制,防止零件失效,降低設(shè)備故障,減少維修的一種積極措施。”有的學(xué)術(shù)論文把這種措施稱為“真正的預(yù)防維修”。據(jù)美國(guó)有關(guān)單位的報(bào)告分析,“主動(dòng)維護(hù)” 以低成本保證設(shè)備液壓系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所支出的費(fèi)用為故障(事后)維修費(fèi)用的1/180,為定期(預(yù)防)維修的1/130,為狀態(tài)(預(yù)知)維修的1/80。所以,它稱這種方式為第四代維修。

3.潤(rùn)滑添加劑的發(fā)展與應(yīng)用。隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)備性能的提高,普通礦物潤(rùn)滑油脂已難以滿足設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的需求。為此,科技工作者開始研究在潤(rùn)滑劑中加人少量(3%～5%)特制物質(zhì),以改善其潤(rùn)滑性能,這種特制物質(zhì)被稱為潤(rùn)滑添加劑。潤(rùn)滑添加劑一般不改變潤(rùn)滑基體的黏度等性能,也不與潤(rùn)滑劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。綜合來看,潤(rùn)滑添加劑有以下作用:(1)改善潤(rùn)滑劑的性能。如增加油膜強(qiáng)度。(2)提高潤(rùn)滑劑的工作適應(yīng)性。如改善黏溫特性、降低油液凝點(diǎn)、消除油液中的泡沫等。(3)增加潤(rùn)滑劑的穩(wěn)定性。如提高抗氧化性和抗腐蝕性。(4)改善零件表面性能與工作狀況。如提高零件抗磨性,修復(fù)零件磨損,實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功能。

目前,世界各國(guó)研制的潤(rùn)滑添加劑已有11大類上千個(gè)品種,其中姣姣者為納米添加劑。該項(xiàng)技術(shù)大大提高了設(shè)備潤(rùn)滑應(yīng)用效果。

(1)納米添加劑作用機(jī)理。當(dāng)物質(zhì)顆粒尺寸細(xì)小到納米級(jí)時(shí),通常在1～100nm范圍內(nèi),此時(shí)該物質(zhì)本身的許多固有性能均發(fā)本質(zhì)的變化。這種現(xiàn)象稱為納米效應(yīng)。納米效應(yīng)之一的表面與界面效應(yīng),將使?jié)櫥砑觿┘易瀹a(chǎn)生一次飛躍。

當(dāng)物質(zhì)粒子細(xì)化后,其表面積顯著增加,同時(shí)處于表面位置的原子分子數(shù)量也大幅增加。一般,粒度100nm的粒子,其表面原子分子數(shù)僅占總原子分子數(shù)的 2%;粒度10nm的粒子,表面原子分子數(shù)所占比例為20%;粒度1nm的粒子的表面原子分子數(shù)所占比例則達(dá)90%以上。

粒子表層原子分子的晶場(chǎng)環(huán)境和結(jié)合能與粒子內(nèi)部原子分子不一樣。表層原子周圍缺少電子,有很多空鍵,表現(xiàn)為不飽和狀態(tài),具有極高的化學(xué)活動(dòng)能力。利用這種效應(yīng)可以大大改善潤(rùn)滑劑的效能。

(2)納米添加劑性能分析。目前,納米添加劑主要有納米無機(jī)物、納米無機(jī)鹽、納米有機(jī)化合物、納米有機(jī)高分子材料和納米金屬五類。它們具備各自的優(yōu)異性能,最突出的有以下三個(gè)方面。

①提高油膜強(qiáng)度。由于納米粒子的表面界面效應(yīng),當(dāng)含有添加劑的潤(rùn)滑油脂與零件摩擦表面接觸后,能形成納米吸附膜,并在運(yùn)轉(zhuǎn)中形成納米反應(yīng)膜。其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)添加劑產(chǎn)生的物理吸附膜、化學(xué)吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜。而且由于其粒度非常小,它可以鉆人微米級(jí)添加劑進(jìn)不去的超細(xì)微縫隙,使?jié)櫥Ч选?/p>

②提高添加劑的懸浮密度和均勻程度。由于納米粒子粒度小、重量輕,所以它很容易長(zhǎng)期穩(wěn)定地懸浮在潤(rùn)滑油液中。如1粒1μm3的添加劑顆粒,當(dāng)它細(xì)化為10nm粒度的粒子后,其粒數(shù)可增至106粒。這被稱為納米粒子的體積效應(yīng)和數(shù)量效應(yīng)。上述性能是普通添加劑不具備的。

③實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的修復(fù)功能。納米添加劑的修復(fù)功能體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面,添加劑中的納米金屬粒子在催化劑的作用下與金屬零件表層結(jié)合,形成新的晶格結(jié)構(gòu),填平磨損痕跡。同時(shí)達(dá)到優(yōu)化摩擦副配合間隙的效果;另一方面,在運(yùn)動(dòng)零件發(fā)生極壓摩擦?xí)r,納米添加劑能在零件表面形成金屬陶磁保護(hù)層,使其硬度大大提高,從而防止零件產(chǎn)生新的磨損。

4.油氣潤(rùn)滑技術(shù)。設(shè)備潤(rùn)滑因設(shè)備結(jié)構(gòu)和采用潤(rùn)滑材料的不同有多種潤(rùn)滑方式。比較先進(jìn)的是自動(dòng)定時(shí)給油裝置,其中以油霧潤(rùn)滑應(yīng)用較為普遍。目前,潤(rùn)滑工程師正在研究一種新的潤(rùn)滑方式,即油氣潤(rùn)滑技術(shù)。它比油霧潤(rùn)滑在潤(rùn)滑效果和油料消耗等方面都有明顯改善。

傳統(tǒng)的油霧潤(rùn)滑是使油液被霧化成0.5～2μm的霧粒,隨壓縮空氣等速前進(jìn)到機(jī)器中。而油氣潤(rùn)滑是用步進(jìn)式給油器以0.3～0.4MPa的壓縮空氣,以30～80m/s的流速,定時(shí)、定量地將油滴以0.02～0.05m/s的速度噴到潤(rùn)滑部位。

油氣潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)主要有:(1)耗油量為油霧潤(rùn)滑的1/10～1/30;(2)油液外溢少,有利于改善工作環(huán)境;(3)適用于高速、重載、高溫狀態(tài)下工作的零件的潤(rùn)滑。

二、結(jié)語

上述幾種新潤(rùn)滑技術(shù)確有其突出的優(yōu)越性,但任何先進(jìn)技術(shù)都有其適用范圍,且上述潤(rùn)滑技術(shù)有的是國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)。潤(rùn)滑工程師在采用新的潤(rùn)滑技術(shù)與潤(rùn)滑材料時(shí),應(yīng)根據(jù)自己設(shè)備的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行狀況合理選用,以取得最佳效果。□

(編輯/劉佳)