添加劑對軸承減摩抗磨性能影響試驗研究

摘要：軸承系統是某旋轉機械的關鍵部件，其壽命直接關系機器的壽命，摩擦磨損是影響軸承系統壽命的主要因素，為此需提高軸承系統的抗磨損性能。改善潤滑油性能是提高軸承減摩抗磨性能較為行之有效的方法，加入少量添加劑能夠改善潤滑油使用性能，從而提高軸承的減摩抗磨性能。在試樣試驗基礎上，對最佳復配添加劑、目前所使用潤滑油及基礎油三種油品分別在相同徑向承載下進行了比較試驗，確定出最佳的潤滑油添加劑。并對試驗后的軸承進行了電鏡觀察和能譜分析，對添加劑的作用機理和影響因素進行了分析。

關鍵詞：軸承系統，添加劑，減摩抗磨性能

中圖分類號： TH171 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0000-00

1引言

軸承系統作為旋轉機械的關鍵部件之一，其壽命與機器壽命息息相關。磨損是影響軸承系統壽命的重要因素之一，因此應提高軸承系統的減摩抗磨性能，從而延長機器的使用壽命。軸承系統采用邊界潤滑，對于這種潤滑方式而言，其磨損主要取決于潤滑油性能及摩擦表面性質和相互運動方式[1]。在摩擦副表面性質和相互運動方式確定的情況下，提高摩擦副抗磨損性能最行之有效的方法就是改善潤滑油性能，而加入少量添加劑是改善潤滑油性能的有效手段。但是，添加劑之間有時會產生互相制約作用，因此必須注意它們之間的影響和綜合應用效果。若能選擇恰當的添加劑配方，能夠有效提高摩擦副的抗磨損性能，然而要獲得添加劑的綜合效果往往是不容易的[1]。

2臺架試驗

前期曾針對潤滑油添加劑的使用性能專門開展了的試樣試驗[2]，通過比較磨斑直徑和磨痕寬度已基本確定出添加劑的種類和配方。但是試驗結果還需通過臺架試驗進行考核驗證。臺架試驗在模擬實際使用條件下進行的，更接近實際工況。通過對試驗條件進行強化和控制，能夠在短時間內獲得試驗數據，校驗添加劑對軸承減摩抗磨性能設計的合理性。

由于軸承系統結構的特殊性，其磨損進程較為緩慢，為了能在較短的時間內給出添加劑對軸承減摩抗磨性能的評判結果，需要采用較實際使用條件更為惡劣的環境，同時還應保證不改變軸承系統的摩擦磨損機理，通過分析比較，確定采用增大軸承徑向承載的方法。

2.1 磨損機理分析

對增大軸承徑向承載后軸承的磨損機理進行了分析。軸承的磨損機理主要受：運動形式、潤滑狀態、磨損形式的鑒別方式和添加劑的作用機理四種因素影響。其中，兩者的潤滑方式相同，均為邊界潤滑；添加劑的作用機理均是在摩擦副表面形成化學反應膜；在潤滑狀態和添加劑作用機理方面兩者相同。而在運動方式方面，運動方式主要與：運轉方式、載荷方式和環境因素有關，增大徑向載荷僅是在載荷方式上略有不同；磨損形式的鑒別方式方面正常狀態下磨損形式僅為磨粒磨損。若增大競相承載后磨損形式發生變化，則認為磨損機理發生改變。

對增大徑相承載后的軸承磨損形式進行了觀察，其磨損形式為典型的磨粒磨損。因此，可以判斷兩者的磨損機理并未發生改變。

2.2磨損的鑒別與分析

試驗中，必須建立添加劑磨損輕重的合理判別手段。當軸承承受較大徑向承載時，摩擦副接觸處會產生較大接觸應力，出現單側磨痕。根據添加劑性能特點，不同添加劑對軸承減摩抗磨性能所起作用差別較大，通過比較不同徑向承載承載下所出現的軸承單側磨痕個數就可以評判出添加劑的性能優劣。

2.3 試驗

在磨損試驗臺上分別選用基礎油、潤滑油和復配添加劑潤滑油三種油品進行試驗。其中，基礎油為真空擴散泵油；潤滑油為基礎油中加入少量T306；復配添加劑潤滑油為基礎油中加入T306與T451，兩者體積比為2：3。

2.4 結果分析

試驗均穩定運行1周。每組6個樣品，對試驗后的軸承表面形貌在顯微鏡下進行觀察，軸承在不同徑向載荷不同油品作用下出現單側磨痕的結果進行了統計。

徑向載荷為10N，軸承表面均無單側磨痕。徑向載荷為17N和20N，使用基礎油的軸承表面均出現單側磨痕；徑向載荷為13N，有的存在單側磨痕，有的沒有明顯單側磨痕。隨著徑相承載的增加，軸承中出現單側磨痕的數量增加。對不同油品下出現單側磨痕的個數進行了比較，復配添加劑潤滑油<潤滑油<基礎油，在提高軸承的減摩抗磨性能方面，復配添加劑潤滑油>潤滑油>基礎油，這與試樣試驗結果吻合。

3 軸承表面成分分析

摩擦表面化學成分分析對摩擦磨損研究十分重要，表面層的化學成分與分布特點反映了摩擦副表面間的化學反應和元素遷移[1]。對磨損后軸承表面成分進行分析，可以了解添加劑是如何影響軸承減摩抗磨性能。

X射線能譜儀是用X射線激發表面產生光電子，并進行能譜分析。它適用于研究表面膜的形成以及添加劑對磨損的影響。對新軸承及臺架試驗中三種油品作用下的軸承分別在Quanta 400環境掃描電子顯微鏡下進行了觀測，采用OXFORD INCA400 X射線能譜儀對四種軸承表面成分進行分析，發現：新軸承和基礎油結果基本相同。基礎油不含添加劑，潤滑主要依靠物理吸附。潤滑油和復配添加劑潤滑油作用下，軸承表面均有磷峰，兩者均有含磷添加劑T306，可與摩擦表面發生化學反應，生成化學反應膜，提高軸承的減摩抗磨性能。復配添加劑潤滑油作用下，軸承表面磷含量高于潤滑油中磷含量，由于T451為一種磷酸酯，能與T306作用，產生協同效應，形成強度和韌性更優的混合反應膜，進一步增強軸承的減摩抗磨性能。

復配添加劑潤滑油能夠提高軸承減摩抗磨性能。

4結論

采用增大徑相承載的方法沒有改變軸承的磨損機理，并能在較短時間內評判添加劑的作用效果。

在提高軸承的減摩抗磨性能方面，T306與T451復配潤滑油>潤滑油>基礎油。

能譜結果，T306與T451復配潤滑油形成的化學反應膜磷含量高于潤滑油中磷含量，有利于提高軸承的減摩抗磨性能。

參考文獻：

[1]溫詩鑄. 摩擦學原理. 清華大學出版社，2002

[2]顏志光. 潤滑材料與潤滑技術.中國石化出版社，2000