摩擦学原理第7章ppt课件.ppt

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1、第七章 摩擦学系统与摩擦学设计,主讲：高诚辉,目录,近几年来，应用总的系统理论和工程系统分析的原理来综合研究摩擦学的对象，引起了人们的重视。对这门学科的综合研究将具有重要意义。,一、系统的基本概念二、系统的静态和动态分析三、系统分析的应用四、减少磨损与抗磨设计,一、系统的基本概念,系统科学或系统理论是近三十年发展起来的一门涉及基础科学、技术科学和社会科学的综合性学科。目前，它不仅在理论研究方面取得了一定成果，而且应用范围也在不断扩大，已成为解决综合性的复杂科技问题的一门行之有效的科学。但是，将系统理论应用于摩擦学的研究只是近20多年才开始的。荷兰萨拉姆(O.Salamon)教授较早提出系统设想

2、在摩擦学的应用，而西德契可斯(H.Oslohg)教授则是第一次用系统分析的数学方法来研究摩擦学系统，他们的研究初步论述了摩擦学系统的基本原则。,一般说来，摩擦学系统的基本概念是指系统的定义，系统的类型，系统的数学描述以及研究系统的基本方法。,1.系统的定义,什么是摩擦学系统呢?要回答这一问题，首先要明确 “系统”这一概念。它是表示由相互作用和相互依赖的若干组成部分(可以是环节、元素或部件)结合成具有特定功能的有效机体，而且这个“系统”本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。换句话说，“系统”即是“有一定关系的元素的集合”或者“用结构和功能来相互联系的一组元素”。系统有大有小，有简有繁，任何复

3、杂的大系统都可以按功能或工序流动情况及信息逐级分解成若干小系统。,这样，要组成一个“系统”必须具备两个条件：（1）有特定的功能；（2）由相互有联系的若干元素构成。,2.系统的结构,如图所示是表示一种典型的摩擦学系统的结构(它是常见的齿轮传动)，它由四个元素构成：摩擦副齿轮1和2，中间材料3和周围介质4。其特定的功能是传递扭矩和角速度。齿轮1和2具有“相对运动”，并且是“相互作用的表面”。因此，是符合我们所讨论的摩擦学系统的定义的。,由元素A、其性质P和相互作用R组成的摩擦学系统的结构，通常以S表示。S A，P，R,3.系统的分类,目前，系统的分类方法比较多，通常可以分为开式和闭式系统。当物质和

4、能量与周围介质等出现相互变化时，系统是开式的；当互相变化不大时，则系统是闭式的。 在开式系统中，当动能转变为热能或其它形式的能量时，通过确定不变的过程，则称为“离散系统”。当输入和输出随时间而变，则系统处于“动态”。在某些情况下，当系统处于动力平衡状态时，就叫“静态”或“稳态”。,根据系统理论，摩擦学系统是属于“开式、离散、动态系统”，因为在摩擦过程中，将引起能量损失和材料损失，摩擦学的结构和功能都将随之发生变化。,4.系统的数学描述,下图是系统的数学描述。这是采用在物理、化学中使用的从系统中分离出方框的方法而得的，和在力学中采用取“脱离体”的方法一样。由图不仅可看出系统的结构，即SA，P，R

5、，而且表示了输入、输出和功能的关系。,4.系统的数学描述,每一个系统都可以从它周围的区域中分离出一个假设的系统方框，用方框分离出来的小系统与周围区域之间的联系可以分为输入x和输出y。系统的功能是将输入x转换为输出y。转换可以用任何一个数学方程、物理的相似、词的描述等来表示。下图是用词的描述表达输入到输出关系。,必须指出：系统分析常常选取“建立模型”的形式，即以图解或分析的方式来表示系统，可以容许利用该“模型”来研究系统的功能。但是，目前摩擦学系统的研究还不能完全采用数学分析的方法，因为许多因素的数学函数关系尚未建立，故多以图解方式来研究。,二、系统的静态和动态分析,摩擦学系统一般是属于“开式、

6、离散、动态系统。为了便于分析，可先从静态时摩擦学系统入手，以理想的齿轮传动作为一个例子来分析静态时的情况。齿轮传动是以半径r1和r2的两个齿轮组成，齿轮的传动比为i =r2/r1。这一对齿轮传动将转换扭矩M1 M2，和角速度1 2。这是从机械能到机械能量的转换。,（1）系统结构S = A, P, R 齿轮传动系统的元素组A是由齿轮l和2，润滑剂和周围环境所组成。作为元素组的性质P是与齿轮1和2所选用的材料几何参数等有关；与润滑剂的化学成分、粘度等因素有关；与周围环境的化学成分、温度等有关。,（1）系统结构S = A, P, R ,元素间的相互作用以及表示：齿轮1和2之间的相互作用可以用“接触”

7、这一术语来描述，而齿轮表面与润滑剂或介质之间的相互作用特征是“摩擦化学反应”，润滑剂与介质之间的相互作用是属于“扩散”性质的。,（2）输入、输出 系统可以从周围环境中以系统方框的形式分离出来，输入和输出以齿轮1和2的相应的扭矩和角速度表示。,（3）功能,齿轮传动系统的输入、输出功能关系可以按照电学的克希荷夫定律的相似性得出。从力的相等考虑，则作用于相互作用的齿轮的齿形上的力应该相等，即F1F2。引入传动比i，则可得输出扭矩M2是等于输入扭矩M1乘以传动比i。从几何参数的相似性研究，则接触表面的速度应该一样，即v2v1。若输入扭矩M1和输入角速度1用输入向量X来表示，输入向量又可以转换为输出向量

8、Y及转换为矩阵，则,上述分析表明，理想的摩擦学系统的静态状况是摩擦和磨损的损失很小，可以忽略不计，这时输入到输出的转换完全是自由的，无损失的，而系统的结构SA，P，R不变化，不会影响输入输出关系的功能。,（3）功能动态系统,下图表示动态时的摩擦学系统。在这种情况下，首先是输入同样转换成输出，其次是系统的功能和结构借助于摩擦和磨损机构(其特征是“摩擦学工序”)来影响。即摩擦和磨损过程既可以改变系统的结构，导致不需要的“损失”输出，也可以影响系统的功能，最后完全丧失功能。,更具体地说，摩擦学工序中的摩擦极大地影响系统功能(能量损失)，而摩擦学工序中的磨损极大地影响系统结构(材料损失)。,三、系统分

9、析的应用,1.在摩擦磨损试验数据表中的应用 下面是数据表的基本原理。该数据表包括四项内容：系统的技术功能，系统的工作参数，系统的结构，系统的特性。 第一组参数是关于摩擦学系统的技术功能。从物理学的观点来看功能可分为四种类型：运动的传导借助于各种类型的“轴承”；利用凸轮机构等来传递信息；通过齿轮传动等传递能量；材料的变形如挤压或拉丝。,第二组参数是系统的工作参数。包括运动的类型(滑动、滚动、振动等)，载荷，速度，温度，工作的持续性等。 第三组参数是系统的结构。一般是由四个元素构成，其中由相对运动形成的相互作用的表面部分是摩擦学元素1和2；其它两个基本元素是润滑剂3和周围环境4。在系统中四个基本元

10、素在摩擦和磨损过程中都是相互作用的。,1.在摩擦磨损试验数据表中的应用,第四组参数是系统的特性。其数据可以在摩擦学试验时进行测量，它的特性可以分为三部分：,(1)摩擦引起的系统结构的变化是非常重要的，这是和电力系统不同的。一般说来，电力系统的结构(如变压器)是不随时间变化的。而在摩擦学系统中结构将随时间而变，这是因为摩擦和磨损在起作用。这种变化表现在系统中元素的破坏，元素特性的改变(即接触区域和表面位置的变化)，以及在工作参数的作用下磨损机构的变化。 (2)摩擦引起的能量损失，有可能变成熵的输出。 (3)磨损引起的材料消耗。 借助于摩擦学系统数据表的形式来整理摩擦和磨损试验的有用数据具有一定优

11、越性。戴熊杰教授的摩擦学书中给出一个应用实例。,摩擦学系统分析数据表的主要内容,2.在摩擦磨损失效分析中的应用,失效分析是近30年来发展起来的一门技术科学。所谓失效，是指机械设备或零件不能达到预期功能。失效分析即是通过合乎逻辑的思路、科学的方法，使用必要的实验技术和手段，包括近代发展起来的各种微观表面分析仪器，找出失效的原因，判断失效的机理，并提出防止失效的措施。也就是说，失效分析既包括失效分析思想方法本身，也包括失效分析的实验技术，二者密切配合。 美国60年代初提出的“失效树分析法”及近代各种先进分析仪器的产生，促使失效分析技术获得广泛的应用和迅猛的发展。,（1）磨损失效及分析的特点,失效分

12、析包括机械设备和机械零件的失效分析。机械零件失效方式主要有三大类：断裂、腐蚀和磨损。磨损失效分析与断裂失效分析相比，具有许多不同之处和特点，但在整个思路上和多数实验技术上还是相同的。 由于磨损是一个十分复杂的过程，目前对各种磨损机理的研究还很不完善，因此磨损失效分析不同于其它失效分析(如断裂失效分析)而具有自己的特点。,磨损问题的普遍性 磨损失效广泛存在于自然界。,确定磨损失效模式的重要性,目前对磨损的分类还存在争论。人们根据磨损件表面、亚表面等和残留物(包括磨屑)的特征，首先判断失效的模式，进而推断引起失效的根本原因。确定失效模式是磨损失效分折的核心。,磨损的表面现象 磨损是表面相互作用的结

13、果。其严重程度及失效方式与表面材料、表面膜的成份、组织、处理工艺有关，也即与表面的物理、化学、力学性能以及形状、形貌有关，这与断裂失效分析主要注重整体材料性能不同。磨损失效分析极为重视表面分析仪器的应用，在扫描电镜+能谱技术、俄歇谱仪出现以前，要同时测定磨损形貌和成份，要分析几个原子层厚的表面的磨损机理是根本不可能的。,磨损的动态过程,另一方面，由于磨损是一动态过程，瞬间产生的磨损痕迹会被随之而来的表面接触所破坏以致前面的信息来不及提取出来就自行消失，这和断裂问题的断口能够保留断裂瞬间的现场形貌有所不同。,磨损失效的表面性和动态性造成磨损测试研究的困难，现在还不可能对正在磨损过程中的两不透光表

14、面进行动态观察和测试，实际接触点上的“闪温”也无法实测到，微区应力应变和磨屑形成等还主要靠模型来推测。,磨损研究的系统性,磨损是对复杂的摩擦学系统进行的。最简单的摩擦学系统也包括有两个相对运动的接触表面，各自的材质、原始表面形貌、运动方式、载荷、速度、环境介质等都将影响磨损结果。,实际磨损工况则要复杂得多。因此前面所提到的失效模式也往往不是单一的，而是多因素交叉结合造成的多种失效模式的综合结果。 为了综合考虑磨损失效中多因素影响，特别是处理复杂工况条件下的磨损问题，磨损的系统分析方法是十分有效的。,磨损失效分析的综合性,磨损失效分析涉及到摩擦学、材料学、断口学、力学、物理学、化学、腐蚀科学、工

15、艺学、设计基础等学科知识，此外，实验和表面分析技术如无损检测、机械性能试验、金相检验、化学分析、磨损和断裂试验，以及模拟试验等也非常重要。,零件的磨损失效分析与机械设备的失效分析既有共同点又有区别。为了提高设备的可靠性和寿命，把设备整体作为对象，进行磨损状态测试，研究一般的磨损规律，划分从磨合到失效的若干阶段，对可靠度和寿命进行计算等。而零件磨损失效分析着重磨损零件损坏原因的分析，不同磨损类型的零件较易区分，对其分析有利于揭示磨损过程、磨损机理和转化，也为选用耐磨材料和强化工艺提供可靠的依据。,磨损失效分析处经验性阶段,目前，系统分析中对磨损各组元的参数分析、计算仍是十分困难。因此对实际磨损零

16、件进行有效的失效分析是当前磨损失效分析工作的重点。即便如此，也仍有赖于经验积累。如分析零件磨损时掉落的碎屑，这些碎屑可视为微观区域断裂的结果，断裂方式可以是韧性断裂、疲劳，也可以是脆性断裂，同时伴随不同程度和一定范围的塑性变形。再说磨损失效有多种形式，可以因密封失效、表面粗糙增加、各种原因的损伤累积等造成，也可以是磨损不直接造成失效，但却是后期失效的起因。,由此可知，不同的失效形式可以有各自的判据，加之磨损本身是一个系统性质问题，因而导致复杂因素交叉影响，在无法孤立分析、研究、计算的情况下，磨损失效分析只能建立在经验和实验的基础上，建立在积累大量资料、具有广泛丰富知识的基础上。,（2）磨损失效

17、分析的一般方法,磨损问题的系统分析 下面简单介绍契可斯(Czichos)系统分析方法的基本概念。如图所示，摩擦组元(1)、(2)在载荷FN下滑动S距离。材料的磨损特性与“系统”有关。,两摩擦组元各自磨损率W(1)、W(2)之和决定了该系统的磨损率；而磨损特征W取决于两组元各自性能P(1)、P(2)以及两组元之间的相互关系R(1，2)和工作变量FNS等，即,WW(1) + W(2)Wf (P(1), P(2), R(1, 2), FNS),磨损问题的系统分析,因此系统分析首先要了解以下参数： (1)相互作用的组元及其相关性能； (2)工作变量： 相对运动类型、载荷、速度、试验时间等； (3)相对

18、运动界面的磨损机理。,由此可知，材料磨损特性与其力学、物理、化学性能不同；不是材料的固有性能，而是与外界条件密切相关的摩擦学系统性能。解决磨损问题时必须考虑整个系统的性能和各组元相互影响，这就是系统分析的基本出发点。,磨损问题的系统分析,右图表明一个磨损系统的损耗输出特性。图中A表示系统组元，P表示相关性质，R表示相互作用，系统由A、P、R组成，写作S(A，P，R)。磨损损耗输出Z可以看作是输入工作变量x对系统结构S输入作用的结果。,故磨损损耗f (工作变量、系统结构)，即Zf (x, S)。 磨损失效分析应用系统分析方法取得实效已有许多例子，并且采用了上述的系统分析数据表。,“失效树”分析法

19、,“失效树”即用数理逻辑符号，将导致失效事件的各种可能性(潜在原因)，沿其发生过程连接起来。建树过程是逻辑理论分析和实践经验积累应用的过程，务必符合理辑并不使遗漏。建树流程应着重考虑各种分枝，如： 1)结构设计上的问题； 2)摩擦副材料选择、零件材料性能和加工工艺； 3)使用、维护条件，润滑剂选择等。,失效树分析是一种从结果到原因的逆向分析方法。失效树反映出系统失效各事件的内在联系，形象化，并使分析者一目了然，掌握这种联系加以正确分析。另外还可进一步根据各类失效事件的统计数据，计算出该零件或系统的可靠性，以及作出数学模型，用于定性或定量分析。,四、减少磨损与抗磨设计,随着工业技术的发展，对各种

20、机械装备的表面性能要求越来越高，一些在高速、高温、重载或腐蚀介质下工作的零件，往往因其表面局部损伤最终导致整个设备失效。为此，通过抗磨设计方法以达到提高零件的耐磨性、延长使用寿命的目的，受到工程技术部门的广泛重视。,机械零件抗磨损设计最有效的方法是在摩擦表面之间建立一层润滑膜,包括流体润滑膜、表面吸附膜和化学反应膜等。为此,必须根据摩擦副的工况条件正确地选择润滑油脂,有时还需要选用适当的添加剂以使润滑膜具有特殊性能。抗磨损设计中另一个重要问题是对摩擦副材料的配对、表面强化措施的合理选择。此外,润滑油供应系统的过滤与摩擦表面的密封等也是抗磨损设计的重要环节。表面涂层或改性是有效提高机械零件使用寿

21、命的新技术,使材料表面具有耐磨损、耐高温、抗腐蚀等特殊的性能, 从而获得显著的经济效益。,1.摩擦副材料选配原则,摩擦副材料的耐磨性是重要的选材依据。耐磨性是系统特性，但与材料的硬度、韧性、互溶性、耐热性、耐蚀性等性质有很大的关系。在系统条件一定时，不同类型的磨损，由于其磨损机理不同，可能侧重要求上述性质中的某一方面或两方面。此外，还要注意摩擦副材料配偶表面的匹配性，有时硬配硬好如滚动轴承，有时硬配软耐磨如滑动轴承，有时还不得不特意让磨损限制在某一零件如活塞环上而保证配偶零件如缸套的耐磨性。,正确选择摩擦副的材料是提高机器零件耐磨性的关键。在耐磨损的设计中，要根据不同的磨损类型来具体考虑。下面

22、按不同磨损类型对材料选配加以介绍。,（1）磨粒磨损的摩擦副材料的选配,如前所述，对于磨粒磨损，纯金属和未经热处理的钢的耐磨性与自然硬度成正比。靠热处理提高硬度时，其耐磨性提高不如同样硬度的退火钢。对淬硬钢来说，硬度相同时，含碳量高的牌号耐磨性优于含碳量低的。 耐磨性与金属的显微组织有关。马氏体耐磨性优于珠光体，珠光体优于铁素体。对珠光体的形态，片状的比球状的耐磨，细片的比粗片的耐磨。回火马氏体常常比不回火的耐磨是因为未回火的微组织硬而脆。,对于同样硬度的钢，含合金碳化物比普通渗碳体耐磨，形成碳化物的元素原子越多就越耐磨。钢中所加合金元素若越容易形成碳化物则越能提高耐磨性，例如Ti，Zr，Hf，

23、V，Nb，Ta，W，Mo等元素优于Cr，Mn等元素。,（1）磨粒磨损的摩擦副材料的选配,对于由固体颗粒的冲击所造成的磨粒磨损来说，需要正确的硬度和韧性相配。对于小冲击角即冲击速度方向与表面接近平行的情况，例如犁铧、运输矿砂的槽板等，如图所示。,在硬度和韧性的配合中更偏重于高硬度，可用淬硬钢、陶瓷、铸石、碳化钨等以防切削性磨损；对于大冲击角的情况，则应保证适当的韧性，可用橡胶、奥氏体高锰钢、塑料等，否则碰撞的动能易使材料表面产生裂纹而剥落。,（1）磨粒磨损的摩擦副材料的选配,对于高应力冲击,如图所示的破碎机碾子、球磨机滚筒、钢轨等,可用塑性良好且在高冲击应力下能变形硬化的奥氏体高锰钢。,对于三体

24、磨损来说，一般是提高摩擦表面的硬度，当表面硬度约为1.4倍颗粒硬度时耐磨效果最好，再高则无效。三体磨损的颗粒粒度对磨损率也有影响。实验表明，当粒度小于100m时，越小则表面磨损率越低。粒度大于100m时，粒度与磨损率无关。,（2）粘着磨损的摩擦副材料的选配,前已述及，粘着现象常常是因摩擦热引起材料的再结晶、扩散加速或表面软化开始。甚至由于接触区的局部高压、高温而导致表面熔化。因此粘着磨损与表面材料匹配密切相关。对于材料的匹配有以下规律： 固态互溶性低的两种材料不易粘着。一般说来，晶格类型相近、晶格常数相近的材料互溶性较大，最典型的例据是相同材料很容易粘着。,两种材料形成金属间化合物，也较少粘着

25、效应，因金属间化合物具有脆弱的共价键。塑性材料往往比脆性材料易发生粘着现象，且塑性材料形成的粘着结点强度常大于母体金属，因而撕裂常发生于次表层，产生的磨粒较大。,（2）粘着磨损的摩擦副材料的选配,材料熔点、再结晶温度、临界回火温度越高，或表面能越低，越不易粘着。从金相结构上看，多相结构比单相结构粘着效应低，例如珠光体就比铁素体或奥氏体粘着效应差。金属中化合物相比单相固溶体粘着效应低，六方晶体结构优于立方晶体结构。金属与非金属如碳化物、陶瓷、聚合物等的配对比金属与金属的配对抗粘着能力高，聚四氟乙烯(PTFE)与钢配对抗粘着能力很高，而且摩擦系数低，表面温度低，耐热的热固性塑料较热塑性塑料为好。,

26、其他条件相似的情况下，提高硬度则表面不易塑性变形因而不易粘着。对于钢来说，700HV（或70HRC）以上可避免粘着磨损。,（3）接触疲劳磨损的摩擦副材料的选配,接触疲劳磨损是由于循环应力使表面或表层内裂纹萌生和扩展的过程。由于硬度与抗疲劳磨损能力大体上呈正比关系,一般提高表面层的硬度有利于抗接触疲劳磨损。但表面硬度过高，材料太脆，抗接触疲劳磨损能力也会下降。轴承钢硬度62HRC时抗接触疲劳磨损的能力最高, 硬度再高反而会降低平均寿命。对于高副接触的摩擦副,配对材料的硬度差5070HBS时, 两表面易于磨合和服贴, 有利于抗接触疲劳。,为控制初始裂纹和非金属夹杂物，应严格控制材料冶炼和轧制过程。

27、因此轴承钢常采用电炉冶炼，甚至真空重熔、电渣重熔等技术。灰口铸铁虽然硬度低于中碳钢，但由于石墨片不定向，而且摩擦系数低，所以有较好的抗接触疲劳性；合金铸铁、冷激铸铁，抗接触疲劳能力更好；陶瓷材料通常具有高硬度和良好的抗接触疲劳能力，而且高温性能好，但多数不耐冲击，性脆。,（4）微动磨损的摩擦副材料的选配,由于微动磨损是粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损等的复合形式，一般说来，适于抗粘着磨损的材料配对也适于抗微动磨损。实际上，能在微动磨损整个过程的任何一个环节起抑制作用的材料配对都是可取的，例如，抗氧化磨损或抗磨粒磨损良好的材料都能改善抗微动磨损能力。,（5）腐蚀磨损的摩擦副材料的选配 应选择耐腐蚀性

28、好的材料，尤其是在表面形成的氧化膜能与基体结合牢固，氧化膜韧性好，而且是致密的材料，具有优越的抗腐蚀磨损能力。,2.表面摩擦学改性,（1）常用改性方法 常用的表面摩擦学改性处理有三类：机械加工强化是不改变表面的化学成分，通过加工过程改变材料表面的组织结构、力学性能或几何形貌来实现强化。扩散处理强化是依靠渗入或注入某些元素的办法改变表面的化学成分，或同时附加热处理的手段，使表面得以强化。例如各种化学处理和化学热处理。,表面涂覆的特点是直接在材料表面进行镀、涂或用物理、化学方法覆盖上一层强化表面层。覆盖层分硬涂层和软涂层两种，硬涂层经常是镀铝、堆焊以及喷涂碳化物与陶瓷等，软涂层则常常是针对粘着磨损

29、的，目的是降低摩擦系数和提高耐温性等。软涂层包括涂覆铜、铟、金、银等软金属，也包括涂覆PTFE和MoS2等固体润滑剂。,（2）表面涂层设计,首先须了解预涂零件的工作条件和可能发生的失效类型，从而设计涂层性能和选择涂层材料。其次是根据各种涂层方法特点及其适用范围，选择适合的涂层工艺。表面涂层设计的一般原则,满足工况条件的要求：根据涂层受力状态和工况条件需要选择涂层类型。例如在氧化气氛或腐蚀介质中工作可以采用热喷涂, 选择如陶瓷、塑料等非金属喷涂材料。而提高表面耐磨性则应选用陶瓷或者合金钢涂层材料。如果涂层工作温度很高或变化很大则必须选用耐热钢、耐热合金或陶瓷涂层。具有适当的结构和性能：根据涂层的

30、工况条件，设计涂层厚度、结合强度、尺寸精度，以及确定涂层内是否允许有孔洞、是否需要机械加工及加工后的表面粗糙度等。,表面涂层设计的一般原则,与基体材质、性能的适应性：涂层与基体的材质、尺寸外形、物理化学性能、热膨胀系数、表面热处理状态等应有良好的适应性。技术上的可行性：为了实现设计的表面涂层性能，应分析选定的涂层方法的可行性。若单一表面涂层的性能不能满足要求时，可否采用复合涂层。,表面涂层方法的选择 在选择表面涂层方法时，通常应从以下方面考虑： 涂层材料的熔点高低：例如陶瓷涂层材料的熔点高于金属材料，故常选用等离子喷涂或镀膜等表面涂层方法。,表面涂层方法的选择,涂层厚薄：涂层方法不同，其最佳涂

31、层厚度也不相同。一般情况下，堆焊层厚度范围较宽，为25mm；热喷涂涂层厚度为0.20.6mm；喷熔涂层厚度为0.21.2mm；电刷镀涂层厚度在0.5mm以下；镀膜涂层厚度在0.05mm以下。,涂层与基材结合强度：堆焊与喷熔涂层可获得高的结合强度，例如：镍基自熔性合金粉末喷熔 涂层与基材结合强度可达3.43MPa以上；热喷涂涂层一般为 0.30.5MP；电刷镀涂层与基材的结合强度大体上相当；镀膜涂层高于电刷镀涂层而低于喷熔涂层。基材耐热温度：堆焊涂层可使基材表面达到熔化状态；喷熔涂层使基材表面温度在1000左右；喷涂涂层使基材表面温度上升至300以下；电刷镀和浆液涂层可在室温条件下进行；镀膜工艺

32、的基材温升也较低，通常可在室温或略高的温度下进行。,3.润滑油脂与添加剂选择,润滑膜应有适当的厚度才能保护摩擦表面达到防止或减轻磨损的目的。实践证明：在多数情况下油膜厚度无需完全覆盖住表面的粗糙峰就可以有效地润滑，而油膜过厚也有不良影响，例如刚性较差。通常利用膜厚比hmin/，作为衡量润滑状态的参数。,一般认为，1.5就可把各种类型的磨损控制在轻微的程度内而获得合理的寿命。还可以进一步地划分：对于较低的速度或较低的表面粗糙度，要求0.51；对于较高的速度或粗糙的表面，则应使2；对于磨合过的表面，取0.51；而对于未磨合的表面则应取2；如果是平面或圆柱面接触，要求且大些，例如25，甚至更大，以补

33、偿表面的波纹度和形状误差；在载荷不稳定的情况下，也应提高值。,（1）润滑油的选择,润滑油选择应根据使用条件对润滑油的主要特性（可查相关手册）进行综合分析。对润滑油的一般要求如下：,粘度、粘度指数及粘压系数 适当的粘度可以保证达到油膜厚度的要求,但粘度值太高则摩擦阻力增加并引起发热。粘度值受温度影响很大,当工作温度和环境温度变化较大时,除润滑油粘度之外,还需要选择合适的粘度指数，它是衡量润滑油热稳定性的重要指标,粘度指数越高即温度影响越小。如果粘度低或粘温特性不够好,可以加入增粘添加剂加以改进。常用的增粘剂有：聚乙烯基正丁基醚、聚甲基丙烯酸酯和聚异丁烯等。这些高分子聚合物不仅可以使油的粘度增大,

34、而且其分子链能随温度改变形态。低温时卷曲成小球状,增粘作用小,而高温时舒展成线状,增粘作用加强,从而改善粘温特性。如前所述,润滑油的粘压系数对于弹流润滑的油膜厚度有显著的影响。,稳定性,在润滑油使用过程中，由于氧化变质会丧失润滑性能，大大降低工作寿命。因此润滑油需要有较好的稳定性。注意各种常用合成油的使用温度界限，如超出允许温度上限，则会加速氧化。常用的抗氧化添加剂有：二烷基二硫磷酸盐对羟基二苯胺、2，6二叔丁基对甲酚二苯胺。它们在金属表层形成的保护膜既可防止锈蚀，又可阻止金属对润滑油氧化所起的触媒作用，因而降低氧化速度。,其他要求 对润滑油的要求还需要考虑其他功能，如冷却、密封、防蚀、排屑、

35、防火、安全性以及与环境的相容性等。下表列出一些选取润滑油基本原则。,润滑油选取的基本原则,其他要求,其他注意事项有：易氧化处及循环润滑系统不宜掺用动物油或植物油；汽油机油与柴油机油不宜用于潮湿处；变压器油不宜作润滑油用；内燃机等高温机械不宜用汽轮机油和液压油；当工作温度低或要求粘度较低时，可与煤油掺和使用，但煤油量不宜超过50；煤油不宜用于精密机械。,（2）润滑脂的选择,润滑脂的组成 润滑脂俗称黄油或干油，由润滑油加入稠化剂在高温下混合而成。在润滑脂中，润滑油是主要成分占总质量的7585，稠化剂占1020，还有0.5一5添加剂。润滑油决定了润滑脂的润滑性能、低温性能和抗氧化安定性。高速轻载用的

36、润滑脂须用粘度较低的润滑油，低温用的润滑脂须用低凝点的矿物油。,稠化剂的作用 稠化剂的作用是减少润滑油的流动性，同时，增强密封性、耐压性、缓冲性等。润滑脂的耐温性、耐水性和软硬程度主要决定于稠化剂的品种和含量。例如，用钙皂作稠化剂的润滑脂耐水不耐温，而钠皂稠化剂耐温不耐水。润滑脂的分类按所用的稠化剂种类来划分，如钙基脂、钠基脂等。,（3）固体润滑剂,润滑脂添加剂 添加剂在润滑脂中的作用与在润滑油中相似，如添加石墨和MoS2可提高润滑脂的抗磨耐压性能，添加胺基化合物可提高其抗氧化安定性。,固体润滑剂是指一些低剪切强度的固体，例如软金属、软金属化合物、无机物、有机物和自润滑复合材料。它们的特点是耐

37、热、化学稳定性好、耐高压、不挥发、不污染，因此特别适用于不能密封和供油的系统中。对某些用常规润滑方式难以解决问题的场合，如原子能工业、塑料工业、火箭、人造卫星等领域具有特殊的意义。其缺点是通常润滑表面磨损比油润滑高。由于不能有效地带走热量，因而可能导致胶合。常用的固体润滑剂的特性可查相关手册。,（4）过滤与密封,机械系统中相对运动部件需要通入润滑剂或冷却剂，其经常被外来尘土所污染，加剧表面磨损。实践表明，润滑剂清洁与否，能够使摩擦副寿命相差达10倍。因此，要求对进入摩擦表面间的润滑剂和冷却剂进行过滤和密封，以清除有害的颗粒，是抗磨设计的措施之一。,润滑剂中的颗粒主要有硬颗粒和软颗粒。硬颗粒易导致摩擦副过早磨损和油孔梗阻。润滑剂中颗粒造成表面磨损的机理可以分为三类：硬颗粒嵌在摩擦表面上，对对磨表面起切削作用造成磨粒磨损，其磨损的严重程度与颗粒的数目及硬度成正比。摩擦面间的硬颗粒在摩擦过程中不断进行辗、划、挤压，使表面产生局部塑性变形和位错，最终导致表面的疲劳磨损。硬颗粒的辗、划、压挤作用，还可以在表面上挤出高垄来。这些高垄在以后的摩擦过程中将导致金属的直接接触以及发展为粘着磨损。,