润滑专家王大中 论设备润滑技术的发展与应用
发布时间：2016-11-06来源：装备保障管理网 编辑：王大中
论设备润滑技术的发展与应用
设备润滑是设备维护工作的重要组成部分，而且其作用日显突出。设备润滑工作包括润滑管理与润滑技术两个范畴。近年来，润滑技术发展迅速，在设备工程领域中的地位显著提高，成为四大工程技术之一。
一、引言
各类机械设备都是靠其机构的运转来实现其预定功能的。相互接触的机器零件在运动中不可避免地产生摩擦，并导致机件产生磨损。摩擦依润滑状态不同可分为：干摩擦、边界摩擦和液态摩擦。为了降低摩擦，减少磨损，降低能耗，提高设备运行效率，常用的措施就是在设备相对运动的部位进行润滑。就边界摩擦而言，其润滑原理为：润滑剂的分子与零件摩擦表面结合而形成边界膜，从而不同程度地降低摩擦系数，减少或防止零件磨损。
用于设备润滑的材料即润滑剂，约有600余种。润滑剂可以分为润滑基体和润滑添加剂两大类。润滑基体又分为天然润滑剂和人工合成润滑剂。
二、润滑技术的发展与应用
当前，在设备润滑技术发展中有四个方面值得关注，现分述如下。
1．合成油品的发展与应用
在天然油品中以矿物油应用最多。不论矿物润滑油还是润滑脂，都有明显的润滑效果与不足。天然润滑油突出的缺点为：
（1）油液的黏度随工作环境温度变化而变化，影响机器润滑效果；
（2）在空气中易氧化变质，尤其在高温情况下，其稳定性较差；
（3）摩擦系数偏大，运动功率消耗偏大；
（4）油液不易降解，污染环境。
为了克服天然润滑油存在的诸多问题，从20世纪30年代起，润滑科技人员开始研制合成润滑剂。美国、德国先后生产出各种规格的合成润滑油，并逐步推广应用。
合成润滑油的优点是：
（1）良好的黏温性能；
（2）高温抗氧化的稳定性，使用期长，约为矿物油的六倍。因此，可减少换油次数，节约材料；
（3）低挥发性；
（4）降低摩擦系数20％－35％，降低功耗4.4％-13.5％，个别的达到30％以上；
（5）有些品牌具有生物降解性，有利于环保。
合成润滑油虽然价格较昂贵，一般为矿物油的4-5倍，但若选用适当，其总费用仍能减少，有的可减少1/2。
目前，世界工业发达国家普遍重视合成润滑油的使用，尤其是在汽车上。如在美国，90％以上的汽油机和 60％以上的柴油机均采用多级合成油；在日本，100％的汽油机和52％的柴油机采用多级合成油。在我国则应用较少，仅有13％的汽油机和16％的柴油机使用了多级合成油。
2．精密过滤技术的发展与应用
为了保持机器润滑油的洁净度，在设备维护规程中均规定应对油液进行随时或定时的过滤，去除杂质。但随着对机器零件失效的深入分析发现，应用精密过滤技术有新的收获。 运行中机器零件的失效主要表现为四种形式。对于防止断裂、变形和腐蚀，特别是前两种失效，已有比较可靠的解决方法。如从设计（包括对材料的选用、 制造和监测等方面采取措施，而磨损地难以预防。
近年来，国中外的设备工程师通过试验研究认为，机件磨损表现为摩擦磨损、黏附磨损和磨粒磨损三种形式。前两种磨损通过良好的润滑即可预防。对磨粒磨损的认识则不充分。大量实验证明，油液中由金属零件上脱落的颗粒杂质是造成零件磨损的主要原因。因此，应经常检测油液中磨粒的数量与形状，做到及时清除。常用的方法就是对油液进行精密过滤，滤掉》5μm的杂质，其效果显著。瑞典SKF轴承公司的试验表明，清除油液中2～5μm的固体颗粒后，轴承的寿命可以延长10－50倍；日本BHP钢铁公司NSC轧钢厂长期实行“润滑污染预防控制”取得显著效果，设备故障由每年300余起降至85起，液压泵更新率降低80％。
对于精密过滤技术，有的工程师称其为“主动维护”，并定义为“对导致设备零件损坏（失效）的根源性因素进行监测与控制，防止零件失效，降低设备故障，减少维修的一种积极措施。”有的学术论文把这种措施称为“真正的预防维修”。据美国有关单位的报告分析，“主动维护” 以低成本保证设备液压系统正常运转所支出的费用为故障（事后）维修费用的1/180，为定期（预防）维修的1／130，为状态（预知）维修的1/80。所以，它称这种方式为第四代维修。
3．润滑添加剂的发展与应用
随着工业技术的进步和设备性能的提高，普通矿物润滑油脂已难以满足设备运转的需求。为此，科技工作者开始研究在润滑剂中加人少量 （3％－5％）特制物质，以改善其润滑性能，这种特制物质被称为润滑添加剂。润滑添加剂一般不改变润滑基体的黏度等性能，也不与润滑剂产生化学反应。综合来看，润滑添加剂有以下作用：
（1）改善润滑剂的性能。如增加油膜强度；
（2）提高润滑剂的工作适应性。如改善黏温特性、降低油液凝点、消除油液中的泡沫等；
（3）增加润滑剂的稳定性。如提高抗氧化性和抗腐蚀性；
（4）改善零件表面性能与工作状况。如提高零件抗磨性，修复零件磨损，实现自适应功能。
目前，世界各国研制的润滑添加剂已有11大类上千个品种，其中姣姣者为纳米添加剂。该项技术大大提高了设备润滑应用效果。
（1）纳米添加剂作用机理
当物质颗粒尺寸细小到纳米级时，通常在1-100nrn范围内，此时该物质本身的许多固有性能均发土质的变化。这种现象称为纳米效应。纳米效应之一的表面与界面效应，将使润滑添加剂家族产生一次飞跃。
当物质粒子细化后，其表面积显著增加，同时处于表面位置的原子分子数量也大幅增加。一般，粒度100nrn的粒子，其表面原子分子数仅占总原子分子数的 2％；粒度10nrn的粒子，表面原子分子数所占比例为20％；粒度1nm的粒子的表面原子分子数所占比例则达90％以上。
粒子表层原子分子的晶场环境和结合能与粒子内部原子分子不一样。表层原子周围缺少电子，有很多空键，表现为不饱和状态，具有极高的化学活动能力。利用这种效应可以大大改善润滑剂的效能。
（2）纳米添加剂性能分析
目前，纳米添加剂主要有纳米无机物、纳米无机盐、纳米有机化合物、纳米有机高分子材料和纳米金属五类。它们具备各自的优异性能，最突出的有以下三个方面。
①提高油膜强度。由于纳米粒子的表面界面效应，当含有添加剂的润滑油脂与零件摩擦表面接触后，能形成纳米吸附膜，并在运转中形成纳米反应膜。其强度远远超过传统添加剂产生的物理吸附膜、化学吸附膜和化学反应膜。而且由于其粒度非常小，它可以钻人微米级添加剂进不去的超细微缝隙，使润滑效果更佳。
②提高添加剂的悬浮密度和均匀程度。由于纳米粒子粒度小、重量轻，所以它很容易长期稳定地悬浮在润滑油液中。如1粒1μm3的添加剂颗粒，当它细化为10nrn粒度的粒子后，其粒数可增至106粒。这被称为纳米粒子的体积效应和数量效应。上述性能是普通添加剂不具备的。
③实现对零件的修复功能。纳米添加剂的修复功能体现在两个方面。一方面，添加剂中的纳米金属粒子在催化剂的作用下与金属零件表层结合，形成新的晶格结构，填平磨损痕迹。同时达到优化摩擦副配合间隙的效果；另一方面，在运动零件发生极压摩擦时，纳米添加剂能在零件表面形成金属陶磁保护层，使其硬度大大提高，从而防止零件产生新的磨损。
4．油气润滑技术
设备润滑因设备结构和采用润滑材料的不同有多种润滑方式。比较先进的是自动定时给油装置，其中以油雾润滑应用较为普遍。
目前，润滑工程师正在研究一种新的润滑方式，即油气润滑技术。它比油雾润滑在润滑效果和油料消耗等方面都有明显改善。
传统的油雾润滑是使油液被雾化成0.5－2μm的雾粒，随压缩空气等速前进到机器中。而油气润滑是用步进式给油器以0.3-0.4MPa的压缩空气，以30-80m/s的流速，定时、定量地将油滴以0.02-0.05m/s的速度喷到润滑部位。
油气润滑的优点主要有：
（1）耗油量为油雾润滑的1/10-1/30；
（2）油液外溢少，有利于改善工作环境；
（3）适用于高速、重载、高温状态下工作的零件的润滑。
三、结语
上述几种新润滑技术确有其突出的优越性，但任何先进技术都有其适用范围，且上述润滑技术有的是国外的经验。润滑工程师在采用新的润滑技术与润滑材料时，应根据自己设备的结构与运行状况合理选用，以取得最佳效果。
设备润滑是设备维护工作的重要组成部分，而且其作用日显突出。设备润滑工作包括润滑管理与润滑技术两个范畴。近年来，润滑技术发展迅速，在设备工程领域中的地位显著提高，成为四大工程技术之一。
一、引言
各类机械设备都是靠其机构的运转来实现其预定功能的。相互接触的机器零件在运动中不可避免地产生摩擦，并导致机件产生磨损。摩擦依润滑状态不同可分为：干摩擦、边界摩擦和液态摩擦。为了降低摩擦，减少磨损，降低能耗，提高设备运行效率，常用的措施就是在设备相对运动的部位进行润滑。就边界摩擦而言，其润滑原理为：润滑剂的分子与零件摩擦表面结合而形成边界膜，从而不同程度地降低摩擦系数，减少或防止零件磨损。
用于设备润滑的材料即润滑剂，约有600余种。润滑剂可以分为润滑基体和润滑添加剂两大类。润滑基体又分为天然润滑剂和人工合成润滑剂。
二、润滑技术的发展与应用
当前，在设备润滑技术发展中有四个方面值得关注，现分述如下。
1．合成油品的发展与应用
在天然油品中以矿物油应用最多。不论矿物润滑油还是润滑脂，都有明显的润滑效果与不足。天然润滑油突出的缺点为：
（1）油液的黏度随工作环境温度变化而变化，影响机器润滑效果；
（2）在空气中易氧化变质，尤其在高温情况下，其稳定性较差；
（3）摩擦系数偏大，运动功率消耗偏大；
（4）油液不易降解，污染环境。
为了克服天然润滑油存在的诸多问题，从20世纪30年代起，润滑科技人员开始研制合成润滑剂。美国、德国先后生产出各种规格的合成润滑油，并逐步推广应用。
合成润滑油的优点是：
（1）良好的黏温性能；
（2）高温抗氧化的稳定性，使用期长，约为矿物油的六倍。因此，可减少换油次数，节约材料；
（3）低挥发性；
（4）降低摩擦系数20％－35％，降低功耗4.4％-13.5％，个别的达到30％以上；
（5）有些品牌具有生物降解性，有利于环保。
合成润滑油虽然价格较昂贵，一般为矿物油的4-5倍，但若选用适当，其总费用仍能减少，有的可减少1/2。
目前，世界工业发达国家普遍重视合成润滑油的使用，尤其是在汽车上。如在美国，90％以上的汽油机和 60％以上的柴油机均采用多级合成油；在日本，100％的汽油机和52％的柴油机采用多级合成油。在我国则应用较少，仅有13％的汽油机和16％的柴油机使用了多级合成油。
2．精密过滤技术的发展与应用
为了保持机器润滑油的洁净度，在设备维护规程中均规定应对油液进行随时或定时的过滤，去除杂质。但随着对机器零件失效的深入分析发现，应用精密过滤技术有新的收获。 运行中机器零件的失效主要表现为四种形式。对于防止断裂、变形和腐蚀，特别是前两种失效，已有比较可靠的解决方法。如从设计（包括对材料的选用、 制造和监测等方面采取措施，而磨损地难以预防。
近年来，国中外的设备工程师通过试验研究认为，机件磨损表现为摩擦磨损、黏附磨损和磨粒磨损三种形式。前两种磨损通过良好的润滑即可预防。对磨粒磨损的认识则不充分。大量实验证明，油液中由金属零件上脱落的颗粒杂质是造成零件磨损的主要原因。因此，应经常检测油液中磨粒的数量与形状，做到及时清除。常用的方法就是对油液进行精密过滤，滤掉》5μm的杂质，其效果显著。瑞典SKF轴承公司的试验表明，清除油液中2～5μm的固体颗粒后，轴承的寿命可以延长10－50倍；日本BHP钢铁公司NSC轧钢厂长期实行“润滑污染预防控制”取得显著效果，设备故障由每年300余起降至85起，液压泵更新率降低80％。
对于精密过滤技术，有的工程师称其为“主动维护”，并定义为“对导致设备零件损坏（失效）的根源性因素进行监测与控制，防止零件失效，降低设备故障，减少维修的一种积极措施。”有的学术论文把这种措施称为“真正的预防维修”。据美国有关单位的报告分析，“主动维护” 以低成本保证设备液压系统正常运转所支出的费用为故障（事后）维修费用的1/180，为定期（预防）维修的1／130，为状态（预知）维修的1/80。所以，它称这种方式为第四代维修。
3．润滑添加剂的发展与应用
随着工业技术的进步和设备性能的提高，普通矿物润滑油脂已难以满足设备运转的需求。为此，科技工作者开始研究在润滑剂中加人少量 （3％－5％）特制物质，以改善其润滑性能，这种特制物质被称为润滑添加剂。润滑添加剂一般不改变润滑基体的黏度等性能，也不与润滑剂产生化学反应。综合来看，润滑添加剂有以下作用：
（1）改善润滑剂的性能。如增加油膜强度；
（2）提高润滑剂的工作适应性。如改善黏温特性、降低油液凝点、消除油液中的泡沫等；
（3）增加润滑剂的稳定性。如提高抗氧化性和抗腐蚀性；
（4）改善零件表面性能与工作状况。如提高零件抗磨性，修复零件磨损，实现自适应功能。
目前，世界各国研制的润滑添加剂已有11大类上千个品种，其中姣姣者为纳米添加剂。该项技术大大提高了设备润滑应用效果。
（1）纳米添加剂作用机理
当物质颗粒尺寸细小到纳米级时，通常在1-100nrn范围内，此时该物质本身的许多固有性能均发土质的变化。这种现象称为纳米效应。纳米效应之一的表面与界面效应，将使润滑添加剂家族产生一次飞跃。
当物质粒子细化后，其表面积显著增加，同时处于表面位置的原子分子数量也大幅增加。一般，粒度100nrn的粒子，其表面原子分子数仅占总原子分子数的 2％；粒度10nrn的粒子，表面原子分子数所占比例为20％；粒度1nm的粒子的表面原子分子数所占比例则达90％以上。
粒子表层原子分子的晶场环境和结合能与粒子内部原子分子不一样。表层原子周围缺少电子，有很多空键，表现为不饱和状态，具有极高的化学活动能力。利用这种效应可以大大改善润滑剂的效能。
（2）纳米添加剂性能分析
目前，纳米添加剂主要有纳米无机物、纳米无机盐、纳米有机化合物、纳米有机高分子材料和纳米金属五类。它们具备各自的优异性能，最突出的有以下三个方面。
①提高油膜强度。由于纳米粒子的表面界面效应，当含有添加剂的润滑油脂与零件摩擦表面接触后，能形成纳米吸附膜，并在运转中形成纳米反应膜。其强度远远超过传统添加剂产生的物理吸附膜、化学吸附膜和化学反应膜。而且由于其粒度非常小，它可以钻人微米级添加剂进不去的超细微缝隙，使润滑效果更佳。
②提高添加剂的悬浮密度和均匀程度。由于纳米粒子粒度小、重量轻，所以它很容易长期稳定地悬浮在润滑油液中。如1粒1μm3的添加剂颗粒，当它细化为10nrn粒度的粒子后，其粒数可增至106粒。这被称为纳米粒子的体积效应和数量效应。上述性能是普通添加剂不具备的。
③实现对零件的修复功能。纳米添加剂的修复功能体现在两个方面。一方面，添加剂中的纳米金属粒子在催化剂的作用下与金属零件表层结合，形成新的晶格结构，填平磨损痕迹。同时达到优化摩擦副配合间隙的效果；另一方面，在运动零件发生极压摩擦时，纳米添加剂能在零件表面形成金属陶磁保护层，使其硬度大大提高，从而防止零件产生新的磨损。
4．油气润滑技术
设备润滑因设备结构和采用润滑材料的不同有多种润滑方式。比较先进的是自动定时给油装置，其中以油雾润滑应用较为普遍。
目前，润滑工程师正在研究一种新的润滑方式，即油气润滑技术。它比油雾润滑在润滑效果和油料消耗等方面都有明显改善。
传统的油雾润滑是使油液被雾化成0.5－2μm的雾粒，随压缩空气等速前进到机器中。而油气润滑是用步进式给油器以0.3-0.4MPa的压缩空气，以30-80m/s的流速，定时、定量地将油滴以0.02-0.05m/s的速度喷到润滑部位。
油气润滑的优点主要有：
（1）耗油量为油雾润滑的1/10-1/30；
（2）油液外溢少，有利于改善工作环境；
（3）适用于高速、重载、高温状态下工作的零件的润滑。
三、结语
上述几种新润滑技术确有其突出的优越性，但任何先进技术都有其适用范围，且上述润滑技术有的是国外的经验。润滑工程师在采用新的润滑技术与润滑材料时，应根据自己设备的结构与运行状况合理选用，以取得最佳效果。