邊界潤滑

邊界潤滑是一種重要的潤滑方式，當摩擦副在負荷增大、轉速加快或潤滑材料粘度減小的情況下，易產生邊界潤滑。這時，摩擦面上存在一層與介質性質不同的薄膜，厚度在0.1μm 以下，不能防止摩擦面微凸體的接觸，但有良好的潤滑性能，可減少摩擦面間的摩擦和磨損。 ^[1] 

潤滑油中所含的表面極性分子在範德華力的作用下吸附到表面上，成定向排列的單分子層或多分子層的吸附膜。除個別的粗糙峯點之外，吸附膜將兩摩擦表面隔開，提供了一個低剪切阻力的界面，因此摩擦係數降低並避免發生表面粘着。這種類型的潤滑機理得到了廣泛的應用，主要作用是減少摩擦中的粘着效應，適用於輕或中載荷、常温或中温的工況條件。當表面温度較高時，將吸附膜脱附，隨之發生化學變化。 ^[2] 

在摩擦過程中，潤滑油中的一些組分相互發生化學作用，摩擦表面生成高粘性厚膜，厚度可達0.001一0.05μm，球形顆粒狀或連續的膜。由於這種膜的粘度高，在極低的滑動速度下即可出現液體動壓效應而具有承載能力。另外依靠範德華力的作用保證厚膜與固體表面結合。這種邊界膜可以減少粘着效應和犁溝效應，輕或中載荷、中温條件下效果顯著。 ^[2] 

潤滑油中的某些組分與金屬表面生成很薄的化學反應膜，其剪切強度低而形成易於滑動的界面，以具有抗粘着能力。此外在摩擦過程中，薄膜緩慢地磨去後生成新的薄膜，表面逐步拋光修平，因而也減輕犁溝效應。這種類型的邊界膜通常適用於中温和中載荷的工作條件。 ^[2] 

高速重載的摩擦副在產生適當接觸温度下，潤滑油中的極壓添加劑的硫、磷、氮等元素與金屬表面進行化學反應迅速地生成厚的無機物膜。這種化學反應膜的熔點高，剪切強度低，與金屬表面連結牢固，可以保護表面不發生粘着磨損。在滑動過程中，反應膜被磨去後將迅速生成新膜，有效地防止兩摩擦表面的直接接觸。化學反應膜主要是防止粘着效應，適用於高温、高速和重載條件，廣泛用於重載齒輪和蝸輪傳動的潤滑。 ^[2] 

潤滑油中所含的特殊化學物質，因所謂的Rehbinder效應將使金屬表面軟化。這樣犁溝效應減少，從而使摩擦係數降低。目前對這種邊界潤滑的機理還了解不多，它對於金屬表面的精加工可能是重要的，在摩擦學中的有效應用尚待深人研究。 ^[2] 

這一理論認為，某些非活性抗磨劑分子在邊界潤滑條件下分解為各種分子、離子碎片及部分滲透性較強的原子。這些非活性元素的原子雖不能直接與金屬表面反應，因其具有較小的原子半徑，迅速擴散進人摩擦表面層，善表面組織，從而提高了表面的耐磨性。 ^[2] 

(1)在相同的外部條件下選擇合適的油性材料極壓添加劑，能形成完好的邊界膜，潤滑效果好，可延長設備的使用壽命。

(2)根據負荷大小選擇潤滑油。因為在除去負荷極大或極小的情況下，吸附膜的μ不受負荷的影響，當負荷的值不致於破壞吸附膜時，吸附膜能起到很好的潤滑作用;在重荷時應選擇有極壓添加劑的油品。

(3)速度是選擇潤滑油的重要因素。在低速處於平穩滑動情況下，μ不受速度影響，可選用油性添加劑;高速運轉時摩擦面的温度劇升，吸附膜迅速破裂，應選用極壓添加劑的潤滑油，以形成反應膜。

(4)温度對吸附膜的影響。超過一定温度吸附膜發生脱附，結構受到破壞，μ迅速上升。因此在高温的注油部位應進行循環冷卻處理，若冷卻難以達到目的，應選用形成反應膜的潤滑油。

(5)臨界摩擦次數是邊界膜失效時的摩擦副重複摩擦的次數。在一定的外部條件下，任何一種潤滑劑都具固定的摩擦次數，超過其值邊界膜失效，摩擦副造成損傷。因此在使用期內應及時更換潤滑油，儘可能選用形成吸附膜為長鍵極性分子和多分子數的成膜材料，以達到延長潤滑油使用時間的目的。

(6)在潤滑油品使用中，選擇添加劑來增強邊界膜的潤滑作用時，除要求界面上形成牢固的邊界膜，還應使邊界膜穩定，不易被氧化或水解產生酸性物質或膠質，還要考慮到邊界膜與接觸材料的配伍性，這樣才能使潤滑油的潤滑作用充分發揮。 ^[1] 

邊界膜的作用，實際上是由油性劑部分的活性基在金屬表面產生物理吸附和化學吸附，形成牢固的油膜，從而保證潤滑。如果摩擦副上的負荷較大，同時．還由於表面不平，凸峯處壓力很大，膜的強度小於滑動接觸處的摩擦力時，便會導致邊界膜的破裂，產生金屬直接接觸。

—般來説，機械滑動面的潤滑狀態，不只在單平面上形成油膜，成為理想的流體潤滑狀態，甚至還可看到微小的薄的油膜情況。而且還考慮到機械錶面的加工精度，表面凸凹的影響，仍有部分直接接觸的實際狀態，其接觸部位發生極高的壓強，這部分金屬發塑性流動。這時，潤滑油夾在兩金屬表面之間，潤滑油的油膜就會變薄，並在壓力很高的地方發生油膜破裂的現象，結果從流體潤滑狀態變為彈性流體潤滑狀態成混合潤滑狀態．進一步則轉向邊界潤滑。

典型膜厚1-50nm，潤滑劑的流體潤滑作用減少，甚至完全不起作用，載荷幾乎全部通過微凸體及潤滑劑和表面間相互作用生成的邊界潤滑膜來承受。