边界润滑

由液体摩擦过渡到干摩擦过程之前的临界状态

边界润滑(Boundary Lubrication)是由液体摩擦过渡到干摩擦（摩擦副表面直接接触）过程之前的临界状态。是不光滑表面之间，发生部分表面接触的润滑状况。此时润滑油的总体粘度特性没有发挥作用。这时决定摩擦表面之间摩擦学性质的是润滑剂和表面之间的相互作用及所生成的边界膜的性质。

简介

边界润滑是一种重要的润滑方式，当摩擦副在负荷增大、转速加快或润滑材料粘度减小的情况下，易产生边界润滑。这时，摩擦面上存在一层与介质性质不同的薄膜，厚度在0.1μm 以下，不能防止摩擦面微凸体的接触，但有良好的润滑性能，可减少摩擦面间的摩擦和磨损。

机理

表面吸附膜

润滑油中所含的表面极性分子在范德华力的作用下吸附到表面上，成定向排列的单分子层或多分子层的吸附膜。除个别的粗糙峰点之外，吸附膜将两摩擦表面隔开，提供了一个低剪切阻力的界面，因此摩擦系数降低并避免发生表面粘着。这种类型的润滑机理得到了广泛的应用，主要作用是减少摩擦中的粘着效应，适用于轻或中载荷、常温或中温的工况条件。当表面温度较高时，将吸附膜脱附，随之发生化学变化。

高粘性厚膜

在摩擦过程中，润滑油中的一些组分相互发生化学作用，摩擦表面生成高粘性厚膜，厚度可达0.001一0.05μm，球形颗粒状或连续的膜。由于这种膜的粘度高，在极低的滑动速度下即可出现液体动压效应而具有承载能力。另外依靠范德华力的作用保证厚膜与固体表面结合。这种边界膜可以减少粘着效应和犁沟效应，轻或中载荷、中温条件下效果显著。

薄膜及其抛光作用

润滑油中的某些组分与金属表面生成很薄的化学反应膜，其剪切强度低而形成易于滑动的界面，以具有抗粘着能力。此外在摩擦过程中，薄膜缓慢地磨去后生成新的薄膜，表面逐步抛光修平，因而也减轻犁沟效应。这种类型的边界膜通常适用于中温和中载荷的工作条件。

化学反应膜

高速重载的摩擦副在产生适当接触温度下，润滑油中的极压添加剂的硫、磷、氮等元素与金属表面进行化学反应迅速地生成厚的无机物膜。这种化学反应膜的熔点高，剪切强度低，与金属表面连结牢固，可以保护表面不发生粘着磨损。在滑动过程中，反应膜被磨去后将迅速生成新膜，有效地防止两摩擦表面的直接接触。化学反应膜主要是防止粘着效应，适用于高温、高速和重载条件，广泛用于重载齿轮和蜗轮传动的润滑。

表面软化

润滑油中所含的特殊化学物质，因所谓的Rehbinder效应将使金属表面软化。这样犁沟效应减少，从而使摩擦系数降低。目前对这种边界润滑的机理还了解不多，它对于金属表面的精加工可能是重要的，在摩擦学中的有效应用尚待深人研究。

扩散渗透

这一理论认为，某些非活性抗磨剂分子在边界润滑条件下分解为各种分子、离子碎片及部分渗透性较强的原子。这些非活性元素的原子虽不能直接与金属表面反应，因其具有较小的原子半径，迅速扩散进人摩擦表面层，善表面组织，从而提高了表面的耐磨性。

影响因素

(1)在相同的外部条件下选择合适的油性材料极压添加剂，能形成完好的边界膜，润滑效果好，可延长设备的使用寿命。

(2)根据负荷大小选择润滑油。因为在除去负荷极大或极小的情况下，吸附膜的μ不受负荷的影响，当负荷的值不致于破坏吸附膜时，吸附膜能起到很好的润滑作用;在重荷时应选择有极压添加剂的油品。

(3)速度是选择润滑油的重要因素。在低速处于平稳滑动情况下，μ不受速度影响，可选用油性添加剂;高速运转时摩擦面的温度剧升，吸附膜迅速破裂，应选用极压添加剂的润滑油，以形成反应膜。

(4)温度对吸附膜的影响。超过一定温度吸附膜发生脱附，结构受到破坏，μ迅速上升。因此在高温的注油部位应进行循环冷却处理，若冷却难以达到目的，应选用形成反应膜的润滑油。

(5)临界摩擦次数是边界膜失效时的摩擦副重复摩擦的次数。在一定的外部条件下，任何一种润滑剂都具固定的摩擦次数，超过其值边界膜失效，摩擦副造成损伤。因此在使用期内应及时更换润滑油，尽可能选用形成吸附膜为长键极性分子和多分子数的成膜材料，以达到延长润滑油使用时间的目的。

(6)在润滑油品使用中，选择添加剂来增强边界膜的润滑作用时，除要求界面上形成牢固的边界膜，还应使边界膜稳定，不易被氧化或水解产生酸性物质或胶质，还要考虑到边界膜与接触材料的配伍性，这样才能使润滑油的润滑作用充分发挥。

用途

边界膜的作用，实际上是由油性剂部分的活性基在金属表面产生物理吸附和化学吸附，形成牢固的油膜，从而保证润滑。如果摩擦副上的负荷较大，同时．还由于表面不平，凸峰处压力很大，膜的强度小于滑动接触处的摩擦力时，便会导致边界膜的破裂，产生金属直接接触。

—般来说，机械滑动面的润滑状态，不只在单平面上形成油膜，成为理想的流体润滑状态，甚至还可看到微小的薄的油膜情况。而且还考虑到机械表面的加工精度，表面凸凹的影响，仍有部分直接接触的实际状态，其接触部位发生极高的压强，这部分金属发塑性流动。这时，润滑油夹在两金属表面之间，润滑油的油膜就会变薄，并在压力很高的地方发生油膜破裂的现象，结果从流体润滑状态变为弹性流体润滑状态成混合润滑状态．进一步则转向边界润滑。

典型膜厚1-50nm，润滑剂的流体润滑作用减少，甚至完全不起作用，载荷几乎全部通过微凸体及润滑剂和表面间相互作用生成的边界润滑膜来承受。

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