CN107842706B - 一种降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法。该方法采用乙酰丙酮或乙酰丙酮醇溶液作为磨合剂，分为预磨合和磨合两个阶段，总磨合时间为60‑480秒。本发明方法操作简单，实用性强，且不需要特殊装置即可大幅度降低金属摩擦副间的摩擦系数。
Description
技术领域
本发明涉及降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，属于磨合润滑技术领域。
背景技术
据统计，在不计刹车所消耗的能量的情况下，乘用车和货运卡车中分别有28％和26％的燃料能源被发动机、传动系统和汽车轮胎的摩擦力所消耗。全世界1/3的一次性能源是由于摩擦而消耗，而约有80％的机械零部件由于磨损而失效。在我国，每年因摩擦磨损造成的损失占我国国民生产总值的4.5％。采用正确的润滑方法，改善机械零部件之间的摩擦状态，进而降低摩擦系数、减缓磨损，实现节能、降耗和减排，不仅能够取得明显的社会和经济效益，也是走新型工业化道路、实现可持续发展、建设生态文明的必要途径。
磨合是摩擦副运行初期摩擦表面之间以及与润滑液相互适应的过程，良好的磨合可以保证润滑系统的使用性能和工作寿命。磨合过程中摩擦表面粗糙度、表面形貌、金相结构甚至表面的化学成分都有可能发生改变，这些改变无疑对摩擦有重要影响。而通常情况下磨合是一个相对漫长的过程，如新购轿车一般需要长达1000-3000公里的磨合期。虽然Abbott与Firestone早在1933年就提出磨合的概念，且自此以后陆续有人进行相关研究，但摩擦副在磨合过程中发生的变化依然没能得到系统地揭示。
现有技术中有采用液体作为磨合剂或直接作为润滑液，经过一段时间的磨合后，使摩擦副之间的摩擦系数显著降低。CN106483032A公开了一种实现水润滑配副超低摩擦的磨合方法，通过采用三步磨合法将磨合周期缩短到1800秒。其磨合过程分为快速预磨合、加速磨合和过载磨合三个过程，需要改变所施加载荷，工序复杂，操作繁琐；另外，水润滑液会造成金属摩擦副的锈蚀，加快磨损进而降低金属摩擦副的使用寿命，因此该发明适用于硬质合金、陶瓷等非金属摩擦副，不适用于金属摩擦副。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法。本发明是不同于传统润滑技术的降低摩擦系数的方法，通过加入乙酰丙酮或其醇溶液作为磨合剂，经过数分钟的磨合后，摩擦系数显著降低。
本发明的技术方案如下：
一种降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，其特征在于，由乙酰丙酮或乙酰丙酮醇溶液作为磨合剂，总磨合时间为60-480秒。
优选地，所述磨合分为预磨合和磨合两个阶段，预磨合时间为总磨合时间的1/3到2/3。进一步优选，预磨合时间为总磨合时间的1/2。所述的总磨合时间优选为180-300秒。
所述乙酰丙酮醇溶液中的醇是C4以下小分子醇。
优选地，所述乙酰丙酮醇溶液为乙酰丙酮乙醇溶液。进一步优选的，所述乙酰丙酮醇溶液为中乙酰丙酮的质量分数为40-99％。
根据本发明，一种优选的方案为，一种降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，包括：
步骤1：对摩擦表面进行清洗并干燥，将适量乙酰丙酮涂覆在摩擦表面，根据摩擦副实际工作载荷和速度进行预磨合，然后卸载停机，动静件分离；对预磨合后的摩擦表面进行清洗并干燥；
步骤2：将适量乙酰丙酮涂覆在预磨合后的摩擦表面，根据摩擦副实际工作载荷和速度进行磨合，然后卸载停机，动静件分离；
步骤3：在磨合后的摩擦副之间涂覆上一层润滑剂，使得摩擦副处于充分润滑的状态。
在上述步骤3完成后，启动主机，摩擦副开始进入工作状态，测试摩擦表面的摩擦系数。
根据本发明优选的，所述润滑剂为液晶润滑剂或机油之一或其混合物。所述液晶具有本领域公知的含义，包括溶致液晶、热致液晶。所述液晶润滑剂包括纯液晶或含有液晶的润滑乳液。常用的液晶包括烷基联苯氰液晶、烷氧基联苯氰液晶等，常用的烷基联苯氰液晶有戊基联苯氰、己基联苯氰、乙基联苯氰、丙基联苯氰、丁基联苯氰、反式乙基环己基苯氰、反式丙基环己基苯氰、反式丁基环己基苯氰、反式戊基环己基苯氰等，常用的烷氧基联苯氰液晶包括辛氧基联苯氰液晶、丁氧基联苯氰、己氧基联苯氰液晶等。进一步优选的，本发明所述液晶选自丁基联苯氰、戊基联苯氰、己基联苯氰、庚基联苯氰、辛基联苯氰中的一种或几种，或与其具有类似线性分子结构的液晶材料。
根据本发明优选的，在预磨合和磨合过程中，适当补充乙酰丙酮，避免出现乙酰丙酮耗尽的干摩擦状态。由于乙酰丙酮与摩擦副之间的化学反应，乙酰丙酮消耗速度较快，应在耗尽前应及时补充，避免出现干摩擦状态。
根据本发明优选的，步骤1中所述的清洗，是用酒精和/或丙酮对摩擦表面进行清洗并干燥，去除摩擦表面残留物；也包括乙酰丙酮与摩擦表面的反应生成物。
本发明的技术特点及有益效果：
本发明利用适当磨合方式来降低金属摩擦副之间摩擦系数，该方法首先使用能够与金属摩擦副发生缓慢化学反应的液体乙酰丙酮作为磨合剂进行磨合，经过一段时间磨合后再使用其他润滑液进行润滑，以达到降低摩擦系数的效果。
本发明不同于传统润滑方法，利用乙酰丙酮与金属表面之间的缓慢化学反应，经过数分钟的磨合后，摩擦系数显著降低。乙酰丙酮可直接与金属发生鳌合反应，且反应速率较慢，不会对摩擦表面造成破坏性磨损。乙酰丙酮与金属离子相结合所生成的金属螯合物作为润滑油添加剂时具有良好的减磨、抗氧化以及降低摩擦系数的作用。
本发明方法磨合时间短，磨合时间只需要60-480秒。操作简单，实用性强，且不需要特殊装置、不改变工作载荷即可将金属摩擦副间的摩擦系数大幅度降低，特别是当使用液晶作为润滑剂时，可以得到超低摩擦系数。
附图说明
图1是戊基联苯氰液晶润滑下的摩擦系数随时间的变化曲线，其中：(a)为未经磨合直接使用戊基联苯氰液晶作为润滑剂时的摩擦系数随时间的变化曲线；(b)为实施例1中以乙酰丙酮为磨合剂，经过240秒磨合后，在戊基联苯氰液晶润滑下的摩擦系数随时间的变化曲线；
图2是SAE 10W-40机油润滑下的摩擦系数随时间的变化曲线，其中：(a)为未经磨合直接使用SAE 10W-40机油作为润滑剂时的摩擦系数随时间的变化曲线；(b)为实施例2中以乙酰丙酮为磨合剂，经过240秒磨合后，在SAE 10W-40机油润滑下的摩擦系数随时间的变化曲线；
图3为对比例1中未经过预磨合，直接使用乙酰丙酮磨合120秒后，在戊基联苯氰液晶润滑下的摩擦系数随时间的变化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明：
针对不同磨合时间、磨合方式和润滑剂，分别测定其摩擦系数，具体测定方法为：采用摩擦磨损测试仪(THT，Anton Paar)测定摩擦系数，测量前对仪器进行校准，同一组测试中，分别采取正转与反转的方式，最终的测定值为不同转向条件下摩擦系数绝对值的平均值，以确保测量结果的准确性。测定条件为温度23-27℃、湿度40％-65％RH。实施例及对比例中所述的金属摩擦副为直径6mm的轴承钢球和轴承钢平面。磨合后润滑剂的添加量为25μL，球和平面之间的载荷为5N，球以0.39m/s(200r/min，旋转半径18.6mm)的速度在平面上滑动，总测试时间为18000秒(5小时)。
实施例1、一种降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，步骤如下：
步骤1：用酒精、丙酮分别对金属摩擦副摩擦表面进行清洗并干燥，去除摩擦表面残留物；将50μL乙酰丙酮涂覆在摩擦表面，预磨合120秒，由于乙酰丙酮的消耗，预磨合期间补充三次乙酰丙酮以避免出现干摩擦状态，每次的补充量为50μL；对预磨合后的摩擦表面进行清洗，洗去中未去除干净的表面残留物以及乙酰丙酮与摩擦表面的反应生成物；
步骤2：将50μL乙酰丙酮涂覆在预磨合后的摩擦表面，磨合120秒，由于乙酰丙酮的消耗，期间补充了三次乙酰丙酮(每次50μL)以避免出现干摩擦状态，每次的补充量为50μL，然后卸载停机，动静件分离；
步骤3：将25μL戊基联苯氰液晶(润滑剂)涂覆在磨合后的摩擦副之间，使得摩擦副处于充分润滑的状态。
启动主机，摩擦副开始进入工作状态，稳定后的摩擦系数为0.013，如图1(b)中曲线所示。作为对比，未经本方法磨合的摩擦副在相同条件下的摩擦副摩擦系数为0.055，如图1(a)中曲线所示。
对比例1：不进行预磨合
(1)用酒精、丙酮分别对金属摩擦副摩擦表面进行清洗并干燥，去除摩擦表面残留物；将50μL乙酰丙酮涂覆在摩擦表面，直接磨合120秒，由于乙酰丙酮的消耗，期间补充三次乙酰丙酮以避免出现干摩擦状态，每次的补充量为50μL；
(2)将25μL戊基联苯氰液晶涂覆在磨合后的摩擦副之间，使得摩擦副处于充分润滑的状态；
启动主机，摩擦副开始进入工作状态，稳定后的摩擦系数为0.026，如图3中曲线所示，作为对比，未经本方法磨合的摩擦副在相同条件下的摩擦系数为0.055，如图1(a)中曲线所示。
实施例2
如实施例1所述，所不同的是：步骤3：将SAE 10W-40机油25μL涂覆在磨合后的摩擦副之间，使得摩擦副处于充分润滑的状态。
启动主机，摩擦副开始进入工作状态，稳定后的摩擦系数为0.052，如图2(b)中曲线所示。作为对比，未经本方法磨合的摩擦副在相同条件下的摩擦系数为0.101，如图2(a)中曲线所示。
实施例3
如实施例1所述，所不同的是：步骤3的润滑剂使用的是25μL己基联苯氰液晶。
启动主机，摩擦副开始进入工作状态，稳定后的摩擦系数为0.021；作为对比，未经本方法磨合的摩擦副在相同条件下的摩擦系数为0.060。
实施例4
如实施例1所述，所不同的是：步骤1：预磨合时间100秒，步骤2：磨合140秒。
启动主机，摩擦副开始进入工作状态，稳定后的摩擦系数为0.014；作为对比，未经本方法磨合的摩擦副在相同条件下的摩擦系数为0.055。
实施例5
如实施例1所述，所不同的是：步骤1：预磨合时间140秒，步骤2：磨合120秒。
启动主机，摩擦副开始进入工作状态，稳定后的摩擦系数为0.012，作为对比，未经本方法磨合的摩擦副在相同条件下的摩擦系数为0.055。
实施例6
如实施例1所述，所不同的是：将乙酰丙酮换为质量分数为50％的乙酰丙酮乙醇溶液。
启动主机，摩擦副开始进入工作状态，稳定后的摩擦系数为0.035，作为对比，未经本方法磨合的摩擦副在相同条件下的摩擦系数为0.055。
Claims (7)
1.一种降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，其特征在于，由乙酰丙酮或乙酰丙酮醇溶液作为磨合剂，总磨合时间为60-480秒；
所述磨合方法分为预磨合和磨合两个阶段，预磨合时间为总磨合时间的1/3到2/3；
包括步骤：
步骤1：对摩擦表面进行清洗并干燥，所述的清洗，是用酒精和/或丙酮对摩擦表面进行清洗并干燥，去除摩擦表面残留物；将适量乙酰丙酮或乙酰丙酮醇溶液涂覆在摩擦表面，根据摩擦副实际工作载荷和速度进行预磨合，然后卸载停机，动静件分离；对预磨合后的摩擦表面进行清洗并干燥；
步骤2：将适量乙酰丙酮或乙酰丙酮醇溶液涂覆在预磨合后的摩擦表面，根据摩擦副实际工作载荷和速度进行磨合，然后卸载停机，动静件分离；
步骤3：在磨合后的摩擦副之间涂覆上一层润滑剂，使得摩擦副处于充分润滑的状态；
所述润滑剂为液晶润滑剂或机油或液晶润滑剂和机油的混合物。
2.如权利要求1所述的降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，其特征在于，所述预磨合时间为总磨合时间的1/2。
3.如权利要求1所述的降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，其特征在于，所述的总磨合时间为180-300秒。
4.如权利要求1所述的降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，其特征在于，所述乙酰丙酮醇溶液为乙酰丙酮乙醇溶液。
5.如权利要求1所述的降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，其特征在于，所述乙酰丙酮醇溶液中乙酰丙酮的质量分数为40-99%。
6.如权利要求1所述的降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，其特征在于，所述液晶润滑剂选自戊基联苯氰、己基联苯氰、乙基联苯氰、丙基联苯氰、丁基联苯氰、反式乙基环己基苯氰、反式丙基环己基苯氰、反式丁基环己基苯氰、反式戊基环己基苯氰中的一种或几种。
7.如权利要求1~6任一项所述的降低金属摩擦副之间摩擦系数的磨合方法，其特征在于，在预磨合和磨合过程中，适当补充乙酰丙酮或乙酰丙酮醇溶液，避免出现乙酰丙酮或乙酰丙酮醇溶液耗尽的干摩擦状态。
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