DRC水溶液的摩擦学性能研究

DRC水溶液的摩擦学性能研究

顾军,任璐琳,李子度,李红帅

中国电子科技集团公司第十八研究所，天津 300384

摘要：选取无规共聚醚（DRC）作为水基润滑液的添加剂，研究了DRC水溶液的摩擦学性能。利用四球试验机对DRC水溶液进行减摩抗磨性能试验研究，研究表明DRC水溶液具备优良的减摩抗磨效果，摩擦系数在0.085以下。总体而言，DRC具有良好的应用前景。

关键词：无规共聚醚（DRC）；摩擦学性能；水基润滑液

引言

近些年来，水基润滑液备受欢迎，其性能优良、绿色无污染，便于储存，越来越受到更大的市场关注[1]。纯水容易对金属腐蚀，润滑性能较水基润滑液差，因此可以增加辅助添加剂提高水的性能。聚醚属于一种非离子型的表面活性剂，它具有耐高温、耐腐蚀、良好的黏温和逆溶性等特点，在水溶液中容易形成润滑膜，因此在水基润滑液市场中的占比逐渐增大[2]。

本文选取一种无规共聚醚（DRC）作为试验分析对象，对DRC的水溶液进行摩擦学试验研究，分析水溶液的减摩抗磨原理，期望以此为绿色水基润滑添加剂提供试验和理论指导。

1 试验部分

1.1 添加剂的选择

试验所用添加剂为DRC，它的初始添加剂为环氧丙烷、环氧乙烷的聚合物，属于非离子型的活性剂。DRC含有亲水性基团（如羟基和环氧乙烷基）和疏水性基团（如十一烷基和环氧丙烷基），它在常温状态下为无色液体，能够完全溶于水中，润滑性能优良，是一种新型环保的水基润滑添加剂。

1.2 试验设备与方案

试验中选用四球摩擦试验机进行摩擦磨损试验分析，从浓度、载荷和转速几个方面分别进行研究，来考核DRC水溶液的性能。试验中时间设置30 min，每间隔10 s进行一次数据记录，然后再计算表面摩擦系数的平均值，试验后采用显微镜对四球试验机钢球的磨斑表面直径进行测量，计算表面直径的平均值。

试验前配置八种DRC水溶液，分别为浓度为0.5%、1%、3%、5%、10%、15%、20%和30%，待添加剂和去离子水溶解后，对DRC的水溶液进行摩擦学性能试验分析。

2 试验结果与讨论

2.1 减摩抗磨试验分析

2.1.1 浓度对减摩抗磨性能的影响

首先对不同浓度DRC水溶液进行试验，其中试验载荷设置196 N，试验转速设置1000 r/min，试验摩擦时间设置30 min，试验水溶液浓度为0.5%、1%、3%、5%、10%、15%、20%和30%，结果如下图1。

图1为浓度对DRC水溶液减摩抗磨的影响。从图中可以看出，DRC水溶液的摩擦系数随着浓度的增加先减小后逐渐趋于稳定，其变化范围为0.065~0.081。当水溶液浓度为0.5%时，摩擦系数达到最大为0.081，这是因为水溶液浓度较低，形成的吸附膜不能完全分开两摩擦副表面，故摩擦系数较大。当水溶液浓度为20%时，摩擦系数达到了0.065，相比于0.5%的DRC水溶液，其摩擦系数减小了23%，说明DRC水溶液在较高浓度下减摩效果更好，此时的DRC粒子在试验钢球上产生吸附膜，膜能够分隔开摩擦副钢球的接触表面，从而实现优良的润滑效果。从图中磨斑直径的变化可以看出，DRC水溶液钢球磨斑直径随着浓度的增大先减小后增大，浓度为3%时的钢球磨斑直径最小为557μm，当浓度超过3%时磨斑直径有所增大，这主要是由于浓度增大，添加剂的含量增加，导致钢球表面的腐蚀磨损有所加剧，同时DRC水溶液中的表面相胶束形成尺寸有所增大，表面聚集物的堆积效果减小。由此可以看出较低或较高浓度的DRC水溶液对其抗磨性能均不利。

图1浓度对DRC水溶液减摩抗磨的影响

2.1.2 载荷对减摩抗磨性能的影响

其次对不同载荷下的DRC水溶液进行试验，其试验转速设置1000 r/min，试验时间设置30 min，试验浓度设置3%，试验载荷为196 N、294 N、392 N、490 N、588 N、686 N、784 N和882 N。

从图2中我们可以看出，DRC水溶液产生的表面摩擦系数跟随载荷值的增大先降低后逐渐增大，摩擦系数为0.063~0.072。当载荷为196 N时摩擦系数达到最大为0.072，载荷为700 N时摩擦系数达到最小，较196 N时的摩擦系数减小了12.5%，减摩性能较好。随着试验载荷的增大，表面摩擦系数越来越小，这是由于摩擦副表面生成了稳定的化学吸附膜；但是载荷继续增大，表面摩擦系数有所增加，这主要是由于增大载荷会使摩擦副钢球表面的接触温度升高，油膜逐渐被破坏，磨损加剧，摩擦系数增大。随着试验载荷的增加，钢球表面磨斑直径逐步增大，最大值较最小值增大了32.9%，这是由于试验载荷的增大，使得钢球摩擦副表面的接触应力增大，表面的接触面积增大，磨斑直径增大，抗磨性能逐渐降低。

图2 载荷对DRC水溶液减摩抗磨的影响

2.1.3 转速对减摩抗磨性能的影响

最后对不同转速下的DRC水溶液进行试验，其试验浓度设置3%，试验时间设置30 min，试验载荷设置196 N，试验转速为700 r/min、850 r/min、1000 r/min、1150 r/min、1300 r/min和1450 r/min。

DRC水溶液摩擦系数随转速的增加先减小后增大，其变化范围在0.068~0.077之间，当转速达到1150 r/min时，钢球的摩擦系数最小，达到了0.068，相比于之前的最大值降低了11.7%，说明减摩的效果有所提高，主要是由于试验转速的提高，润滑膜表面的承载能力有所增大，其产生的宏观表现为钢球表面摩擦系数减小；而随着试验转速的增大，钢球摩擦系数增大，主要是因为在较高的试验转速下，

同时间产生的动态接触率增大，钢球表面摩擦系数增大。随着试验转速逐渐增大，钢球表面磨损减少，磨斑直径有所减小，水溶液产生了良好的抗磨性能，主要是由于在较高的试验转速下，容易在接触面产生流体膜，有助于减少钢球表面的接触摩擦磨损。

3 结语

DRC水溶液具有较好的减摩抗磨性能主要是由于摩擦副表面形成了稳定的吸附膜，其具有一定的承压能力，能够有效的隔开摩擦副接触表面。摩擦学相关试验表明DRC水溶液在较低的浓度下润滑效果较好，但其作用机理以及在实际生产使用中仍需进一步研究。

参考文献：

[1]孔劲媛.国内外润滑液基础油市场分析[J].国际石油经济,2009,4(10):49-53.

[2]孙玉彬,胡丽天,薛群基.环境友好型润滑油的发展及其摩擦学研究现状[J].摩擦学学报,2008,28(4):381-387.