摘 要：摩擦是機(jī)械工程中不可避免的物理現(xiàn)象，它不僅消耗大量能量，而且成為機(jī)械磨損、損壞甚至失效的主要原因，面對(duì)這一挑戰(zhàn)，潤(rùn)滑脂作為一種專為減少摩擦而設(shè)計(jì)的潤(rùn)滑劑，以其獨(dú)特的性能在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，潤(rùn)滑脂成分精巧，基礎(chǔ)油和復(fù)合添加劑的巧妙組合，使其摩擦特性得到充分發(fā)揮，對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率和使用壽命產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此，深入探索潤(rùn)滑脂的摩擦特性，不僅有助于我們更好地理解其潤(rùn)滑機(jī)理，還能為優(yōu)化潤(rùn)滑方案、提高設(shè)備整體性能提供科學(xué)依據(jù)和理論支持，該研究領(lǐng)域前景廣闊，對(duì)推動(dòng)機(jī)械工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

關(guān)鍵詞：潤(rùn)滑脂 定義 摩擦特性

本文重點(diǎn)對(duì)潤(rùn)滑脂的摩擦特性進(jìn)行深入分析，旨在揭示潤(rùn)滑脂的組成、結(jié)構(gòu)與摩擦性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，本文通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)分析和理論探討，創(chuàng)新性地提出了基于摩擦學(xué)原理的潤(rùn)滑脂性能評(píng)價(jià)體系，為工業(yè)應(yīng)用中潤(rùn)滑脂的選擇提供了更加準(zhǔn)確、科學(xué)的指導(dǎo)。該研究不僅加深了我們對(duì)潤(rùn)滑脂摩擦機(jī)理的認(rèn)識(shí)，而且為提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率和延長(zhǎng)使用壽命提供了切實(shí)可行的解決方案，具有廣闊的應(yīng)用前景和學(xué)術(shù)價(jià)值。

1 潤(rùn)滑脂的定義和發(fā)展

1.1 潤(rùn)滑脂的定義和特性

潤(rùn)滑脂，該術(shù)語(yǔ)涵蓋介于液體潤(rùn)滑劑和固體潤(rùn)滑劑之間的半固體或油狀物質(zhì)，主要由基礎(chǔ)油（潤(rùn)滑油）、增稠劑（增稠劑或皂基）和可能的添加劑在高溫下混合而成?；A(chǔ)油作為潤(rùn)滑脂的主要成分，占總量的70%以上，提供潤(rùn)滑所需的基礎(chǔ)油膜，增稠劑起到吸附和穩(wěn)定基礎(chǔ)油的作用，賦予潤(rùn)滑脂獨(dú)特的半固體形態(tài)。[1]添加劑，如抗氧化劑，防銹劑和極壓抗磨劑，用于進(jìn)一步改善潤(rùn)滑脂的性能，如耐高溫，耐腐蝕和減摩。潤(rùn)滑脂的獨(dú)特性在于其流變特性，即在沒(méi)有外力的情況下能保持一定的形狀，不會(huì)自動(dòng)流失；但受到外力時(shí)可以變形，外力撤除后可以恢復(fù)原狀，這一特性使得潤(rùn)滑脂在潤(rùn)滑機(jī)械零件時(shí)不僅能有效防止泄漏，而且在需要時(shí)能迅速流動(dòng)，為摩擦表面提供充分的潤(rùn)滑，該潤(rùn)滑脂還具有優(yōu)異的粘附性、耐水性、密封性和抗泄漏性，特別適用于密封不良或開(kāi)口的摩擦部位。

1.2 潤(rùn)滑脂的發(fā)展歷史

據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，早在公元前1400年的古埃及，人們就已經(jīng)學(xué)會(huì)將石灰與植物油混合來(lái)潤(rùn)滑戰(zhàn)車車軸，但是，現(xiàn)代意義上的油脂的出現(xiàn)是在工業(yè)革命之后，隨著煉油技術(shù)的興起，礦物油逐漸取代植物油，成為潤(rùn)滑脂的基礎(chǔ)油。19世紀(jì)中期，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，人們開(kāi)始嘗試使用各種化學(xué)物質(zhì)作為稠化劑來(lái)改善潤(rùn)滑脂的性能，1872年，鈉基潤(rùn)滑脂，一種由皂基增稠礦物油制成的潤(rùn)滑脂問(wèn)世，標(biāo)志著現(xiàn)代潤(rùn)滑脂工業(yè)的開(kāi)始，鈣基潤(rùn)滑脂、鋁基潤(rùn)滑脂、復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂等不同類型的潤(rùn)滑脂相繼出現(xiàn)，以滿足不同工況下的潤(rùn)滑要求。二戰(zhàn)后，隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展，各國(guó)加大了對(duì)特種潤(rùn)滑脂的技術(shù)投入，特別是冷戰(zhàn)結(jié)束后，越來(lái)越多的高新技術(shù)應(yīng)用于民用潤(rùn)滑脂領(lǐng)域，如合成基礎(chǔ)油、特殊功能添加劑、新型稠化劑等新材料的應(yīng)用，這些新材料在新型潤(rùn)滑脂配方中的廣泛應(yīng)用，大大提高了潤(rùn)滑脂的性能。如聚α-烯烴（PAO）合成基礎(chǔ)油的應(yīng)用，使?jié)櫥哂懈叩臒岚捕ㄐ院脱趸捕ㄐ?；聚脲、硅膠等新型稠化劑的應(yīng)用使?jié)櫥哂懈玫臋C(jī)械安定性和膠體安定性。

1.3 潤(rùn)滑脂市場(chǎng)現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和工業(yè)化進(jìn)程的加快，油脂市場(chǎng)的需求不斷增加，特別是在中國(guó)等新興市場(chǎng)，隨著制造業(yè)的快速發(fā)展和汽車數(shù)量的不斷增加，對(duì)潤(rùn)滑脂的需求呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年中國(guó)潤(rùn)滑脂市場(chǎng)總規(guī)模已穩(wěn)定在620萬(wàn)-650萬(wàn)噸/年之間，潤(rùn)滑脂需求通常維持在40萬(wàn)噸/年左右。從市場(chǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，油脂市場(chǎng)呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)，一方面，傳統(tǒng)的礦物油基潤(rùn)滑脂仍占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位；另一方面，隨著環(huán)保意識(shí)的提高和可持續(xù)發(fā)展理念的深入人心，生物油基潤(rùn)滑脂和合成油基潤(rùn)滑脂等環(huán)保潤(rùn)滑脂的市場(chǎng)份額也在逐漸增加。此外，隨著新能源汽車的快速發(fā)展和智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)潤(rùn)滑脂的性能提出了更高的要求，如更高的熱穩(wěn)定性、更低的摩擦系數(shù)和更好的耐磨性。這些要求推動(dòng)了潤(rùn)滑脂技術(shù)的不斷創(chuàng)新和升級(jí)。未來(lái)，油脂市場(chǎng)將繼續(xù)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)，一方面，隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高和智能制造的快速發(fā)展，工業(yè)潤(rùn)滑脂的需求有望進(jìn)一步增加；另一方面，隨著新能源汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大和技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)潤(rùn)滑脂的性能要求將更加嚴(yán)格。[2]因此，油脂企業(yè)需要不斷創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)的變化和升級(jí)需求，企業(yè)也需要加強(qiáng)品牌建設(shè)和市場(chǎng)拓展，提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位。

2 潤(rùn)滑脂的主要成分

2.1 基礎(chǔ)油

基礎(chǔ)油又稱潤(rùn)滑油，是潤(rùn)滑脂的主要成分，通常占總量的70%～90%，它不僅是潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑性能的主要承擔(dān)者，而且決定著潤(rùn)滑脂的粘度、流動(dòng)性和潤(rùn)滑效果，基礎(chǔ)油的選擇很重要，根據(jù)潤(rùn)滑脂的預(yù)期用途和使用條件來(lái)確定。礦物油是一種常見(jiàn)的基礎(chǔ)油，主要來(lái)源于煉油廠特制的石油產(chǎn)品，如環(huán)烷基潤(rùn)滑油、石蠟基潤(rùn)滑油和中間基潤(rùn)滑油，這些礦物油具有來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足很多常見(jiàn)的潤(rùn)滑需求。例如，由于其高密度和低傾點(diǎn)，環(huán)烷基潤(rùn)滑油經(jīng)常用于需要低溫流動(dòng)性的潤(rùn)滑脂中，但在一些極端條件下，如高溫、高速或需要耐化學(xué)性的環(huán)境下，礦物油可能達(dá)不到要求。為了滿足這些特殊需求，合成油應(yīng)運(yùn)而生，合成油具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、低溫性能和抗氧化性能，有些產(chǎn)品甚至可生物降解。常見(jiàn)的合成油包括聚烯烴、聚醚、聚硅氧烷和合成酯，例如，聚α-烯烴（PAO）合成油由于其高的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性而廣泛用于高性能潤(rùn)滑脂中。

2.2 稠化劑

稠化劑通常占總量的5%至30%，增稠劑在潤(rùn)滑脂中形成網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)，將基礎(chǔ)油吸附固定在骨架上，從而賦予潤(rùn)滑脂半固態(tài)或固態(tài)的形態(tài)。增稠劑的種類和含量決定了潤(rùn)滑脂的粘度、耐水性、耐熱性和機(jī)械穩(wěn)定性，常見(jiàn)的增稠劑包括皂基增稠劑和非皂基增稠劑。皂基增稠劑以金屬如鋰、鈣、鈉、鋇或鋁為基礎(chǔ)，通過(guò)脂肪酸與金屬離子反應(yīng)制備，如鋰基稠化劑具有優(yōu)異的耐水性、高溫穩(wěn)定性和膠體穩(wěn)定性，因此鋰基潤(rùn)滑脂廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械和電子設(shè)備中。非皂基增稠劑是基于有機(jī)和無(wú)機(jī)固體顆粒、粘土、聚脲和硅膠，這些非皂基增稠劑具有獨(dú)特的性能，如更高的熱穩(wěn)定性、更低的摩擦系數(shù)和更好的耐磨性。例如，聚脲增稠劑因其高剪切穩(wěn)定性和極壓抗力，常被用于潤(rùn)滑重載和高速摩擦部件。

2.3 添加劑

雖然添加劑在潤(rùn)滑脂中的含量不高，占總量的0～10%，但它們對(duì)提高潤(rùn)滑脂的綜合性能起著至關(guān)重要的作用，添加劑種類繁多，功能各異，包括結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑、抗氧化劑、金屬鈍化劑、防銹劑、極壓劑、油性劑、抗磨劑等。結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑可以優(yōu)化潤(rùn)滑脂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，例如甘油、環(huán)烷酸等添加劑可以改善皂油的結(jié)構(gòu)，提高潤(rùn)滑脂的機(jī)械安定性和膠體安定性，抗氧化劑和金屬鈍化劑能防止?jié)櫥诟邷叵卵趸透g，延長(zhǎng)其使用壽命，防銹劑可以保護(hù)摩擦部件免受濕氣和腐蝕性介質(zhì)的影響，極壓劑和油性劑能改善潤(rùn)滑脂在邊界潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑條件下的性能，降低摩擦磨損。此外，還有一些具有特殊功能的添加劑，如拉絲劑，可以增加潤(rùn)滑脂的粘度，使其更容易涂抹和填充，固體填料，如石墨和二硫化鉬，常用作添加劑，以提高油膜的承載能力和耐磨性。

2.4 組分之間的相互作用和協(xié)同效應(yīng)

潤(rùn)滑脂的性能不僅取決于各組分的性質(zhì)，還取決于它們之間的相互作用和協(xié)同效應(yīng)，基礎(chǔ)油、稠化劑和添加劑在潤(rùn)滑脂中相互依存、相互影響，共同決定了潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑性、流動(dòng)性、耐熱性、抗水性和機(jī)械穩(wěn)定性。比如基礎(chǔ)油的種類和粘度會(huì)影響增稠劑在其中的分散和吸附效果，從而影響潤(rùn)滑脂的粘度和流動(dòng)性。增稠劑的種類和結(jié)構(gòu)會(huì)影響潤(rùn)滑脂中基礎(chǔ)油的固定和釋放效果，進(jìn)而影響潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑性和抗水性，添加劑的加入可以進(jìn)一步改善潤(rùn)滑脂的某些性能，如抗氧化、抗磨、極壓等，這些添加劑不僅可以直接作用于摩擦表面降低摩擦磨損，還可以與基礎(chǔ)油和稠化劑相互作用，增強(qiáng)潤(rùn)滑脂的整體性能。因此，在潤(rùn)滑脂的配方設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮各組分的性質(zhì)和含量，以及它們之間的相互作用和協(xié)同效應(yīng)，以達(dá)到最佳的潤(rùn)滑效果和性能，通過(guò)精確控制各組分的比例和工藝條件，可以制備出性能優(yōu)異的潤(rùn)滑脂產(chǎn)品，滿足各種復(fù)雜苛刻的使用條件。

3 潤(rùn)滑脂的摩擦特性

3.1 對(duì)潤(rùn)滑脂摩擦特性的基本了解

潤(rùn)滑脂的摩擦特性作為評(píng)價(jià)其性能的關(guān)鍵指標(biāo)，不僅關(guān)系到機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率，而且直接影響設(shè)備的維護(hù)成本和使用壽命，這種特性主要體現(xiàn)在潤(rùn)滑脂具有降低摩擦系數(shù)、減少磨損和提供必要潤(rùn)滑的能力。潤(rùn)滑脂的粘度和粘附力是形成穩(wěn)定潤(rùn)滑膜的基礎(chǔ)，這種薄膜就像是機(jī)械設(shè)備的“保護(hù)傘”，有效隔離了摩擦面之間的直接接觸，從而降低了摩擦系數(shù)，減緩了磨損速度。在實(shí)際應(yīng)用中，以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱為例，其工作環(huán)境復(fù)雜多變，既要經(jīng)受極端天氣條件的考驗(yàn)，又要保證長(zhǎng)期高效運(yùn)行，在高速高負(fù)荷條件下，齒輪箱中齒輪和軸承的摩擦磨損問(wèn)題尤為突出。這時(shí)，一種高性能的潤(rùn)滑脂就顯得尤為重要。不僅能顯著降低齒輪與軸承之間的摩擦系數(shù)，減少能量損失，還能有效防止磨損，延長(zhǎng)齒輪箱的使用壽命，深入了解潤(rùn)滑脂的摩擦特性，對(duì)于選擇合適的潤(rùn)滑脂和優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行非常重要。

3.2 潤(rùn)滑脂組成對(duì)摩擦特性的影響

潤(rùn)滑脂的組成，包括基礎(chǔ)油、添加劑和稠化劑，對(duì)其摩擦特性有決定性的影響，作為潤(rùn)滑脂的主體，種類（如礦物油、合成油、生物油等）和性能（如粘度、傾點(diǎn)、閃點(diǎn)等）的基礎(chǔ)油直接決定了潤(rùn)滑脂的基本性能。合成油因其良好的高溫穩(wěn)定性和高氧化穩(wěn)定性而受到青睞，尤其是在高溫和高負(fù)荷應(yīng)用場(chǎng)合，生物油以其可再生和環(huán)境友好的特點(diǎn)成為未來(lái)綠色油脂的重要發(fā)展方向。添加劑在油脂中起到“錦上添花”的作用，通過(guò)改變潤(rùn)滑脂的物理和化學(xué)性質(zhì)來(lái)進(jìn)一步改善其摩擦性能，極壓添加劑可以在高負(fù)荷條件下形成固體潤(rùn)滑膜，防止金屬表面之間的直接接觸，從而減少磨損。抗氧化劑可以延長(zhǎng)潤(rùn)滑脂的使用壽命，防止其因氧化而失效，還有緩蝕劑、防銹劑等，共同構(gòu)成了潤(rùn)滑脂的“保護(hù)網(wǎng)”，保證其在各種惡劣環(huán)境下的優(yōu)異潤(rùn)滑效果。增稠劑作為潤(rùn)滑脂的“骨架”，其種類和含量直接影響潤(rùn)滑脂的粘度和穩(wěn)定性，不同的稠化劑對(duì)潤(rùn)滑脂的摩擦性能有不同的影響。比如鋰基增稠劑，由于其良好的耐水性、機(jī)械穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性而被廣泛使用；鈣基增稠劑因其價(jià)格實(shí)惠、適用性廣而備受青睞，選擇合適的稠化劑對(duì)優(yōu)化潤(rùn)滑脂的摩擦性能具有重要意義。

3.3 應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)潤(rùn)滑脂摩擦特性的需求

在不同的場(chǎng)景下，對(duì)潤(rùn)滑脂的性能要求是不同的，在工業(yè)領(lǐng)域，如鋼鐵冶煉、機(jī)械制造等行業(yè)，設(shè)備經(jīng)常在高溫、高負(fù)荷、高濕度的環(huán)境中運(yùn)行，這對(duì)潤(rùn)滑脂的耐高溫、抗極壓、抗水性提出了極高的要求。在汽車、火車、飛機(jī)等交通工具領(lǐng)域，潤(rùn)滑系統(tǒng)需要經(jīng)受長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的考驗(yàn)，對(duì)潤(rùn)滑脂的耐久性、穩(wěn)定性和環(huán)保性都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其內(nèi)部部件如活塞環(huán)、氣缸壁、曲軸軸承等在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦和熱量，這時(shí)，一種高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑脂就顯得尤為重要，不僅能顯著降低部件間的摩擦系數(shù)，減少能量損失和磨損，還能有效冷卻部件，防止因過(guò)熱而導(dǎo)致的故障。[3]此外，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，汽車制造商也對(duì)潤(rùn)滑脂的環(huán)保性提出了更高的要求，選擇一種滿足性能要求且對(duì)環(huán)境友好的潤(rùn)滑脂，對(duì)于保證汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命具有重要意義。

3.4 潤(rùn)滑脂摩擦特性的優(yōu)化與改善

為了改善潤(rùn)滑脂的摩擦特性，研究人員和工程師們正在不斷探索新的技術(shù)和方法，一方面，通過(guò)改進(jìn)潤(rùn)滑脂的配方和生產(chǎn)工藝，優(yōu)化其化學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)，從而提高其潤(rùn)滑性和抗磨性。比如采用先進(jìn)的納米技術(shù)，添加納米粒子，可以顯著提高潤(rùn)滑脂的極壓性和耐磨性；另一方面，通過(guò)優(yōu)化潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布局，提高油路和脂路的流動(dòng)性，保證潤(rùn)滑脂能夠均勻穩(wěn)定地供給摩擦面，進(jìn)一步提高潤(rùn)滑效果。未來(lái)，隨著科技的進(jìn)步和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，潤(rùn)滑脂的研究和應(yīng)用將更加注重綠色、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，比如開(kāi)發(fā)基于可再生資源的生物油脂，減少對(duì)化石資源的依賴；研究具有自修復(fù)功能的智能潤(rùn)滑脂，它能在摩擦過(guò)程中自動(dòng)修復(fù)磨損表面，并探索更高效的潤(rùn)滑方法和機(jī)理，如磁流體潤(rùn)滑、超聲波潤(rùn)滑等，以進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率和使用壽命，這些創(chuàng)新技術(shù)和方法的應(yīng)用將為潤(rùn)滑脂的發(fā)展和應(yīng)用帶來(lái)新的突破和機(jī)遇。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，深入探討了潤(rùn)滑脂的摩擦特性及其影響因素，結(jié)果表明，選擇合適的粘度、極壓添加劑、稠度和具有優(yōu)良抗氧化性和抗腐蝕性的潤(rùn)滑脂，對(duì)優(yōu)化潤(rùn)滑效果和提高設(shè)備性能具有重要作用。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步探索潤(rùn)滑脂在不同工況下的最佳配方和潤(rùn)滑機(jī)理，為工業(yè)應(yīng)用提供更準(zhǔn)確的指導(dǎo)。

基金項(xiàng)目：郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目，潤(rùn)滑脂摩擦特性的研究（CZZYQNKT

2023-12）。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐智偉.機(jī)械設(shè)備潤(rùn)滑故障分析與預(yù)防研究[J].信息系統(tǒng)工程，2017（02）：131.

[2]鄧樂(lè)斌.汽機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)油質(zhì)變化對(duì)系統(tǒng)影響分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（06）：1.

[3]于艷.常規(guī)潤(rùn)滑油工廠總工藝流程及路線設(shè)計(jì)總結(jié)[J].化工管理，2017（08）：75.