润滑性是材料(特别是润滑油、润滑脂、涂层、金属、塑料等)在相对运动表面之间减少摩擦和磨损能力的关键指标。对产品进行润滑性检测至关重要,它直接关系到机械设备的运行效率、能耗、使用寿命、噪音水平以及工作可靠性。无论是研发新型润滑材料、评估现有产品的性能、进行质量控制,还是分析设备故障原因,精确可靠的润滑性检测都是不可或缺的环节。通过科学的检测方法,可以量化评估材料在特定工况条件下的减摩抗磨表现,为产品优化和应用选型提供坚实的实验数据基础。
一、主要检测项目
润滑性检测的核心目标是评估材料在摩擦条件下的性能,主要围绕以下几个关键项目展开:
1. 摩擦系数: 这是最核心的参数,衡量两个接触表面在相对滑动时,摩擦力与施加的法向载荷之间的比值。较低的摩擦系数通常意味着更好的润滑性。
2. 磨损量/磨损率: 评估材料在摩擦过程中表面材料的损失程度。通常通过测量磨痕的宽度、深度、体积或质量损失来量化。抗磨损性能是润滑性的重要体现。
3. 磨痕形貌: 利用显微镜(如光学显微镜、扫描电子显微镜SEM)观察和分析摩擦后表面的磨痕特征、损伤形式(如粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损等)。
4. 油膜强度/极限承载能力: 测试润滑剂在逐渐增加的负荷下维持有效油膜、防止金属表面直接接触的能力,常以发生卡咬或摩擦系数急剧上升时的负荷值表示。
5. 疲劳寿命: 例如在滚动接触条件下(如轴承),评估润滑剂延缓材料表面发生疲劳剥落(点蚀)的能力。
二、常用检测仪器
润滑性检测依赖于精密的摩擦磨损试验机来模拟各种接触形式和工况条件,主要仪器包括:
1. 四球试验机: 最广泛使用的评价润滑油、脂润滑性和极压抗磨性能的仪器。三个固定钢球浸入被测润滑剂中,与一个旋转的顶部钢球形成点接触。可测定摩擦系数、磨斑直径、烧结负荷、极压指数等。
2. 梯姆肯试验机: 主要评价润滑剂在滑动线接触条件下的抗擦伤能力和承载能力。使用一个旋转的钢环和一个静止的钢块(试块)在润滑剂存在下进行测试。
3. Falex 试验机: 常用于评估润滑剂的极压和抗磨性能,特别是油性。采用V型块夹住一个旋转的销轴,形成线接触。
4. SRV (Schwingungs-Reibungs-Verschleiss) 高频往复摩擦磨损试验机: 可模拟高频振荡运动(如发动机部件),在点、线或面接触下测量摩擦系数、磨损量,尤其适合评估边界润滑性能。
5. 环块试验机/销盘试验机: 相对通用的摩擦磨损试验机,通过旋转的圆盘(或圆环)与静止的销(或块)接触,可灵活设定速度、载荷、温度等参数。
6. 球盘/球-三片试验机: 常用于评价材料(尤其是涂层、塑料等)的摩擦磨损特性。
7. 表面轮廓仪/白光干涉仪: 用于精确测量磨痕的三维形貌、深度、体积。
8. 光学显微镜/扫描电子显微镜(SEM): 观察和分析磨损表面及磨屑形态。
三、主要检测方法
检测方法的选择取决于被测材料类型、应用场景和关注的性能重点。核心方法依据上述仪器的工作原理:
1. 四球法: * 磨损性能测试: 在规定负荷、转速、温度和时间下运行,测量底部三个钢球的平均磨斑直径(WSD)。 * 极压性能测试: 逐步增加负荷直至钢球发生烧结(卡咬),记录烧结负荷和综合磨损值。
2. 梯姆肯法: 在恒定转速下逐步增加负荷,直至试块表面出现擦伤(或达到规定负荷),记录OK值(不产生擦伤的最大负荷)。
3. Falex法: 通常运行至试件失效(销轴卡死)或达到规定时间/负荷,测量摩擦力和磨损量。
4. SRV法: 在高频往复运动、设定负荷、振幅、频率、温度条件下运行,实时监测摩擦系数,测试结束后测量磨斑尺寸或体积损失。
5. 环块/销盘法: 设定接触形式、速度、载荷、时间、温度等参数,运行过程中记录摩擦系数,结束后测量磨损量(体积或质量损失)并观察磨损形貌。
6. 长时磨损/疲劳试验: 对于需要评估耐久性的场合,会在模拟工况下进行长时间的磨损或滚动接触疲劳试验。
四、检测标准
润滑性检测遵循一系列国际、国家或行业标准,以确保结果的可比性和可靠性。常用标准包括:
1. ASTM (美国材料与试验协会) 标准: * ASTM D4172: 四球法测定润滑液磨损性能的标准试验方法。 * ASTM D2783: 四球法测定润滑油极压性能的标准试验方法。 * ASTM D2782: 四球法测定润滑脂极压性能的标准试验方法。 * ASTM D5183: 四球法测定润滑脂磨损性能的标准试验方法。 * ASTM D2714: 梯姆肯法测定液体润滑剂极压性能的标准试验方法。 * ASTM D5707: Falex法测定润滑油极压性能的标准试验方法。 * ASTM D5706: Falex法测定润滑脂极压性能的标准试验方法。 * ASTM D6425: 使用SRV试验机测定润滑油摩擦系数的标准试验方法。 * ASTM G99: 使用销盘试验机进行磨损试验的标准试验方法。
2. ISO (国际标准化组织) 标准: * ISO 12156-1: 柴油润滑性评定 - 高频往复试验机法。 * ISO 20623: 石油及相关产品 - 使用四球机测定润滑脂和润滑油的极压和磨损性能。 * ISO 6292: 石油产品 - 使用梯姆肯法测定润滑剂的抗擦伤能力。
3. 其他国家和行业标准: * GB/T 3142 (中国国家标准,等同ASTM D2783) * GB/T 12583 (中国国家标准,等同ASTM D2782) * DIN 51350 (德国标准,包含四球、FZG齿轮等多种润滑性测试方法) * FZG齿轮机试验标准(常用于评价齿轮油的承载能力)等。
综上所述,润滑性检测是一个系统性的科学评估过程,需要根据实际需求选择合适的检测项目、匹配精密的检测仪器、严格遵循标准化的检测方法。通过这些严谨的测试,能够准确量化材料在摩擦学方面的性能,为产品的研发、质量控制、选型应用以及设备的安全高效运行提供至关重要的技术支撑和数据保障。

