改性纳米金 刚石液压导轨油.docVIP

改性纳米金刚石液压导轨油 张书达 （天津市乾宇超硬科技有限公司，300384） 摘 要 介绍了所研制的CLH 0150型改性纳米金刚石液压导轨油。与市售的顶级国际知名品牌1409型液压导轨油相比具有显著的优越性。当Pr/Ps=0.4时，滑轨流阻系数Rh高出12～25%。当负荷为1400kg时，静压滑轨的面积系数αf约高18%。当负荷为740kg时，劲度系数Sc可高出20%以上。使用该油，可使滑轨油膜承载能力提高，防爬行能力增强，从而提高加工精度。 前 言 导轨的精密程度和运行时的平稳性大大影响机床的加工精度。导轨在高负荷低移动速度时会发生“爬行”现象，从而影响加工的正常进行。由于导轨移动速度经常从零（静摩擦）瞬间上升到正常速度（动摩擦），此时油膜易破坏，出现干摩擦现象。一般说来，当静摩擦系数大于0.2时，将出现“粘—滑”现象，滑动副（摩擦副）运动时快时慢，此即“爬行”。在机械的导轨副材质和精度确定之后，所用导轨油的性能就决定了“爬行”的程度。现常在矿物基础油中加入脂肪酸类、脂肪酸皂类和硫化动植物油。这能在一定程度上改善爬行的危害，但对于高精度的加工仍不能达到预期效果。 与其它润滑油相比，导轨油最主要的特点是应具有优异的防爬性[1]。在我国现行标准SH/T 3141-1998中体现在黏—滑特性这一指标上，它是通过测定动—静摩擦系数的差值来确定的[2]。本工作所用的滑轨的流阻系数、静压滑轨面积系数和劲度系数能更全面更真实地反映出润滑油的防爬性和油膜承载能力。通过这3个参数的测定，充分展现了改性纳米金刚石液压导轨油的优越性。 1. 液压导轨油的配制 用负氧平衡法制造的纳米金刚石原料，经严格的化学处理，制取高度纯净的纳米金刚石。后经表面改性，例如用等离子氢在800℃时处理2小时，使纳米颗粒表面带有较多的-CH2和-CH3官能团。将这样的纳米金刚石按一定浓度加入到矿物基础油中，经强力搅拌和强超声处理（2000W以上超声波发生器），使其均匀分散在油液中。再加入少量防锈剂、抗氧抗腐剂、消泡剂等添加剂即制成。它们可长期存放而无明显沉淀。 2. 实验 2.1 待测油样 油样1——顶级国际知名品牌1409型液压导轨油。 油样2——天津市乾宇超硬科技有限公司研制的CLH 0150型液压导轨油。 2.2 五种负载方式 图1示出了本实验过程中的五种负载方式。 （a）实验1 （b）实验2 （c）实验3 （d）实验4 （e）实验5 图1 五种实验负载形式 3. CLH 0150型液压导轨油的性能 3.1 滑轨的流阻系数Rh 测量时环境温度为29.8℃～30.9℃，具体数据见图2。 （a）实验1 （b）实验2 （c）实验3 （d）实验4 （e）实验5 （：国际知名品牌1409，：国际知名品牌1409 +纳米金刚石） 图2 流阻系数之比较 由图2可知，CLH 0150的流阻系数Rh始终比国际知名品牌1409 1409的大。油腔压力Pr与供油压力Ps之比越大，二者的差别亦越大。当Pr/Ps=0.4时，CLH 0150型液压导轨油的流阻系数Rh比国际知名品牌1409的Rh高12～25%（五种不同负载方式）。 流阻系数Rh=Pr/Qμ （1） 式中：Pr——静压滑轨油腔压力（N/m2），Q——流量（m3/s），μ——粘度（Pa·s）。 3.2 静压滑轨的面积系数αf 静压滑轨的面积系数 （2） 式中：W——负载重量（kg），Ap——油区总面积（m2），Pr——油腔压力（N/m2）。 具体测量值见图3。CLH 0150油的αf之值比国际知名品牌1409 1409的αf高，且随着负载的增大，二者的相对比值亦增大。当W=1000 kg时，前者约高出10%；当W=1400 kg时，前者约高出18%。从发展趋势看，负载再增加时，CLH 0150油的αf会急剧增加；而国际知名品牌1409的αf趋于平缓。 （：理论值，：国际知名品牌1409，：国际知名品牌1409 +纳米金刚石） 图3 静压滑轨面积系数之比较 3.3 劲度系数Sc 劲度系数Sc的定义如下： （3） 式中：——微变量负荷（），——油膜厚度之微变量（）。 由（3）式可知，Sc值越大，则说明在同样负载情况下，油膜厚度变化越小。所以，在设备确定的情况下，Sc值越大，工件加工精度越高。 五种不同负载情况下的Sc值变化见图4。由图4可见：CLH 0150型液压导轨油的Sc值始终高于国际知名品牌1409型液压导轨油。负荷越大，二者的差别越明显。最佳效果是油样2的Sc比油样1的Sc高20%以上（图4b，负荷740 kg时）。 图4中的理论值是指按下式计算之值 （4） 式中：W0——初始负荷（kg），h0,av——初始平均油膜厚度（m），β0——九腔平均