摩擦润滑十大成就Word文档下载推荐.docx
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根据一些史料，人类最早使用润滑剂的记载大约是公元前15世纪，在埃及法老Tehut-Hetep（公元前1650年左右）的陵墓里，发现了人类使用润滑剂的证据：
人们在木板上涂上橄榄油，有助于搬运巨大的石块。
除了这项考古发现，还报道过更早一些的证据：
在Djehutihotip的陵墓出土了一件文物（公元前1800年左右，胡夫金字塔建成后800年），上面描绘了172个工匠在平地上拖动一副双轨平底的雪橇状木板拖车，搬运一块巨大的雕像。
在木板前方人们在倾倒一些液体，猜想可能就是润滑油。
另一项考古发现是TuraStele出土的文物，描绘了类似的场景，只不过是三头公牛在平地上拖动类似的木板拖车，搬动一块大石头。
这项发现所对应的历史时期大约是公元前1580年~公元前1588年，比胡夫金字塔晚了1000年。
公元一世纪，老普林尼对自然百科进行了整理，其中就列出了当时使用的动、植物油脂——在随后的千百年里，人们依然使用这些油脂，没有太大改变。
人类使用动物油作为燃油和润滑油的历程中，有时也发生了惨剧。
上世纪，因为人类需要鲸油，抹香鲸差点被捕杀殆尽，而鲸油可以做成优质的灯油。
后来，因为天然油料越来越难得，因此人类开始寻找其它的油料来源，尤其是石油。
在人类使用天然润滑剂的早期历程中，润滑脂也值得我们特别关注。
从远古时代起，动物的脂肪就是最常用的润滑剂之一，因为它们简单易得。
而且，动物脂肪还具有粘附性好的优点，车轮上使用效果较好。
事实上，人类最早开始专门配制的润滑剂很可能就是润滑脂。
2.古人发现滚动能减磨
在评选摩擦学发展史的十大事件时，许多读者都推举了轮子的发明——通过滚动，降低摩擦。
而有些人则提出应该是车轴，因为车轴更古老，而且正因为有了车轴，才改变了轮子的用途，让它转变成了一种有用的工具。
但是，许多参与评选的人更倾向于这样的看法：
轮子确实很重要，但是真正让物体实现滚动的，是轴承，而不是轮子。
在古埃及的考古发现中，发现了人们使用滚动的圆木，作为辅助工具，搬运重物，有些记载是使用鹅卵石、或者圆形的石块。
在罗马时代，一些减磨工具已经出现，有初具雏形的减磨珠、圆筒状或者尾端制成纺锤形的滚子。
达芬奇是文艺复兴时代全才式的人物，传世的不但有文艺作品，还有一些科学手稿，其中就包含摩擦学最早的一些基本原理，在他存世的手稿中有一些很明显就是用于减磨的轴承图。
在达芬奇和我们之间，是科学发展突飞猛进的时代——工业革命。
“据我们所知，真正意义上用于减磨的轴承，始于19世纪80年代初期，德国人FriedrichFischer发明了一种工艺，可以大量生产高精度的球状滚子。
3.1495年~1950年，发现摩擦原理
文艺复兴时代，像达芬奇一样的思想家开始研究摩擦法则。
1495年，达芬奇推出了两条摩擦学的基本法则：
摩擦力与接触面的大小无关；
摩擦力与压力成正比。
尽管达芬奇发现了这些摩擦法则，但是很多年都没有人知道，因为达芬奇没有正式发表他的观察结果。
200多年后的1699年，法国物理学家阿蒙顿GuillaumeAmontons（1663~1705）也发现了这两条摩擦学基本法则。
通过推理，他发现产生摩擦的主要原因在于：
当一个物体在在另一个物体的表面移动时，需要做功，引起接触面之间发生形变和磨损。
然而，直到1785年，库伦（CharlesAugustCoulomb）通过对阿蒙顿的摩擦学说进一步发展，才确定了摩擦学的第二条定律——也就是我们现在所知道的库伦摩擦定律，这条定律与我们今天所知道的摩擦定律基本一致。
库伦定律是这样表述的：
摩擦力正比于接触面之间的正压力。
这条摩擦律虽然适用于许多接触面之间的摩擦力，但是却不是所有情况都通用的基本法则，并且不适用于大的物体。
伟大的物理学家牛顿发现了许多力学和运动的基本定律，其中也包括了对摩擦学的进一步发现。
牛顿发现，动摩擦与速度和速率没有关系，这就是摩擦学第三条定律。
1950年，英国科学家菲利普·
鲍登（PhillipBowden）和泰伯（DavidTabor）对摩擦定律进行了阐述，他们认为，物体间接触时，实际上的接触面积是很小的，并不是整个表面都产生了接触。
在物体的表面，哪怕是看起来很光滑的表面，放大了看其实是一些凸凹不平的峰点。
发生接触的实际上是这些起伏的峰点，而不是整个表面。
物体接触时，正压力越大，两个接触面受到挤压，产生接触的峰点就越多，摩擦力随之增大。
鲍登和泰伯还进一步确定，摩擦力取决于相互接触的峰点之间的粘附力。
不过，随着我们对接触面间的摩擦上升到单个分子层面上的分析，我们了解到这些宏观摩擦法则也具有局限性，还了解到接触面间的相互作用，在微观层面上是非常复杂的。
4.1859年，Drake的油井与世界润滑油工业的问世
1859年8月27日，在美国宾夕法尼亚州的Titusville,Drake钻出了第一口油井，位于地下69.5英尺，美国乃至世界都把这个时间看做世界石油工业的开端。
随后几年，由于工业革命对能源的巨大需求，油井如雨后春笋一样出现，石油工业也带动了城市的繁荣发展。
使用石油制成的润滑油也在各行业推广：
制造业、交通运输、发电、通讯等行业都使用石油基润滑油。
5.1883年~1905年：
流体动力润滑原理
在工业革命之前，润滑还还没有上升到科学和理论层面，而只是依靠经验或者口耳相传。
1883年，英国人开始阐述流体动力润滑的规则，其中，BeauchampTower做了实际测试。
他使用特制的试验台架，模拟了货车轮轴滑动轴承的润滑状态。
经过实验，Tower发现摩擦系数与负载和轴承速度有很大关系，并发现了流体动压现象。
在实验的最后阶段，Tower在滑动轴承上钻了一个加油孔，发现油会从加油孔中涌到轴承盖上。
他在加油孔装了一个压力计，发现压力很大，连压力计都测量不了这样的高压，Tower这才意识到，在轴承内部存在着油膜层，能够承载很大的负荷。
后来的科学家通过研究也证实了这个发现。
1886年，雷诺（OsborneReynolds）提出了润滑理论的微分方程，成功地揭示了流体膜产生动压的机理，为现代流体润滑理论奠定了基础。
雷诺方程是二阶偏微分方程，是Navier-Stokes方程的一种形式。
1905年，ArnoldSommerfeld进一步发展了Tower和雷诺的理论，正式形成了流体动力润滑的理论。
在奠定了润滑理论之后，人类对流体动力润滑的了解持续发展。
流体动力润滑得名于润滑膜的产生机制：
固体接触面之间发生了相对运动，由此产生了液体动压，形成一层润滑膜，隔开两摩擦表面并承受负荷。
我们都知道，物体表面都是凸凹不平的，有许多凸起的峰点。
两个表面发生接触，峰点就会发生接触。
如果其中的一个平面在另一个平面上滑动，那么摩擦就会增大。
相互接触的峰点在受力中会断裂，物体的表面也就发生了磨损。
在流体动力润滑中，润滑剂形成一层润滑膜，把接触面分隔开，避免它们直接接触，达到减磨、避免磨损的目的。
要达到流体动力润滑，需要满足这样的条件：
设备的几何构造和尺寸、物体的运动速度、液体润滑剂的粘度能形成足够的液体动压，依靠液体动压来承载负荷。
液体的动压迫使接触面分开，产生向上的支撑力，避免它们直接接触。
流体动力轴承就是依靠流体动压产生的支撑力，承载住负荷，最典型的例子就是滑动轴承，广泛运用于机器、车辆。
6.1877年~现在：
合成油把润滑技术提升到新高度：
人类在各个领域都在追求更好的东西，包括润滑油领域——虽然矿物油给人类带来了更好的润滑油，但是石油工业发展还没满20年，人类便开始寻求更好的油类——合成油的研发之路由此展开。
人类对合成油的研究最早可追溯到1877年，法国化学家查尔斯·
傅里德（CharlesFriedel）和美国化学家詹姆斯·
克拉夫茨（JamesMasonCrafts）共同发现了傅里德－克拉夫茨反应，简称傅－克反应（Friedel–Craftsreaction），首次通过人工合成制取了碳氢化合物。
1913年，德国化学家FriedrichBergius采取加氢反应，把煤制成了油，实现了人工合成法煤制油。
不过，一直到1929年，美国的标准石油（埃克森美孚的前身）StandardOilofIndiana取得了技术突破，合成油技术才真正成熟到商业化的水平，不过，鉴于成本过高，当时并没有实现真正的商业化。
1937年，PAO开始问世，在合成油领域一枝独秀，尤其是发动机油领域。
德国的合成油研究也开始的很早，可以追溯到第一次世界大战前，还有第二次世界大战期间。
1923年，德国人FransFischer和HansTropsch发明了天然气制油技术（费托合成），能把甲烷转化为高品质合成油。
费托合成使高品质合成油的生产从商业上成为了可能。
1939年，费托合成法在德国实现了商业化，在30年代和40年代，通过费托合成制取合成燃油、橡胶、润滑油、石蜡在德国开始涌现。
在两次世界大战期间，合成油的研究主要得益于美军和德军的支持。
在这个时期，还出现了另一种合成油——PAG（水溶性），确切地说PAG不属于油类，而应该是一种合成液。
PAG是最早一批在交通领域试用的合成油，虽然它们吸水性较强，但是PAG具有出色的低温性能，以及良好的热稳定性。
1944年，在北方（加拿大、阿拉斯加等北部地区）严寒条件下，美军把PAG运用于飞机发动机润滑。
在累积飞行15万个小时后，发动机依然没有任何问题。
40年代末，科学家开始研究酯类油，最初是双酯，而后是聚酯油（POE）。
随着合成油研究的进一步发展，现在合成油已经包括许多种类，除了PAO、PAG等种类，还有硅油、烷基萘、全氟聚醚等品种，其中PAG也不仅限于传统的水溶性PAG，还出现了油溶性PAG（OSP）。
7.添加剂改善润滑油的性能
石油工业的诞生也带来了化学领域的繁荣发展，引发了化学添加剂的研究，而添加剂又能对油的性能进行改善，其中也包括对润滑油的性能优化。
在添加剂诞生之前，润滑油的成分是精制后的石油馏分（即基础油），没有使用添加剂。
最早的添加剂是油性剂，大约出现在1918年，添加剂的诞生，标志着人们通过化学手段来解决、优化润滑问题。
从那以后，人们开始研发添加剂，并把它们加到基础油里，使润滑油的性能得到改善。
在添加剂的研发初期取得了很多发现，但是第一个重大成果则是ZDDP，产生于20世纪30年代。
20世纪30~40年代间，许多添加剂开始出现：
抗氧化剂、防锈剂、极压剂、分散剂、降凝剂、粘度指数改进剂——这些都属于重要添加剂，抗磨剂产生于40年代。
添加剂的产生，主要是受到汽车工业的刺激，汽车工业的繁荣带动了优质机油的需求，还有刹车油以及其它车用油、润滑脂。
在添加剂的发展历程中，含有硫磷的ZDDP添加剂值得我们特别关注。
20世纪30年代末，最早的ZDDP出现，用作金属防腐蚀剂，也兼作抗氧化剂。
其实，ZDDP是一种多功能添加剂，还具有抗磨功能，只不过这方面的研究40年代才取得研究成果。
50年代，ZDDP已经成为发动机油不可或缺的添加剂，另外，变速箱油和一些工业润滑油也开始使用ZDDP作为添加剂。
时至今日，ZDDP依然是润滑油的一种主要抗磨剂。
ZDDP是一种重要的添加剂，它的优点是成本低、性能好、具有多种功能。
随着添加剂技术发展，肯定会有更好的添加剂出现，但是ZDDP作为一种物美价廉的重要添加剂，确实给润滑油产业带来了巨大的效益。
8.20世纪20年代~60年代：
检测使摩擦学成为真正的科学
在20世纪以前，摩擦学还只停留在技术范畴——当实际运用中出现了问题，就从物理、化学或者材料科学方面寻求解决之道，摩擦学还没有成为一门独立的科学。
19世纪末期，随着流体动力润滑和弹性流体动力润滑理论先后出现，情况发生了改变。
工业革命的深化导致新机器出现，新机器的出现带来润滑的新挑战，如何从理论上预知润滑问题，变得越来越重要。
最早的摩擦和磨损检测可以追溯到文艺复兴时代，当时的测试仪器非常简陋：
在桌子上放置一个滑块，滑块上系一根绳子，绳子吊着一个重物，从桌子边缘垂下。
这个实验仪器只是证明，滑块和桌面间如果加上动物油，拖动滑块开始运动时所需的力更小。
从文艺复兴之后，关于摩擦学也有一些研究，但都比较零散，阿蒙顿，牛顿、库伦等科学家都对摩擦进行了研究。
在过去的100年里，摩擦和润滑才形成了科学的测试理论和测试方法，在一定的试验条件下，对润滑油的性能进行评估和预测。
这个趋势推动着摩擦学的发展，逐步形成一门独立科学。
第一台商业化的润滑油测试仪器是FalexPINandVEE摩擦磨损试验机，1927年面世。
它的功能是，对液体和固体润滑剂的抗磨、极压性能进行量化测定。
这台测试机影响深远，没有它就没有技术数据和量化分析，摩擦学就没法科学化。
今天，已经有许多专业的油液检测实验室，可以进行油品检测和分析，他们拥有专业的测试仪器，可以对油品的化学成分进行分析，帮助设备维护人员和润滑工程师准确了解油质，以及设备运行的状况。
9.1922年~现在：
弹性流体动力润滑理论助力现代机械
20世纪中期，人类才开始认识到两种截然不同的润滑状态：
边界润滑和流体动力润滑。
1922年，哈迪（W.B.Hardy）和Doubleday提出了边界润滑的定义。
边界润滑是润滑的一种“边界”状态，是液体动力润滑向干摩擦过渡的一种边界状态，发生边界润滑时，物体间的相对运动较慢，不能形成流体动力润滑。
在边界润滑状态下，润滑剂的化学成分至关重要。
发生边界润滑时，主要依靠摩擦面和油里的化学成分发生反应，形成一层润滑保护膜。
而在流体动力润滑中，依靠两接触面之间的一层液体膜，把摩擦面分隔开，避免它们直接接触，从而达到润滑保护的目的。
要形成流体动力润滑，机械尺寸、速度、润滑油的粘度都要达到要求，才能
成功地形成流体动力润滑膜，让设备“骑”在这层薄薄的液体上，避免干摩擦。
在流体动力润滑和边界润滑之间，是混合润滑。
50多年前，我们开始研究混合润滑。
流体动力润滑是润滑的理想状态，需要机械尺寸、合适的润滑油的粘度、在一定的速度、负载条件下来共同实现。
为了理解混合润滑，我们来看这样一个场景：
对于一个设备，刚开始处于流体动力润滑状态，润滑油膜处于全膜润滑状态，把物体完全隔开。
但是，如果出现下列任意一种或者几种情况——速度减小、负载增大、润滑油的粘度减小，那么润滑膜在某些部位可能就不完整，也就是某些局部区域，物体表面一些凸起的峰点发生了接触，产生了混合润滑。
当速度进一步降低，几乎没有相对运动，就到了边界润滑状态。
1902年，RichardStribeck用函数图表达了润滑的这三种状态，我们称之为斯特里伯克曲线（StribeckCurve）。
全膜润滑是润滑油膜能把接触面完全分隔开，避免它们发生接触。
全膜润滑又分为两种——流体动力润滑（hydrodynamiclubrication）和弹性流体动力润滑（elastohydrodynamiclubrication），简写为EHD。
发生EHD时，速度一般都很高，而且接触面的材料发生了弹性形变，在这种状况下，润滑油的粘度会增加，有助于形成润滑油膜。
同样的，EHD也属于全膜润滑，随着速度降低，EHD逐渐过渡到混合润滑，然后到边界润滑。
弹性流体动力润滑和流体动力润滑类似，也是靠一层流体润滑膜把接触面分隔开，不同之处在于EHD接触面之间的相对运动是滚动，形成的润滑膜承受的压力大于流体动力润滑，产生的润滑膜比流体动力润滑状态下的薄一些。
研究弹性流体动力润滑，以及斯特里伯克曲线，把人们的研究带入滚动轴承领域——滚动轴承的发明是现代机械的重大突破，使得轴承的转速、负载能力更多样化，而且抗磨。
10.20世纪30年代和40年代：
自润滑材料的出现
流体动力润滑是依靠一定的速度、合适的润滑油粘度、一定的负载条件下，形成一层液体润滑膜。
但是有些条件下，例如温度、压力很高的条件下，液体润滑不现实，或者不能提供良好的防锈、抗化学腐蚀作用，这些情况就需要寻求其它的润滑方法——自润滑材料，或者固体润滑剂。
自润滑材料本身是固体，本身具有润滑性，还能够涂覆在其它固体表面，起到润滑减磨作用。
目前，已经商业化运用的固体润滑剂主要有石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯（PTFE），又称特氟龙。
这类固体润滑剂一般与树脂粘合剂结合在一起使用，避免被磨掉，还和其它添加剂、溶剂一起使用，增强性能。
早在1906年，有人已经研究了碳可以作为一种固体润滑剂。
上世纪40年代中晚期，科学界对自润滑材料进行了深入研究，1939年，美国的CooperProducts申请了二硫化钼润滑剂的专利。
PTFE恐怕是最著名的自润滑材料，1938年，美国杜邦公司的化学家Plunkett申请了PTFE专利。
Plunkett研究本来是研究PTFE作为制冷剂的性能，但是对四氟乙烯的单体加压、降温后，他发现四氟乙烯发生了聚合反应，生成一种白色蜡状固体，具有化学惰性，而且具有润滑性。
固体润滑剂主要运用于液体润滑剂不适用的情况，例如真空、一些加油不便的部位、水下设备、粉尘很大的肮脏环境、高温等情况。
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