*基金项目：上海市科技发展基金项目（0352094）。

　　摩擦磨损使机械设备的可靠性、耐久性和能量利用率受到很大影响。在摩擦副的运行中润滑油在其表面形成一层流体层，流体层分隔摩擦副表面起到润滑作用。随着接触压力的增大，流体层厚度逐渐变小，当流体膜厚度低于平均表面粗糙度时，摩擦副表面之间发生直接接触，由于摩擦作用在摩擦副表面微凸起处产生的局部高温而引起化学反应，添加剂与摩擦副表面发生反应生成一些新的物质，在固体表面形成表面保护膜即化学反应膜。通过选择不同的添加剂或者改变润滑油中添加剂的浓度等，使生成的表面化学反应膜具有易剪切、塑性高的特点，从而可降低接触应力和摩擦因数，减小摩擦磨损作用。

　　目前润滑油中使用的添加剂有多种，其中与润滑油的承载能力相关的添加剂主要是极压抗磨添加剂，它也是目前应用*多的添加剂之一，因此，极压条件下润滑油的抗磨机理及边界膜模型的研究，对于阐明添加剂的作用机制以及开发更为有效的添加剂具有重要意义。本文作者综述了几种润滑油的抗磨机理，介绍了吸附膜和反应膜的研究手段与方法及边界膜模型研究的发展，并作出了简单的评述。

　　1几类添加剂的抗磨机理1.1磷系添加剂Willemet等11认为在摩擦表面突起处的磷化物在摩擦所引起的局部高温下与零件表面反应，生成亚磷酸铁。亚磷酸铁与铁形成低熔点共熔合金熔化后流入接触面的洼坑使表面变得光滑，从而增大接触面积、降低接触应力，达到抗极压、抗磨损的目的。Nicholls等认为磷化物在金属表面上生成磷酸铁（FelDJ和磷酸铁水化合物（FeRV2H2）的混合物。润滑油吸附并保留在这种混合物的表面膜内，形成一个个小平台，小平台有利于形成流体润滑而减少摩擦磨损。虽然有关有机磷化物的极压抗磨机理不尽相同，但总体上可以确定磷化物及其衍生物首先吸附在金属表面上，在有摩擦的极压状态下发生摩擦化学反应，生成有机磷酸盐、有机亚磷酸盐、多聚磷酸盐和无机磷酸盐膜（亚磷酸铁、磷酸铁、磷酸铁的水化物和氧化铁等）。这些吸附膜和化学反应膜起到极压抗磨作用。

　　1.2硫系添加剂硫系添加剂的作用机理是：在边界润滑条件下，摩擦表面受摩擦、热、外逸电子、自催化的共同作用，添加剂与摩擦表面发生化学反应生成含硫的无机膜（主要成分是FeS）或在有氧化铁存在下形成0.15Lm以下的Fe23-FeS的极压化学反应膜，从而起到抗擦伤、抗烧结的作用。陶德华等提出的硫系添加剂的作用机制是有机硫化合物首先吸附在摩擦表面上，在抗磨区内S?S键断裂生成有机的硫醇铁而起到抗磨作用，在极压区内则发生C一S键的断裂而生成无机的硫化铁而起到极压性能。在摩擦表面生成的硫化铁膜有特殊的层状的六方晶体结构，它易于沿底边滑移发生塑性变形，而且硫化物可以沿着摩擦方向利于储存润滑油，因而无论在干摩擦还是在边界润滑条件下，它们均具有良好的抗磨和抗胶合能力。

　　1.3钼系添加剂苏峰华等证明钼络合物在摩擦表面上能够产生MS2沉积物，从而具有抗磨作用。罗湘燕等也认为钼系添加剂倾向于生成化合物型的表面膜。沃恒洲等17认为钼系添加剂可以在摩擦表面形成FeMo低共熔物，容易发生塑性变形，使得表面变得更加平滑，从而使摩擦因数降低。用二烷基二硫代甲酸钼（MoDTC）进行试验，用拉曼光谱证实摩擦表面有MoS2存在，并证实了摩擦副表面的微凸体变成了微平台而使表面变得光滑。张瑞军等认为MoDTC的存在促进了全配方发动机油SJ/5W-30中的多功能添加剂二烷基二硫代磷酸锌（ZDTP）的分解。采用添加MoDTC的润滑油时，在铸铁磨损表面上能形成Mo的化合物（M0O3，M0S2）以及硫化物（Fe，显著提高减磨效果189. 1.4聚合添加剂可聚合添加剂是一种在一定条件下可以在摩擦表面上直接形成聚合物保护膜的化合物，它与摩擦过程中表面上的物理和化学过程有密切的关系。当可聚合添加剂分散到润滑油中时，由于摩擦副摩擦产生的局部高温、新裸露金属表面的催化、金属表面发射产生的外逸电子等作用，使可聚合添加剂在摩擦接触区产生缩合或加成聚合，原位形成摩擦聚合物保护膜。在接触表面的尖峰处由于摩擦作用而使聚合物薄膜被磨掉，同时放出大量的摩擦热，伴随着新生表面的暴露和外激电子的发射，使润滑油中的可聚合添加剂加速聚合。这种原位摩擦聚合膜处于不断形成和破坏的动态平衡中。

　　2研究手段和方法在边界润滑的极压条件下，摩擦过程又与摩擦副表面的膜特性密切相关。测量精度非常高可用于极薄润滑膜特性研究的器有表面力110、扫描探针显微镜111和点、线接触膜厚测量11213等。表面力能够比较方便地研究润滑膜的宏观特性，但不能实时地观察纳米级润滑膜的润滑状态的变化，难于揭示纳米级润滑的机理。扫描显微镜和原子力显微镜及各种探针显微镜的研制为进行纳米润滑膜表面形貌的观察和摩擦力的测定，探讨纳米级润滑膜的性能和机理提供了简便的手段。点接触测量主要有垫层法测量和相对光强法测量。相对光强法优于垫层法，它可揭示出许多纳米边界膜的润滑机理，提出薄膜润滑与弹流润滑的转换关系和模型11415.而自适应微摩擦点、线和面接触纳米膜的摩擦学性能测量，可以揭示更多的微观流体特性11617. 2.1摩擦测试机及摩擦因数分析摩擦试验一般通过滑动摩擦磨损试验（SRV）或四球摩擦测试机测定摩擦因数而实现118.例如通过摩擦因数随温度、时间的变化关系的测量，可以得出MoDTC具有减摩作用。在一定的温度范围内，温度越高，MoDTC的减摩作用越显著。当温度达到320°C时，采用基础油样润滑时，当试验进行到一定时间时，摩擦因数开始激烈波动，摩擦状况发生失稳。而对于添加MoDTC的润滑油，摩擦因数在整个试验区间均比较稳定，无激烈波动发生，表明MoDTC还具有减缓发生高温摩擦失稳的作用119.又如比较R0（菜子油）与TOTP（硫代磷酸三辛酯）、T0TTP（四硫代磷酸三辛酯）、TCP（磷酸三甲苯酯）在3N载荷下摩擦因数随添加剂浓度的变化，发现TCP/RO，TOTP/RO和TOTTP/RO润滑油在1. 5%浓度时摩擦因数*小。根据减摩和抗磨特性，TOTTP是一种对基础油RO*适合的添加剂，这是因为TOTTP作为RO的添加剂能在摩擦副表面形成更好的表面膜120. 2.2表面形貌分析磨斑直径是量度润滑剂抗磨特性好坏的一种方法，可用特定显微镜或SEM测量。试验发现在392N载荷下，用2.0%TOTP/RO和2.0%TOTTP/RO作为润滑油时的磨斑直径比只用RO润滑时的磨斑直径小得多，其中用2.0%TOTTP/RO润滑的磨斑直径*小，用硫代磷酸酯/RO润滑的磨损表面比只用基础油润滑的表面磨损程度小119.在392N载荷下的摩擦试验表明，用MoDTC+ZDDP润滑的磨损表面比用只含MoDTC的磨损表面光滑；用MoDTP和MoDTP+ZDDP润滑的磨损表面几乎相似。磨损表面的SEM分析表明ZDDP对MoDTC的极压抗磨特性有促进作2.3表面元素分析2.3.1X射线光电子能谱仪（XPS）分析综合试4清华大学研制的新d代测测试ect可实W电子结合能峰！！

　　磨损表面的边界润滑膜可用XPSXRD和AES分析，在进行XPS分析之前，样品表面需要用氩离子侵蚀以移除污染层。XPS研究表明，添加MoDTC时，铸铁磨损表面上的元素Mo3d谱图中的结合能峰非常清晰，且有Mo 3屯2和Mo3‘两组峰位；纯基础油润滑时由于不存在Mo元素，谱图上无Mo3d电子结合能峰位存在。此外，采用添加MoDTC的油样润滑时铸铁磨损表面上的S2p谱图中只有位于161.2eV处的一个有位于161.2祝处的一个峰之外，还有位于168.5eV失效很大程度上依赖于反应膜的生成和去除的另一个峰存在。根据功能元素Mo和S的XPS谱。1吸附膜的生成与脱附模型中各峰的电子结合能位置可知，采用添加MoDTC的润滑油进行试验时，除Mo3处对应的Mo3以外，还有Mo32处对应的Mo存在S2p处对应的物质以硫化物（MoSFeS）为主。对于基础油样而言，S2p处对应的物质除硫化物（FeS）之外，还存在较多的硫酸盐Fe4，磨损表面上无Mo的物种形成这表明铸铁磨损表面上的Mo的化合物是由MoDTC摩擦化学反应所造成的结果。

　　的润滑油，在摩擦测试球的磨损表面的XPS谱图中有Mo3d电子结合能峰。在含MoOTC+ZDDP润滑油的摩擦试验后测得的XPS谱图中观测到在228.5eV和231.7（V处的Mo3‘和Mo342，这些峰表明MoS，存在于表面，还有一个在226. 3eV处强的S2s峰更证明了金属硫化物存在。另外，在MoDTC润滑下，XPS谱图在处的Mo 3d峰，表明在摩擦过程中有机钼化合物的不完全分解生成硫化钼和氧化钼。因此，XPS分析结果也表明，ZDDP对MoDTC的分解和MoS，的形成有促进作用115. 2.3.2X射线能谱仪（EDX）分析摩擦副材料表面的元素组成用EDX分析，基础油中的元素组成可用AES分析。为研究摩擦作用对添加剂MoDTC与摩擦副材料相互作用的影响，采用EDX对试验温度为250°C时灰铸铁磨斑内外的添加剂元素MoSZn及P的含量进行了分析，并与磨斑外的EDX分析结果相比较。结果表明：采用添加MoDTC的油样润滑时的铸铁磨斑内的添加剂元素Mo（S）、P、Zn等的含量明显较高，表明摩擦机械作用极大地促进了添加剂元素与摩擦副材料的作用程度。

　　另外，试验温度升高，磨斑外上述元素含量的增加程度不十分显著，说明MoDTC以及ZDTP发生充分分解的前提条件之一是摩擦机械作用。

　　3边界润滑膜模型模型的建立可以更深入地反映摩擦润滑过程的内在规律性并预测新条件下的摩擦特性，因而边界膜模型的建立受到多方面的重视。边界润滑的关键在于保边界润滑膜的失效首先是吸附膜的热脱附。当润滑油分子与摩擦副表面接触时，由于表面悬键（剩余价键力）的作用，润滑油中有机添加剂分子就会在摩擦副的表面上吸附。一般来说，低温时吸附质分子的吸附主要是物理吸附，温度较高时吸附质分子主要发生化学吸附。事实上，吸附质分子在固体表面首先发生物理吸附，这样使得吸附质分子能沿着低能量的途径接近固体表面，*后发生化学吸附。由于吸附在固体表面上的吸附质分子具有较高的能量，当其能量达到脱附活化能时，吸附质分子容易离开固体表面，即发生化学脱附。化学脱附的速率与脱附活化能及固体表面的覆盖度有关。当吸附刚发生时，脱附速率小于吸附速率，吸附量逐渐增大。之后，随着表面温度升高，脱附速率大于吸附速率，从表观上来看，吸附膜开始热脱附，吸附量随着温度的升高而降低，*终边界润滑条件下的吸附膜开始失效。吸附膜的形成模型普遍采用Langnuir吸附理论模型：h2叫：/（2如以）'P为本体润滑油的压力，取，为吸附热（吸附过程中的焓变或热效应）；h为普朗克常数；为玻兹曼常数，为吸附质（添加剂）的质量。

　　用上述Langmuir吸附理论模型描述的添加剂在摩擦副表面的吸附过程，与实际的吸附过程产生较大的偏差，因为Langnuir模型假设固体表面发生单分子层吸附，固体表面是均匀的（即固体表面的吸附活性位是均匀分布的），吸附质分子横向之间没有作用力。但实际上，摩擦副表面粗糙而不均匀，添加剂分子之间存在着不可忽视的范德华力。对非极性添加剂的润滑油来说，添加剂分子间的范德华力很小，故的分子量，-T为添加剂的熔点。该模型将吸附热与摩擦因数关联起来，解决了双组分润滑油吸附过程中的吸附热的计算问题，但没有得到它与吸附量、脱附速率之间的关系MCShen和HSChmg等将吸附理论应用于吸附为主的磨损的吸附膜厚度，得到/为金属-金属摩擦接触的摩擦因数，X为吸附质分子（添加剂分子）的直径，P为平均接触压力，Pn为静态载荷下流体的压力，t，为分子振动的基本时间，E，d，为吸附热，R为气体常数，T为表面温度，t为滑动时间。该模型将磨损的吸附膜厚度与摩擦试验中的干摩擦因数/n和平均接触压力P吸附热E，s以及添加剂的分子结构参数结合在一起，解决了吸附膜的磨损厚度的计算为均匀分布与实际情况偏差很大。而且JJ.润滑=26曲庆文，周乔玲，贾庆轩，等液体吸附层厚度计算模型的研究JJ机械科学与技术，200120（1）：1011 =29张剑，王世杰，赵铁军，等化学反应膜对齿面润滑状态影响的研究JJ润滑与密封，2003 77-87=32江亲瑜，王松年，李曼林边界反应膜分解失效临界温度计算模型JJ润滑与密封，1996