［研究·设计］DOI ：10．3969/j．issn．1005-2895．2014．01．009收稿日期：2013-06-29；修回日期：2013-08-19基金项目：国家自然科学基金项目（No．51375454）专利项目：浙江工业大学，切削液气雾微量润滑装置（201320072042．7）作者简介：胡志强（1987），男，湖北咸宁人，硕士研究生，主要研究方向为静电喷雾润滑。
E-mail ：huzhiqiang1110@163．com 静电喷雾润滑液滴的荷电特性和摩擦磨损性能胡志强，孔魁，姚伟强，李中亚，许雪峰(特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室(浙江工业大学)，浙江杭州310014)摘要：采用十二烷基苯磺酸钠表面活性剂对Accu-Lube LB-2000基础油进行改性处理来提高其电导率，获得了适用于静电喷雾润滑的润滑液。
通过目标网状法检测改性润滑液的荷电性能，利用四球摩擦磨损试验分析润滑液流量、时间和载荷对静电喷雾润滑摩擦磨损性能的影响。
结果表明，表面活性剂溶液体积含量为5%的润滑液具有较稳定的乳化状态，且电导率可达到6．5ˑ10－5S /m ，能满足静电喷雾润滑的荷电要求;与普通喷雾润滑相比，静电喷雾润滑在不同润滑液流量与载荷下均能获得更好的减摩抗磨性能，尤其是在润滑液流量为5mL /h 和载荷为147N 下作用效果更显著。
关键词：静电喷雾;电导率;荷质比;摩擦磨损中图分类号：TG501文献标志码：A文章编号：1005-2895（2014）01-0036-06Charged and Tribological Characteristics of Cutting Fluid Dropletsfor Electrostatic Spraying LubricationHU Zhiqiang ，KONG Kui ，YAO Weiqiang ，LI Zhongya ，XU Xuefeng（Key Laboratory of E＆M （Zhejiang University of Technology ），Ministry of Education ＆Zhejiang Province ，Hangzhou 310014，China ）Abstract ：The Accu-Lube LB-2000base oil was modified by sodium dodecyl benzene sulfonate to obtain the lubricants suited for the electrostatic spraying lubrication ，which had a higher conductivity．The charged performance of conductivity-modified lubricants was detected by the method of target meshing ，based on which the effect of cutting fluids flow ，time and load on the properties of the friction and wear were evaluated by using the four-ball friction wear testing experiment．The result showed that the lubricants had a stable emulsified state and met the charged requirements because its conductivity could reach 6．5ˑ10－5S /m when the concentration of surfactant was at 5%，the better tribological characteristics can be obtained by electrostatic spraying lubrication compared with the normal spraying lubrication at different flows and loads ，especially getting more obvious at the flow of 5mL /h and the load of 147N．Key words ：electrostatic atomization ；conductivity ；charge-to-mass ratio ；friction and wear 微量润滑（Minimal Quantity Lubrication ，MQL ）技术是环境友好绿色切削技术的典型代表。
MQL 技术是指利用压缩空气将微量润滑剂雾化成微米级液滴，喷向切削区，对刀具与工件、切屑的接触界面进行润滑，同时润滑剂液滴和压缩空气还起到冷却切削区的作用［1］。
静电喷雾是凭借静电力使液体微粒化的过程，在均匀、细化雾滴及提高雾滴在目标物上的沉积量、吸附性能等方面有明显效果。
静电喷雾广泛应用于农药静电喷雾［2-3］、荷电喷雾燃烧［4-5］、静电涂油［6-7］等领域。
结合静电喷雾和微量润滑技术提出的静电喷雾微量润滑技术，利用静电喷雾液滴粒径小、表面张力降低、吸附性好等特点，可以提高雾化润滑液的润滑和冷却性能，并可降低工作环境空气中的颗粒物浓度。
静电喷雾微量润滑是一项新技术，润滑液荷电雾化液滴的荷电特性和摩擦磨损性能是该技术的基础研究内容。
1实验部分1．1实验材料及仪器材料：Accu-Lube LB-2000中黏度纯天然基础油，第32卷第1期2014年2月轻工机械Light Industry Machinery Vol．32No．1Feb．2014美国ITW 集团生产。
十二烷基苯磺酸钠化学纯（表面活性剂），上海英鹏化学试剂有限公司生产。
仪器：Accu-Lube 精密润滑喷油机，美国ITW 集团生产。
EST705高精度高稳定静电发生器，最高输出电压－60kV 、电流2mA ，北京华晶汇科技有限公司生产。
DDSJ-318电导率仪，量程为0．000μS /cm 199．9mS /cm ，上海仪电科学仪器股份有限公司生产。
VW-600动态分析三维显微系统，日本KEYENCE 公司生产。
MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机，济南试金集团生产。
1．2润滑油改性首先，取10g 表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和90g 水放入烧杯中，搅拌溶解，然后取不同体积比的表面活性剂溶液和Accu-Lube LB-2000基础油放入烧杯中，用溶液分散器进行分散，配制成含表面活性剂溶液体积分数为1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，8%，9%，10%，20%，30%的改性润滑液，用电导率仪测定各种配比的电导率。
1．3荷电性能测试润滑液静电雾化发生系统如图1所示。
在Accu-Lube 精密喷油机喷嘴出口，设置了针状电极电晕发生装置，其结构示意如图2所示。
1—空压机；2—调节阀；3—流量计；4—压力表；5—过滤器；6—液压泵；7—气液双相管；8—尖状电晕电极；9—储油罐图1润滑液静电雾化发生系统Figure 1Electrostatic atomizationsystem for lubricants采用网状目标法测量润滑液滴的荷电量，图3是润滑液微量喷雾荷质比测量系统框图。
从Accu-Lube 精密喷油机喷嘴口喷出的气雾通过电晕电场后荷电，带电液滴进入金属外套接地屏蔽壳的雾滴接收筒，电压记录仪测得荷电液滴释放的电荷流经电阻时的电压。
以润滑液流量、压缩空气气压和充电电压为变量1—气液双相管；2—电晕喷嘴头；3—电晕针；4—连接环图2喷嘴针状电极电晕发生装置示意图Figure 2Schematic of the set －up for needle electrode corona in the front of nozzletip图3静电喷雾液滴荷质比测量系统框图Figure 3Diagram of the system for measuring charge-to-mass ratio of electrostatic spray droplets 进行交叉实验，根据荷质比优化静电喷雾主控参数。
1．4摩擦磨损实验将润滑液静电雾化发生系统安装于MMW-1型摩擦磨损试验机上，利用四球摩擦副进行静电喷雾润滑和普通喷雾润滑的摩擦磨损对比实验。
按图4调整喷嘴与四球摩擦副的位置，靶距为80mm ，角度为45ʎ。
所用钢球为上海钢球厂生产的Ⅱ级标准GCr15钢球，硬度为HＲC59 61，直径为12．7mm 。
实验前，所有钢球和摩擦副都用清水洗净并用带丙酮棉花擦拭2次。
试验条件为转速1000r /min ，室温20ħ，气压0.3MPa ，电压－30kV 。
当以流量为单因素变量时，试验时间为5min ，载荷采用147N ；当以载荷为单因素变量时，试验时间为20min ，润滑液流量采用10mL /h 。
摩擦系数由计算机通过测定摩擦力矩计算得到。
用显微镜拍摄3个试球的磨损形貌，并测量出其磨斑直径，计算出平均值。
2结果与讨论2．1润滑液的改性液滴荷电大小与其荷电弛豫时间τ有关［8］，液滴·73·［研究·设计］胡志强，等：静电喷雾润滑液滴的荷电特性和摩擦磨损性能图4喷嘴安装位置示意图Figure4Schematic of nozzle installation position通过电晕电场的时间小于弛豫时间τ，不易荷电。
同时，液滴电导率γ与荷电弛豫时间τ成反比，增大液体电导率可缩短液滴的荷电弛豫时间。
Accu-Lube LB-2000基础油的电导率小于10－8S/m，实验用电晕荷电装置无法使其荷电。
可以用添加表面活性剂的方法提高液体的电导率［9］528，增加其荷电能力。
表1为十二烷基苯磺酸钠表面活性剂溶液添加体积分数含量对LB-2000基础油电导率的影响。
十二烷基苯磺酸钠为亲水性表面活性剂，其亲水部分对油滴聚结的阻碍作用比水滴大，使水的聚结速度大于油滴的聚结速度，易形成导电性良好的O/W型乳状液。
添加体积分数为1% 10%活性剂时，改性基础油的电导率在10－6 10－4S/m之间，基本符合液体带电的电导率要求［9］530。
活性剂添加体积分数大于10%后，改性基础油的电导率显著增大，同时乳化液的稳定性降低。
这是由于十二烷基苯磺酸钠水溶液含量过多，水滴易从改性基础油乳状液中渗出，导致乳状液发生沉淀分离现象［10］。
综合考虑，采用添加表面活性剂体积分数为5%的改性基础油，作为实验用润滑液，其电导率符合荷电要求，溶液稳定性满足喷雾要求。