离子液体——电动汽车的新型“避雷针”

电机轴承的电腐蚀现象早已众所周知。由于电动车的数量急剧增加,这个老问题又引出了新问题。

Ionic liquids

在现代动力传输系统中,人们越来越依靠使用变频器持续控制电机和发电机的速度,而电蚀引起的损害则会越来越大。因此,这个问题会在今后会日益凸显。此外,在汽车动力系统中使用较高电压等行为,会导致未来释放更多的能量。20多年来,身为摩擦学领域的专家,克鲁勃润滑剂一直在研究离子液体,希望这种新型润滑剂能解决这片领域的难题。  这种新理念将润滑剂变成“避雷针”,能防止形成有害电势。除了提高速度、平稳运行和延长使用寿命外,这种新一代特种润滑剂还可解决电导率的问题。

电蚀造成的损害

电机或其他电气元件的滚动轴承中会发生电蚀,这是由于电流通过滚动元件和滚道之间的接触区而引起的。通过时会产生热量,使表面局部熔化,形成几微米大小的小坑。随后,滚道上可能会出现沟槽,形成二次损坏。  这两类损坏会导致轴承发出噪音,随着时间地推移,逐渐失效报废。

解决这个问题的方法有很多,例如,让内圈或外圈绝缘,或使用陶瓷滚动元件。但是,即便这些方案的成本不菲,也不见得一定能成功。其实,还有一个更简单、更有效的方法,那就是使用低阻抗润滑剂,它能消散组件上产生的电流。

不过,润滑剂大多是绝缘体。它们能阻碍电流通过,但也会加重金属轴承部件中的电压积聚现象。石墨和碳组成的黑色润滑剂是解决此类问题的传统方案。这类润滑剂可以消除寄生电流,但由于其中含有黑色的固体石墨颗粒,因此阻碍了平稳运行。由于这种颗粒会随着时间的推移离开摩擦点,并受机械负荷的影响而发生变化,因此这类润滑脂的电导率会持续下降。

前景光明的新型润滑剂

向润滑剂中添加离子液体能消散电流,这种使润滑剂具有导电性的方法比使用“黑色润滑剂”更有优势。特别是高频放电加工(EDM)的电流,这种电流可以通过配比合适的润滑剂来中和。

克鲁勃润滑剂是目前唯一能够提供这种解决方案的制造商,并拥有三项在润滑剂配方中使用离子液体的专利。其中一项专利将离子液体用作基础油,另外两项专利将它用作添加剂。

离子液体——背景知识

简单来说,离子液体属于液体盐类。它们受到电荷脱域和立体效应的影响,晶体结构并不稳定。  根据定义,这些盐的熔点低于100℃,在许多情况下甚至远低于100℃,所以这些盐在室温下呈液体形态。离子液体的特性可根据要求,通过修改阳离子或阴离子进行调整。因此,它们可以在化学工艺工程的众多领域中使用。

早在一百多年前,人们就认识到了离子液体和它们的特性,然而在随后很长一段时间内,人们并没有关注它们,也没有将它们用于产品或工艺中。  由于离子液体具备导电性,能降低不良电流通过率,因此成为了电机轴承问题的“冷门”解决方案。

Klüberlectric BQ 72-72, 以A为单位测量的电火花电流是速度和温度的函数(TU Darmstadt)

离子液体含有大量阳离子和阴离子,因此抗氧化性也十分出色。它们具有热稳定性,可在高达150℃的环境下使用,几乎不会燃烧,同时非常易溶且无毒。极低的蒸汽压力是它们的另一个优点。与含有导电颗粒的特种润滑剂不同,离子液体不会产生噪音。经过测试,部分润滑脂完全能胜任高速运转的应用需求。目前它们的速度系数超过了100万n x dm。克鲁勃润滑剂的目标是速度系数>200万n x dm。

离子液体大大延长了轴承的使用寿命,提高了工件的可持续性。不良电流引发的能量影响不仅会损害轴承,还会削弱润滑剂的性能,过高的峰值温度也会使润滑剂分解;另一个积极影响是它们能延长润滑脂的使用寿命。

测试台检查和摩擦学分析系统、全面,能提供润滑剂以及轴承状况的数据信息。其中有一项重要数据,即轴承和润滑剂相互作用的结果评价。我们会仔细检查每个部件,所以任何损坏迹象都无所遁形。

测试台结果显示,使用离子液体时,由电流引起的轴承和润滑剂损坏会大大减少。

离子液体——展望未来

目前,克鲁勃润滑剂正在与业界巨头公司合作,通过离子液体进一步优化润滑剂的导电性,同时保持其摩擦学性能。在能量通过率非常高的情况下,现阶段还不能仅依赖润滑剂来解决电流通过率不佳的问题。  不过,这种方案可以减少轴承的尺寸,因此对工业来说是非常可取的。将绝缘轴承和含有导电润滑剂的附加放电元件结合使用,是一种颇有潜力的解决方案。

结论

涉及到机械部件的效率和可靠性时,润滑剂能发挥出关键作用。作为行业专家,克鲁勃润滑剂长期致力于研发工作,我们深知:润滑剂完全可以延长部件的使用寿命、提高能效和可持续性。

 

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