Gränslubricering

Gränslubricering är en tribologisk lägesregim där smörjfilmen mellan två ytor är så tunn att asperiteterna i de mikroskopiska kontakterna fortfarande kommer i kontakt. I denna regime uppnås inte fullständig separation av ytorna, och friktionen domineras av interaktioner mellan ytorna samt av de molekylära gränsfilmer som bildas vid kontakt.

Mekanismerna bakom gränslubricering innefattar adsorption av gränsaktiva molekyler på ytorna samt bildandet av tribomembraner som under belastning kan genomgå tribokemiska reaktioner och bilda skyddande filmer. Vanliga additiv i oljebaserade smörjmedel är zinkdialkyldithiophosphat (ZDDP) och andra svavel- eller fosforbaserade föreningar; i vissa sammanhang används även fasta smörjmedel som molybdendisulfid (MoS2) eller grafit som stöd i gränslubricering.

Faktorer som påverkar gränslubricering är kontakttryck, relativa hastigheter, temperatur och omgivningen (fukt, föroreningar). Den tunna filmen är ofta i nanometer- till ångströmstorlek och deras tjocklek bestäms av filmens bildningshastighet och molekylära täthet. När vägen mot gränslubricering uppnås kan övergången till blandad eller hydrodynamisk lubrication ske när filmen växer så att separationen förbättras, vilket återges i Stribeck-kurvorna.

Användningar av gränslubricering återfinns i motorer, transmissions- och glidlager där last och hastighet gör att hydrodynamisk film inte uppnås. Val av smörjmedel och additiv beror på materialsetet (t.ex. stål, gjutjärn, aluminium) och miljön. En central poäng är att gränslubricering kan minska slitage när en stabil gränsfilm finns, men risken för ökat slitage ökar om filmen bryts ned.