摩擦学第二章

• （3）润滑脂的混合 • 原则上，牌号不同的润滑脂不能混合，含 有不同种类稠化剂的脂相混合会破坏润滑 脂的结构和稠度，不同基油的脂相混合会 造成两元相流体而影响连续润滑。因此， 一般应避免混合使用各种润滑脂，若必须 更换牌号相异的润滑脂时，应把轴承内原 有的润滑脂完全清除后，再填入新的润滑 脂。
• 3．固体润滑剂的使用方式 • (1)作为固体润滑粉末来使用 • 将固体润滑粉末（如MoS2）以适量添加到 润滑油或润滑脂中，可提高润滑油脂的承 载能力及改善边界润滑状态等，这也是较 常用的使用方法，如MoS2油剂、MoS2油 膏、MoS2润滑脂及MoS2水剂等。以粒度小 于0.5 m的固体润滑剂加入到发动机润滑 油中，这些小颗粒能通过滤器进到摩擦面， 当摩擦面因某种原因暂时缺油时，固体润 滑剂的小颗粒起润滑作用，起到短时间应 急的作用。
• 3．硅氧烷 • 硅氧烷也称为硅油，有很好的化学惰性、 热稳定性、优良的粘-温性能、低挥发性和 低表面张力，适用于流体动力润滑，但边 界润滑性能较差。常用的硅氧烷润滑油有 二甲基硅油、甲苯基硅油和氯化甲苯基硅 油。硅油可用于高低温条件下的润滑，在 空间飞行器等极端环境下应用较多。
• 4．聚苯醚 • 聚苯醚是一类芳香族化合物，具有优异 的抗辐射能力和抗氧化性，但粘度特性较 差，常用于强辐照工况下（如宇宙飞行、 反应堆或以原子能为动力的装置）机械部 件的润滑。
• （2）皂基润滑脂 • 皂基润滑脂占润滑脂产量的 90 %左右，使 用最广泛。最常使用的有钙基，钠基，锂 基，钙一钠基，复合钙基等润滑脂。复合 铝基、复合锂基润滑脂也占有一定的比例。
• 钙基润滑脂：不溶于水，滴点低，适用于 温度较低，环境潮湿的轴承部件中。 • 钠基润滑脂：耐高温，但易溶于水，适用 于温度较高，环境干燥的轴承部件中。 • 锂基润滑脂：抗水性较好，滴点较高，适 用于潮湿和与水接触的机械部位。 • 铝基润滑脂：高耐水性，适用于与水接触 的部位，集中润滑系统和航运机械部位的 润滑及防蚀。 • 钡基润滑脂：有良好的抗水性，滴点较高， 不溶于汽油和醇等有机溶剂，适用于油泵， 水泵等摩擦部位的润滑。
• 1.润滑脂的种类 • 润滑脂是由基础油、稠化剂（如钙、钠、 铝、锂等金属皂）、添加剂和填充剂混合 稠化而成。 • 基础油是常用的矿物油或合成油，添加剂 的功能和类型也与一般润滑油添加剂相同 或相似，填充剂则是一些起溶胶、分散或 固体润滑作用的辅助成分，稠化剂是润滑 脂的最主要成份，常用的是脂肪酸的金属 皂，如硬脂酸锂和硬脂酸钙，相应的润滑 脂也就常称为锂基润滑脂和钙基润滑脂。
• (2)在一些特殊条件下，脂润滑和油润滑的 使用受到限制时可采用混合润滑剂。
• 方法有：将固体润滑剂加入润滑脂中，一般是在 润滑脂中加入3%或5%的一号二硫化钼；用粘接 剂将固体润滑剂加入工程塑料和粉末冶金材料中， 制成有自润滑性能的轴承零件；在轴承的滑动部 位刻制小槽或小沟，嵌入相应形状的固体润滑剂 组合材料；也可在保持架兜孔、引导面或滚道上 直接镶嵌固体润滑剂组合材料。用电镀、高频溅 射、离子镀层、化学沉积、溶射等技术使固体润 滑剂或软金属（金， 银，铅等）在轴承零件摩擦 面上形成一层均匀致密的薄膜。
• 矿物油是以石油为原料经过蒸馏和精炼制 成的，它的主要成分是由碳和氢两种元素 构成的烃，烃的分子结构有烷烃（也称石 蜡烃）、环烷烃和芳香烃。 • 烷烃有直链和枝链两种类型，碳原子间只 有单键结合，如图（a）、（b）所示。
• 环烷烃中的碳原子间也是单键结合，但不 是链状而是呈环状，如图2.1（c）所示；芳 香烃中的碳原子链也呈环状，不过碳原子 间是单双键交替结合，因此，氢含量较少， 如图2.1（d）所示。
• 常用的合成油有以下几类： • 1．碳氢化合物 • 通过合成方法可以生产不含芳香烃和环 烷烃的碳氢化合物用作润滑油，如聚丁烯、聚 烯合成油（PAO）。与矿物油相比，合成的 碳氢化合物在粘-温特性、低温特性、挥发性和 氧化稳定性方面有一定程度的改善，可以用于 对低温性能要求严格的严寒区用长寿命内燃机 油、倾点低且冷冻剂溶解度小的冷冻机油、对 高低温性能要求较严格的喷气发动机油、对氧 化安定性和抗剪切安定性要求较高的齿轮油、 对粘度指数、低温性能和热氧化稳定性要求严 格的自动变速传动液等场合。
• 5．全氟聚醚 • 全氟聚醚（PFPE）具有优良的抗氧化性、 低挥发性和较好的边界润滑特性，其分子 量、极性基团可以在一定范围内调整以获 得不同的粘度和表面迁移性能。全氟聚醚 被广泛用于硬盘表面的润滑，也用于高温、 高真空条件下的润滑。
• 2.1.3润滑脂 • 润滑脂也是广泛使用的润滑剂材料。润滑 脂密封简单，不须经常加添，不易流失， 所以在垂直的摩擦表面上可以使用。润滑 脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围， 受温度的影响不大，但摩擦损耗较大，机 械效率低，故不宜用于高速。且润滑脂易 变质，不如油稳定。总的来说，一般参数 的机器，特别是低速而带有冲击的机器， 都可以使用润滑脂润滑。
• 目前使用最多的是钙基润滑脂，它有耐水 性，常用于60C以下的各种机械设备中的 轴承润滑。钠基润滑脂可用于115~145C 以下，但不耐水。锂基润滑脂性能优良， 耐水，在-20~150C范围内广泛适用，可以 代替钙基、钠基润滑脂。
• （3）无机润滑脂 • 主要有膨润土润滑脂及硅胶润滑脂两类。 硅胶润滑脂是由表面改质的硅胶稠化甲基 硅油制成的润滑脂，可用于电气绝缘及真 空密封。膨润土润滑脂是由表面活性剂处 理后的有机膨润土稠化不同粘度的石油润 滑油或合成润滑油制成。适用于汽车底盘、 轮轴承及高温部位轴承的润滑。
• 润滑脂的分类方法有许多种，有的按基础 油组成分类，如分为石油基润滑脂和合成 油润滑脂；有的按用途分类，如分为减摩 润滑脂，防护脂和密封脂；有的按润滑脂 的某一特性分类，如高温脂，耐寒脂和极 压脂等。润滑脂中的稠化剂的类型，是决 定润滑脂工作性能的主要因素。
• 几类润滑脂特性的简要介绍： • （1）烃基润滑脂 • 以石蜡稠化基础油制成的润滑脂称为烃基 润滑脂。具有良好的可塑性，化学安定性 和胶体安定性，不溶于水，遇水不产生乳 化。其缺点是熔点低。烃基润滑脂主要用 于保护场合。
• 润滑剂的物质形态已经覆盖了气体、液体 和固体单相以及气-液、液-液、液-固两相 甚至气-液-固三相，十分广泛。 • 有些类型的润滑剂有时也会带来环境污染 等问题，所以需要对润滑剂的知识有全面 的认识和理解。
• 2.1.2 润滑油的类型 • 润滑油一般由基础油和润滑油添加剂混合 而成。 • 基础油分为矿物油和合成油两大类。矿物 油的最高使用温度为130℃，有些超精炼的 矿物油使用温度可达200℃,而某些合成油则 可耐370℃的高温。相对于矿物油来说，合 成油属于高档润滑油，用于高温、高压、 高真空和高湿度等极端环境工况。
• 高分子材料：如聚四氟乙烯，聚缩醛，尼 龙，聚酰胺，聚酰亚胺，环氧树脂，酚醛 树脂，硅树脂等； • 化学生成膜与化学合成膜：如磷酸盐，以 及在镀钼的金属表面通以硫蒸气，生成 MoS2膜等。
• 最常用的固体润滑剂有：石墨、二硫化钼 （ MoS2）、聚四氟乙烯（PTFE）和尼龙 等。石墨性能稳定，在350C以上才开始氧 化，并可在水中工作。二硫化钼与金属表 面吸附性强，摩擦系数低，使用温度范围 也广（-60~300C），但遇水则性能下降。 • 使用固体润滑剂，一定要了解固体润滑剂 的特性，根据工作条件合理使用，才能达 到预期的效果。
• （2）润滑脂的补充和更换 • 润滑脂的使用寿命是有限的，由于剪切作 用和工作时间增加，润滑脂会出现老化， 使其润滑性能降低。为了避免产生过多的 摩擦损耗和材料磨损，摩擦副中须隔一定 时间补充或更换一次润滑脂。润滑脂的补 充时间间隔与摩擦副的结构、尺寸、转速 和环境条件有关。
不同滚动轴承的润滑脂补充时间间隔 上图是在轴承外径表面温度为70º C情况下绘出的，因此适用于轴 承温度70º C以下，若超过70º C，每上升15º C，补充周期应减半。 如轴承用于尘埃很多，且密封不可靠的场合，补充周期可缩短到图示 值的一半到十分之一。
• 2．润滑脂的性能 • 润滑脂的主要性能包括：流动性（针入 度）、触变性、粘度、强度极限、低温流 动性、滴点、蒸发性、胶体安定性、氧化 安定性等。 • 润滑脂的最主要性能是流动性，以针入度 表示。针入度数值越大表示润滑脂越软。
•
• 3．润滑脂使用 • （1）润滑脂的填充量 • 润滑脂的填充量，以填充轴承和轴承壳 体空间的1/3到1/2为宜。若加脂过多，由于 搅拌发热，会使脂变质恶化或软化。高速 时应仅填充至1/3或更少。当转速很低时， 为防止外部异物进入轴承内，可以填满壳 体空间。
• 2．酯 • 通过酸与醇的组合可以合成出种类繁多的酯用作润滑剂， 包括有机酸酯、氟代酯、磷酸酯和硅酸酯等。酯作为润滑 剂的特点是粘-温性能、抗挥发性能突出，但容易通过氧 化、热反应或水解反应而发生降解。由二元酸、单元酸与 甲醇、乙醇或丙醇反应合成的二元酯（也称双酯）广泛用 于航空发动机润滑。季戊四醇酯的耐热性优于双酯，加入 合适的抗氧化剂后可以用于200℃应用场合，如汽轮机润 滑油。聚乙二醇酯是一种不溶于水的化合物，具有良好的 热稳定性和润滑性，用于液压油。由有机羧酸和氟乙酰胺 醇合成的氟代酯具有较好的抗氧化性和阻燃性，但粘-温 性能较差。磷酸酯（如磷酸三甲苯酯，TCP）广泛用于矿 物油和其它合成润滑油的抗磨添加剂。硅酸酯具有热稳定 性好、低粘度、低挥发性的优点，但水解稳定性较差，主 要用于低温条件下的润滑。
第二章 润滑剂
• 2.1 润滑剂的作用与类型
• 2.1.1 润滑剂的作用 • 润滑剂是现代机械系统的基本要素之一，它的主要作用是 减少运动副之间的摩擦和磨损，提高机械效率，延长机械 的工作寿命。
• 除此之外，使用润滑循环系统还能起到冷却摩擦副、带走
磨损碎屑或其它颗粒污染物以及保护金属表面免遭腐蚀等 有益作用。
• 由于分子结构的不同，润滑油的性能也有 显著差异。烷烃含量高的润滑油密度较环 烷烃油小，而粘温性能较好。矿物油的粘 压性能也与其环烷烃的含量多少有关。芳 香烃的含量则与润滑油的边界润滑性能有 关。
• 当矿物油在粘性、抗氧化性、热稳定性及 挥发性等方面无法满足使用工况的条件时， 需要采用性能更优越（价格也更高）的合 成润滑油。表2.1比较了矿物油和一些常 用合成油的理化性能，可以看出，合成油 的闪点、热稳定性较矿物油高，饱和蒸汽 压较低，有些合成油的粘度随温度的变化 较矿物油小。
由于固体润滑剂不能像润滑油那样可以把 摩擦界面上的摩擦热导出一部分，而且在使用过 程中很难补充，因此在选用时应根据固体润滑剂 的特点，考虑采取相应的补救措施。
• 2．固体润滑剂的种类 固体润滑剂一般可分为以下几类： • 层状晶体结构固体润滑剂：它们是易于劈 开的化合物或具有减摩作用的单体物质。 按结合形式、结晶体系和成分可分为：硫 化物，硒化物，碲化物，氟化物，卤化物， 单质（石墨等），氮化物，氧化物，有机 物等； • 非层状无机物：如硫化物，碲化物，氟化 物，陶瓷和超硬合金； • 软金属薄膜：如Au，Ag，In，Ca，Cd， Pb，Sn及其合金；
• 2.1.4 固体润滑剂 • 1．固体润滑剂的性能 固体润滑是指利用固体粉末、薄膜或 整体材料来减少作相对运动两表面的摩擦 与磨损并保护表面免于损伤的作用。
• 对固体润滑剂的基本性能有以下要求： （1）能与摩擦表面牢固地附着，有保护表面 功能； （2）具有较低的抗剪强度； （3）稳定性好，包括物理热稳定，化学热稳 定，时效稳定和不产生腐蚀及其他有害的 作用； （4）要求固体润滑剂有较高的承载能力；
Hale Waihona Puke Baidu
• （4）有机润滑脂 • 各种有机化合物稠化石油润滑油或合成润 滑油，各具有不同的特性，这些润滑脂大 都用作特殊用途。如阴丹士林、酞青铜稠 化合成润滑油制成高温润滑脂可用于 200~250℃；含氟稠化剂如聚四氟乙烯稠化 氟碳化合物或全氟醚制成的润滑脂，可耐 强氧化剂，作为特殊部件的润滑。又如聚 脲润滑脂可用于抗辐射条件下的轴承润滑 等。