固体润滑剂

固体润滑剂

固体润滑剂就是在两个有载荷作用的相互滑动面间，用以降低摩擦和磨损的固体状态的物质。

要求：剪切抗力低，与被润滑表面有较好的亲和力，不腐蚀被润滑表面、耐高温、耐低温等特点。

包括金属材料，无机非金属材料和有机材料等。

可分为固体粉末润滑材料、粘结或喷涂固体润滑膜、自润滑复合材料。

固体润滑材料的适应范围比较广，以1000℃以上的白热高温到液体氢的深冷低温；严重腐蚀气体环境中工作的化工机械，是受到强辐射的宇航机械上(如月球表面的工作机械)，在原子能工业、宇航和国防工业、电子工业、化学工业、机械工业、交通运输、食品工业、纺织印染等轻工业部门都已经得到了应用。

固体润滑剂主要用在高温、低温、高真空、放射线高辐射场、腐蚀性大、挥发性低、不易测定条件润滑、不容许受润滑油、脂沾污等场合和机件上。

一、固体润滑三种机理

1、形成固体润滑膜，它的润滑机理与边界润滑机理相似；

2、软金属固体润滑剂，它利用软金属抗剪切强度低的特点来起润滑作用；

3、层状结构的特点起润滑作用。图6—8为石墨的品体结构，由图6—8可知石墨具有层状，在层与层之间的接合力较弱，所以剪切抗力低。

一般常用的固体润滑剂有：二硫化钼、石墨、云母、二硫化钨、滑石粉、氮

化硼；塑料包括聚四氟乙烯、聚胺脂、聚乙烯、浇铸尼龙—6等以及某些金属如铅、锌、锡、银等低熔点金属及其合金。

二、固体润滑剂的优点

1)免除了油脂的污染及滴漏。如在空气压缩机实现固体润滑(包括轴承、密封、活塞环)后，可以提供不被油污染的空气；又如在纺织机械、食品加工机械、造纸机械、印刷机械采用固体润滑后，能避免油污，提高产品质量；

2)取消了供油脂所用的润滑油站及油路系统，节省了投资、降低了维修费用；

3)适应比较广泛的温度范围。它可用于特殊的工况条件(如在具有放射性条件下能抗辐射、耐高真空、抗腐蚀)以及不适宜使用润滑油脂的场合。

4)增强了防锈蚀能力。这对于潮湿气候的南方具有重要意义。

5）固体润滑剂分散悬浮在液体润滑剂中，既可以发挥固体润滑剂本身的性能，弥补固体润滑剂的摩擦系数大和导热性能不良的缺点。

三、固体润滑材料缺点

1）摩擦系数较大(比润滑油等流体润滑的摩擦系数大100—500倍，比润滑脂润滑的摩擦系数大50—100倍)，

2）散热性能差，因而固体润滑剂主要用在其他润滑材料不能承担的润滑场合。

3）固体润滑膜的寿命较短，保膜时不仅增加工作量，有时还要停车检查，在一定程度上影响生产。

4)导人性不好，即使是粉末状，不易补充到摩擦表面。

5)塑料自润滑材料存在强度不高、线膨胀系数大、导热性差、不耐高温、摩擦系数有的还不够低的缺点。因此目前还不能完全取代润滑油脂。

四、对固体润滑剂的要求

固体润滑剂应满足以下性能要求：

1)较低的摩擦系数在滑动方向要有低的剪切强度，而在受载方向则要有高的屈服极限。同时还要具有防止摩擦表面凸峰的穿透的能力(即材料的物理性能是各向异性的)；

2)附着力要强。要求附着力要大于滑动时的剪切力，以免固体润滑剂(或膜)从底材上或金属表面被挤刷(或撕离)掉；

3)固体润滑剂粒子间要有足够的内聚力，以建立足够厚的润滑膜，以防止摩擦表面的凸峰穿透并能贮存润滑剂；

4)润滑剂粒子的尺寸在低剪切强度方向应最大，这样才能保证粒子在滑动表面间能很好地定向；

5)在较宽的温度范围内，能保持性能稳定而不起化学反应。

要完全满足上述要求是不容易的。

不同的固体润滑剂，具有不同的特殊性能，一般情况只能满足或达到上述要

求的某一项或几项。根据摩擦副的不同工况，选用相宜的固体润滑材料。

五、固体润滑剂的种类

( 1) 金属基润滑材料是以具有高强度的耐热合金作为基体, 以固体润滑剂作

为分散相, 通过一定工艺制备而成的具有一定强度的复合材料。金属基润滑材料有软金属(铅Ph、锡Sn、铟In、锌Zn、银Ag)、

具有以下特点:熔点高、机械强度高, 有较好的韧性和延展性; 热传导性和导电性好; 组织致密, 尺寸稳定, 耐潮湿;摩擦系数小, 耐磨寿命长等; 容易加工, 适用于高负荷、高温、高真空等特殊工况。

( 2) 高分子基润滑材料具有一定的机械强度, 韧性好, 能有效地吸收震动, 不损伤对偶材料, 有良好的耐磨性能, 且可与润滑油脂共存使用。它的化学稳定性好, 摩擦学特性受气氛的影响较小, 在低温下仍然具有良好的摩擦学性能, 但承载能力较差。目前常见的高分子润滑材料有塑料(聚四氟乙烯PTFE、聚苯、聚乙烯、尼龙—6等)、聚酰亚胺( PI) 、聚醚醚酮( PEEK) 等。

( 3) 陶瓷润滑材料是由各种具有润滑性能的微粉经过压制烧结而制成的, 可分为非金属陶瓷和金属陶瓷两类。陶瓷材料的硬度高, 抗压强度大, 耐高温性、耐磨性、

抗氧化性和耐腐蚀性能都较好, 适宜作高温摩擦副构件。

( 4) 石墨及其化合物、金属的硫化物(二硫化钼MoSz、二硫化钨WS2)、金属的氧化物(四氧化三铁FeaO：、氧化铝AIO、氧化铅PbO)、金属的溴化物(氯化铁FeCl、氯化镉CdCl、碘化镉CdI、碘化铅PbI、碘化汞Hgl)、金属的硒化物(二硒化铌NbSe：、二硒化钨WSe2)、滑石、云母、玻璃粉、氮化硼等。

把具有自润滑作用的整体材料制成零件，自润滑材料有了新的发展。

作为减摩、耐磨、长寿命的自润滑材料是由两种或多种不同物质经过一定的工艺合成。

自润滑复合材料(金属基、石墨基、塑料基自润滑复合材料——即以金属、石墨或塑料作为基体材料，并加入某些为改善机械性能、降低摩擦、改善耐磨和耐热性能等的填充剂与增强剂，按一定的工艺方法复合配制而得的材料)、

加粘结剂和添加剂的固体润滑膜、粉末冶金含油轴承等。

常用固体润滑剂。

1．石墨

石墨是碳的同素异形体，外观呈黑色，有脂肪质滑腻感；

分子结构为六方晶系的层状结晶，成鳞片状，层内的原子结合较强，层间的结合较弱，容易滑移；

密度为2．2～2．3g／cm3；

融点3527℃，耐热性在大气中是454℃，对金属及橡胶均不起反应；

在高温，638℃下具有良好的润滑性能。

石墨的劈开面在常温下，具有吸附气体的能力，这种气体吸附层，促进了石墨的润滑性。

石墨在干燥时摩擦系数较大，当吸收一定量的潮湿气(约2％～13％)，摩擦系数就显著降低(为0．15～0．20)；

石墨在真空中的润滑性极低，这与真空中水汽的蒸发消失有关。

石墨粉剂性能见表。

2．氟化石墨

氟化石墨的摩擦系数在27～344℃的温度范围内比石墨低；

耐磨寿命比MoSz或石墨长；

塑料基自润滑材料的固体润滑剂填人组分，用氟化石墨也比用石墨或MoS2

的效果更好，耐磨寿命更长，极限pv值比较高。

由于C-F的键能强，不易切断，在高压、高温下性能优于石墨或MoS2。

分析几种润滑膜的摩擦系数对比如表2—70所示。氟化石墨作为高温极压润滑剂是具有较好的效果。

3．二硫化钼(MOS2)