固体润滑剂概述

文章编号:1672-4364(2007)01-0031-02

固体润滑剂概述

谢 凤 朱 江

(徐州空军学院,徐州221000)

摘要:与润滑油和润滑脂相比,固体润滑剂具有独特的优点,概述了固体润滑剂的种类,性能及应用。关键词:固体润滑剂;种类;性能;应用

中图分类号:TH 117.22 文献标识码:E

收稿日期:2006-10-08

作者简介:谢凤,男,副教授,从事油料应用方面的教学与研究工作。

液体润滑是减少摩擦和磨损常用的有效方法,但供给液体润滑需要有相当体积的设备和足够的动力,维持相应压力的装置以及安全保护设施,并且液体的泄漏也是个比较棘手的难题。而采用固体润滑的方法,减少摩擦副的摩擦和磨损是可行的。固体润滑不需要相应的润滑设备和装置,也不存在泄漏问题。润滑油在承受高负荷时,液体油膜会遭到破坏,在高温下会丧失润滑能力,而固体润滑剂则有较高的承载能力和耐高温性能。

固体润滑剂的应用已经具有很长的历史,石墨、二硫化钼、铅盐、金属粉末和其他固体物质都较好地在工业中得到了应用,聚四氟乙烯粉末作为润滑添加剂已成功地应用于润滑脂和润滑油中,二硫化钼的应用历史更是可以追溯到17世纪。

随着科学技术的发展,摩擦副在高温、低温、高真空、强辐射和高速运动等特殊工况下工作,因而对润滑剂提出了更为苛刻的要求,仅靠润滑油脂几乎无法完成这些任务。如果将固体润滑剂与润滑油脂联合使用,可以取长补短,既能扩展润滑油脂的适用范围,又能解决特殊工况下的润滑问题。

固体润滑剂扩充了润滑油脂的应用范围,弥补了润滑油脂的缺陷,更重要的是出现了许多应用固体润滑剂的新颖的润滑技术。

在液体中应用固体润滑剂,稳定性和相容性非常关键,不能用简单的搅拌方法把这些固体分散到液体中,这样经过搅拌的固体悬浮体是会很快沉降下来的。无论颗粒大小,甚至最细的分散悬浮体,如果不稳定,悬浮的絮凝物也将会沉降出来。因此分散技术是非常重要的,要防止在液体中的固体沉淀,要对固体颗粒进行处理,即在初始的固体颗粒表面涂一层稳定剂来阻止凝聚,这样的悬浮体是很稳定的,并且有很长的贮存寿命。因此,固体润滑技术的出现,既是新材料又是新技术,固体润滑剂的使用具有明显的优点和缺点。

1 固体润滑剂的优点

固体润滑剂可以应用于高低温、高真空、强辐射等特殊工况中,以及粉尘、潮湿、海水等恶劣环境中;可以在不能使用润滑油脂的运转条件和环境条件下使用;重量轻、体积小、不像使用润滑油脂那样需要密封、储存罐和供液系统;时效变化小,减轻了维护保养的工作量和费用;解决了润滑技术上的一些难题,增强了潮湿环境中的防锈能力,减轻设备的磨损。

2 固体润滑剂的缺点

固体润滑剂的摩擦因数大,一般比润滑油润滑的摩擦因数大50倍~100倍,比润滑脂润滑时大100倍~500倍;热传导困难,摩擦部件的温度容易升高;会产生磨屑等污染摩擦表面;有时会产生噪音和振动;自行修补性差。

固体润滑剂不像润滑油脂那样具有自行修补性,在液体润滑中,即使润滑油膜破裂,只要润滑油流入破裂部位,润滑性能立即得到恢复,而固体润滑剂基本没有这种功能。但与层状固体润滑材料相比较,软金属还具有一定的流动性,一旦接触到固体润滑膜的破裂部位,也能通过自行修补而适度恢复其润滑性能。3 固体润滑剂的种类

固体润滑剂的种类较多,润滑机理也比较复杂,有石墨、二硫化钼等层状固态物质、塑料和树脂等高分子材料、软金属及其各种化合物等。3.1 软金属类固体润滑剂

许多软金属,如铅、锡、锌、铟、金、银等,在辐射、真空、高低温和重载等条件下具有良好的润滑效果,可以充当固体润滑剂。通常,将软金属粉末

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制成合金材料,或用电镀等方法将其涂镀于摩擦表面,形成固体润滑膜。如宇宙飞船上的太阳能集流环,仅镀上一层0.6 m厚的银膜,就能可靠地工作。

软金属固体润滑材料作为固体润滑剂是基于它的剪切强度低,能够发生晶间滑移。具有一定强度和韧性的软金属,一旦粘着于基材表面,便能牢固地粘结在一起,发挥它优异的减磨和润滑作用。

3.2 金属化合物类固体润滑剂

可作固体润滑剂的金属化合物较多,包括金属的氧化物、卤化物、硫化物、硒化物、硼酸盐、硫酸盐和有机酸盐等。

二氧化铅、四氧化三铅、氧化锑、三氧化二铬、二氧化钛、二氧化锆、氧化亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铝等金属氧化物都具有润滑性能,特别在高温下使用,其润滑效果更好。

金属卤化物有氟化钙、氟化钡、氟化锂、氟化铈、氟化镧、氟化硼;氯化镉、氯化钴、氯化铬、氯化镍、氯化铁、氯化硼;溴化铜;碘化钙、碘化铅、碘化镉、碘化银、碘化汞等。

金属硫化物有二硫化钼、二硫化钨、硫化铅等。

金属硒化物有二硒化钨、二硒化钼、二硒化铌等。

金属硼酸盐有硼酸钾等。

有机磷酸盐如二烷基二硫代磷酸盐等。

金属硫酸盐有硫酸银、硫酸锂等。

金属有机酸盐指各种金属脂肪酸皂,如钙皂、钠皂、镁皂、铅皂等,都有较好的润滑性能。

3.3 无机物类固体润滑剂

无机物类固体润滑剂有石墨、氟化石墨等具有层状晶体结构,剪切强度很小。与摩擦表面接触后有较强的粘着力,能防止对偶材料直接接触。玻璃在一定的温度和压力条件下成熔融状态,可隔离摩擦表面,在高温下有良好的润滑作用。滑石、云母、氮化硅等虽然润滑性能较差,但电绝缘性能好,能在高温和特殊工况下充当固体润滑剂以及润滑填料。氮化硼为六方晶体,具有与石墨一样的层状结构和类似的性质,可以用于高温和绝缘性隔热润滑材料。

3.4 有机物类固体润滑剂

各种高分子材料如蜡(石蜡、地蜡、蜂蜡等)、固体脂肪酸、固体脂肪醇、联苯、颜料和涂料(如阴丹士林、酞菁等)可以充当固体润滑剂。

热塑性树脂(如聚四氟乙烯、聚乙烯、尼龙、聚甲醛、聚苯硫醚等)可以充当固体润滑剂。热塑性材料在一定温度条件下有降低摩擦因数的能力。 高分子材料除了以粉末形式作为润滑添加剂加入到其他润滑剂中外,一般都作为基材,添加其他固体润滑剂(如二硫化钼等)后制作成了高分子基复合润滑材料。

有机钼化合物如二烷基二硫代磷酸钼,二(正丁基异辛基)二硫代磷酸硫酸氧化钼、二烷基二硫氨基甲酸钼等,作为摩擦缓和剂添加到润滑油脂中,在一定的温度、压力条件下在摩擦表面反应生成二硫化钼固体,起到润滑作用。

三聚氰胺氰尿络合物(MCA)是一种新型的高分子有机物,可作为固体润滑剂使用。

4 固体润滑剂的应用

固体润滑剂的使用形式可以是单质,也可因各种不同的使用目的而进行多元组合,形成自润滑复合材料。主要应用在机械传动、机械加工、航空及电子工业等特殊领域中。

4.1 在机械传动中的应用

机械传动中的摩擦包括滑动摩擦和滚动摩擦,可以将传动部件用固体润滑剂和其他填料组成的复合材料制造;用涂(镀)覆的方法在摩擦表面形成一层固体润滑膜;用含有固体润滑剂的油脂进行润滑来解决传动中的摩擦问题。

4.2 在机械加工中的应用

机械加工中所用的固体润滑剂通常作为添加剂使用,常用的有石墨、膨润土、高岭土、碳酸钙、硅酸钠、硼酸盐、MoS2、玻璃和铅等。使用时可以将含有固体润滑剂的液体喷涂在摩擦表面上,也可以将坯料进入润滑液中,使其表面形成含有固体润滑剂的薄膜,或者将含有固体润滑剂的液体喷射切削区域,起润滑冷却作用。

4.3 在特殊工况中的应用

许多特殊机械设备,如核工业、航空航天工业和电子工业等领域中的设备,处于特殊工况下工作,其传动部件摩擦副处于高速、高温或低温、真空和辐射等特殊工况条件下工作,其摩擦状况也具有特殊性。许多金属润滑材料和高分子复合润滑材料就是适应这种特殊的摩擦工况而研制生产的。

5 结束语

固体润滑剂有许多优点,但在使用时也要注意一些问题。要根据使用目的来选择所合适的固体润滑剂,考察固体润滑剂在润滑油中的润滑性;考察固体润滑添加剂在润滑油脂中的混合稳定性、均匀分散性;为了保持良好的滑滑性能,固体润滑剂对金属表面应有良好的附着性。

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