润滑脂基础 grease-FAG

钠基脂（纤维脂）
钠皂
钙基脂（杯脂） 铝基脂
钙皂 矿物油 70~90 -20~+60 40 差或良 差或良 良 良 抗水性突出，但耐温 性差。适于低速和重 载 铝皂 矿物油 70~90 -10~+80 70 良或差 良 良 差-良 粘附性突出 ，适于承受 振动的轴承
润滑脂性能比较
常用名称 混合皂基脂
轴承润滑技术
FAG中国有限公司
润滑与摩擦
油膜厚度
~10-9 0.150 ~10-8 ~10-5 >10-5m
摩 擦Leabharlann Baidu系 数
0.001
BL=边界润滑 ML=混合润滑 EHL=弹性流体润滑 HL=流体润滑
EHL
HL
BL
ML
ηn/p
η-粘度
n-速度 p-单位负荷
流体润滑
金属表面能被润滑油完全分隔开，摩擦表面间存 在0.0001~0.1mm厚的连续润滑油膜，支撑负荷
润滑脂
润滑脂的基础油
• 润滑脂的润滑性能主要取决 于基础油，包括矿物油及合 成油。
– 基础油粘度低的润滑脂适合于 高速和低温应用 – 基础油粘度高的润滑脂适合于 高温和重载应用
润滑脂基础油
矿物基础油主要有三种：链烷、环烷和芳香族
基础油 性能 低温流动性 高温性能 挥发性 粘度脂数 溶解力 橡胶相容性 氧化温稳定性 *取决于粘度指数 连烷 XHVI HVI/MVI 良 优 非常低 非常高 低 良 优 有限 良 低 高 中等 良 良 环烷 MVI 良 有限 高 中等 良 中等 差 芳香族 LVI 良* 有限 高 低 优 差 差
润滑脂的主要类型——
其它金属皂基脂 • 钠基脂
– 高熔点，纤维质地，泵送 性较差 – 温度范围宽：-20~+130=C – 机械稳定性合用 – 吸水能力，防锈性好，不 适合太潮湿的环境 – 有脂结构破例和分油倾向
• 铝基脂
– 粘附性极佳 – 热稳定性较差 – 机械稳定形适中 – 抗水性好
• 钡基脂
稠化剂 基础油 滴点°C 使用温度 °C 工作速度% 机械性能 抗压性 抗水性 防锈性 应用 钠+钙皂 锂+钙皂 矿物油 160~190 -20~+80 70 良 良 差 良 常用于滚子轴承 和大型球轴承
复合基脂
钙复合皂、铝复合 皂、锂复合皂等 矿物油 180~300 -20~+130 70 良 良 良 良 适于极压，机械稳 定
皂基润滑脂性能的对比
类型 锂基脂 钙基脂 钠基脂 性能 使用温度 -20~70°C 热稳定性 机械稳定性 抗水性 仛仛仚 仛仚仚 仛仛仛 ☆☆☆ 仛仛仛 仛仛仚 仛仛仛 仛仛仚 仛仛仛 仛仛仛 ☆☆☆ 仛仛仛 仛仛仚 仛仛仛 -50~120°C 仛仛仛 仛仚仚
锂钙混合脂 -20~120°C 仛仛仚 -20~130°C ★★☆ 仛仛仛 仛仛仛 仛仛仛 锂复合基脂 ~150°C 钙复合基脂 ~150°C 铝复合基脂 ~150°C
润滑脂的类型
• 传统皂基脂 – 锂基脂 – 钙基脂 – 钠基脂 – 铝基脂 – 锂钙混合基脂 • 复合皂基脂 – 锂复合脂 – 钙复合脂 – 铝复合脂 • 非皂脂 – 无机稠化剂脂 – 有机稠化剂脂
润滑脂的主要类型——锂基脂
• 锂基脂研制成功于二战期间，用于飞机的润 滑，其质地光滑、状似黄油 • 主要特性：
润滑脂的DIN编号
Lubricating grease DIN 51 825 - K 1 G - 20 名称 DIN标准号 润滑脂类型 NLGI稠度 最高工作温度 最低工作温度
润滑脂稠化剂
复 合 皂 基 脂 的 结 构
皂分子
复合剂
润滑脂稠化剂
• 非皂基（有机）
– 聚脲 – 阴丹士林 – 聚四氟乙烯
聚脲的分子结构(R——碳化氢基) 使用温度-65~+200=C
R1——N—C—N—R2—N—C—N—R3——N—C—N—R4 — = — H O H — = — — = — H O H
– 高温应用
润滑脂的主要类型——混合脂
• 锂钙混合脂
– 最常见的混合脂，性能可通过两种皂的混合比例进 行调节 – 温度范围合用 – 抗水性好 – 机械稳定性好 – 泵送性适中（劣于同级锂基脂）
• 其它：锂钠、钠钙、钠铝等混合脂
润滑脂的主要类型—复合皂基脂
• 锂复合脂
– 温度范围宽于普通锂基脂 – 抗水性好，机械稳定性优异
• 润滑脂是将一种或几种稠化剂分散到一种或几种 液体润滑剂中而形成的固体到半固体的产物 • 可以包含其它能增加特殊性能的成份 • 涵盖矿物油与合成油以及所有种类的稠化剂 • 不包括无稠化剂的产品，例如固体石蜡，尽管其 外观类似于润滑脂
润滑脂的组成
稠化剂10-15%
基础油 80-85%
添加剂 5-10%
– 高温性能良好，可长期工作于110~120=C – 适合于低温环境（可达-50=C，在基础油低温流动 性好的情况下） – 机械稳定性良好 – 泵送性好 – 良好的金属表面粘附性 – 抗水性良好
润滑脂的主要类型——钙基脂
• 钙基脂是最古老的工业润滑脂，质地光滑、状 似黄油 • 以水为稳定剂的钙基脂使用温度上限为70=C • 高品质的钙基脂可使用到100=C，其稳定剂为 低挥发性成份 • 机械稳定性中等 • 抗水性优异 • 常用于65=C以下的滑动轴承和关节点
流体润滑
润滑油膜
弹性流体润滑
v
润滑油
赫兹压力 弹性流 体油膜
入口区
赫兹接触区
出口区
弹性流体润滑
边界润滑
油膜极薄或不连续，存在微小局部金属摩擦面接 触。润滑分子膜仅有几层，摩擦系数达到 0.01~0.1。 负荷
不含添加剂的润滑油
含添加剂的润滑油
负荷
添加剂产生 的保护膜
边界润滑
ASTM润滑脂的定义
润滑脂基础油
• 95%以上的润滑脂以矿物油为 基础油，矿物油润滑脂可以满 CH3-(CH2)n-R 足绝大多数应用的要求，而且 链烷 非常经济。 CH2 • 用于润滑脂的矿物基础油主要 CH2 CH—R 有两种
– 链烷（石蜡）基：抗氧化性能 ，泵送性能好，粘度指数高， 对抗氧化剂的感受性好 – 环烷基：溶皂性能好、机械安 定性好
• 钙复合脂
– 高温可至130=C – 长期储存或暴露于高温会变硬
• 铝复合脂
– 热稳定性优异，最高可用于180=C – 抗水性和热稳定性很好 – 抗磨性劣于其他复合脂
润滑脂的性能
• 稠度和泵送性 • 滴点 • 流动性 • 粘温性能 • 防水性 • 相容性 • 机械稳定性（抗剪切） • 热稳定性 • 胶体安定性（分油性） • 氧化稳定性 • 防锈性和抗腐蚀性 • 噪音阻尼特性
(R—C—O) — nM =O
M—碱金属 R—碳化氢基 粒度0.1~100µm
润滑脂稠化剂
化学反应式：fat + base = soap + water
O 脂肪酸 OH
+ MOH碱
O （金属）皂
皂分子网状结构
OM
+ H2O水
润滑脂稠化剂
• 混合皂基润滑脂是由不同的皂基混合而制成的 ，锂钙混合基是最常见的。 • 复合皂使用金属皂与所谓复合剂配制而成，复 合剂使皂分子牢固结合在一起。常用种类有锂 复合、钙复合、钠复合及锂复合 • 复合剂是用同一种碱与一种简单的有机酸制得 的盐。锂复合基脂用的是无机酸，硼酸。 • 复合脂皂分子之间的联结比传统皂基脂更牢固 ，因而也更耐用
优 良 橡胶相容性 良
润滑脂稠化剂
• 最常用的稠化剂是金属皂。 • 皂是一种有机酸盐，是脂肪酸与碱反应的产物。 • 常用作稠化剂的皂有锂基、钙基、钠基和铝基等 – 脂肪 + NaOH = 脂肪酸钠 + H2O – 脂肪+ Ca(OH)2 = 脂肪酸钙 + H2O • 应用温度Li~130=C, Na~100=C, Ca~60=C
非皂基脂
膨润土，聚脲，石墨 矿物油 >=250 -10~+130 70 良 良 良 差-良 应用范围从低温至高温， 常用于滚动轴承。 合成油 >=250 -50~+200 40~100 良 良 良
润滑脂的DIN编号
K P E 2 K -20 DIN 51502
润滑脂类型 添加剂 合成油类型（矿物油缺省） NLGI稠度 最高工作温度 最低工作温度（可省略） 标准号
润滑脂基础油——合成油
合成油的性能
油品 PAO 性能 粘度指数 凝点 抗氧化性 热稳定性 润滑性 酯 硅油 聚乙二醇 矿物油 （醚） 80-100 -40~-10 普通 普通 良 良
100-140 140-175 190-500 150-170 -50~-20 -70~-37 -80~-30 -56~-23 优 良 良 良 差 优 良 优 良 差~适当 优 差~良 良
极压添加剂 抗磨添加剂 抗腐蚀添加剂 抗氧化添加剂 减摩添加剂（ 摩擦缓和剂） 粘性改进剂
典型组成
硫、氯和磷化合物，有时混以石墨或 MoS2 有机磷酸盐或亚磷酸盐，二硫代磷酸 锌，石墨， MoS2 含有活性硫、磷或氮的有机化合物， 硫酸苯酚，二硫代磷酸锌 苯酚，芳香胺，硫酸苯酚，二硫代磷 酸锌 高分子重组分化合物如脂肪油，氧化 石蜡或石墨和MoS2 聚异丁烯，石蜡聚合物，乳胶
锂基脂
锂皂 双酯、多元酯油 200~250 -50~+160 60 良 差 良 差 适用于高温和低温，但 油膜强度低，不适于、 高速、低速及重载。 硅油
润滑脂性能比较
常用名称
稠化剂 基础油 滴点°C 工作温度 °C 工作速度% 机械稳定性 抗压性 抗水性 防锈性 应用 矿物油 170~210 -20~+130 70 优或良 良 差 良或差 长或短纤维，长纤脂不适于 高速，有些钠脂遇水会起泡 。抗高温性能相对较好。
CH2—CH2 环烷基
R——炭化氢基
润滑脂基础油——合成油
• 以合成油为基础的润滑脂主要用于温度极高 或极低，或者温度范围非常宽的场合。
– – – – – 聚α烯烃（PAO） 酯油 硅油 聚乙二醇、聚苯醚 氟油 CH3 R CH3
RCH—CH—CH—nH 聚α烯烃 RO(CH2 CHO)nR” R’ 聚乙二醇
– 使之不大可能从机器上泄漏，与润滑油比较 – 使之不大可能从润滑表面流失，即使在重力或离心力的作用下 – 使之能够起到有效的密封作用，防潮防尘
润滑脂的作用与特性
• 润滑脂的稠化剂分子团一端带有极性基，另一 端为非极性基 • 含有羧基(-COOH)、羟基(-OH)的高级脂肪酸/ 醇的极性端牢固的相互联结，在金属力场的作 用下极性端分子与金属表面作定向排列 • 羟基端又与另一吸附层相互联结，形成二聚体 的叠合，在金属表面形成润滑脂膜，当金属表 面做相对运动时起到润滑作用
n
(
)
H O H
润滑脂稠化剂
• 非皂基（无机）
– 物理/化学表面处理的硅胶
• 粒度0.01 µm，温度-65~+250=C
– 粘土（膨润土bentonite/汉克特hectorite）
• 粒度0.5µm，温度-70~300=C
– 亚硝酸硼
• B(NO2)3，温度-65~250=C
润滑脂添加剂
添加剂
作用
保护金属表面 避免冷焊 减少金属表面 的磨损 防腐 延缓氧化分解 减少边界摩擦 和混合摩擦 改善粘附性
润滑脂的特性
• 当润滑脂处于静态并且无外力干扰时，它能够保持自身 的形态，而且不流动。 • 当施加足够的外力时，润滑脂开始流动，作为润滑剂在 运动表面之间形成油膜，减少摩擦。 • 润滑脂的触变性 “当施加外力时，润滑脂逐渐变软，表观粘度降低，但是 一旦处于静止，经过很短的一段时间后，稠密度再次增 加（恢复），这种特性称为触变性。” • 润滑脂不同寻常的流动性
润滑脂的内部结构 皂基
基础油分子
皂——油的结构体系
润滑脂工作机理
• 润滑脂的作用可以简单的比作海绵，受到挤压时释放出 稀油。当然，实际情况比这要复杂得多。 • 静态时，稠化剂因分子引力而聚集在一起，形成相对稳 定的固体结构。所以常温与静态条件下润滑脂粘附在被 润滑的表面。 • 当受压或受热时，稠化剂之间的联结逐渐松开，润滑脂 会变软以至流动，从而润滑摩擦表面。外力停止作用之 后，稠化剂之间的联结重新形成，润滑脂逐渐恢复原来 的稠度。 • 如果润滑脂受到太大的外力作用，稠化剂会完全破碎， 润滑脂则彻底被破坏。（聚四脲脂有所不同，他们具有 不寻常的特性，可以从明显的破坏状态恢复到原来的结 构。）
润滑脂性能比较
常用名称
稠化剂 基础油 滴点°C 工作温度°C 工作速度% 机械稳定性 抗压性 抗水性 防锈性 应用 矿物油 170~190 -20~+110 70 优 良 良 良 应用范围很宽 ，常用于滚动 轴承。 170~190 -50~+130 100 良 良 良 良 低温、扭矩特性好，抗 磨性能突出，常用于小 电机和仪器轴承。