固體潤滑材料

1、第四章 : 固體潤滑二、固體潤滑材料 固體潤滑劑的作用是以固體潤滑物質(zhì)如固體粉末、薄膜及固體復(fù)合材料等來減少作相對運(yùn)動(dòng) 兩外表的摩擦與磨損，并保護(hù)該外表，在固體潤滑過程中，固體潤滑劑和周圍介質(zhì)要與摩擦外表發(fā)生 物理、 化學(xué)反響生成固體潤滑膜， 降低磨擦磨損。 固體潤滑劑的材料有無機(jī)化合物 石墨、 二硫化鉬、 氮化硼等、有機(jī)化合物蠟、聚四氟乙烯、酚醛樹脂和金屬 PbSnZn 以及金屬化合物，其中 以石墨和二硫化鉬應(yīng)用最廣。固體潤滑劑的適用范圍比擬廣，從1000 C以上的白熱高溫到液體氫的深冷低溫，無論在嚴(yán)重腐蝕氣體環(huán)境中工作的化工機(jī)械，還是受到強(qiáng)輻射的宇宙機(jī)械，都能有效地進(jìn)行潤滑。1、常見固體潤

2、滑劑的種類： 粉狀潤滑劑：有二硫化鉬粉劑、二硫化鎢粉劑、二硫化鉬P型、膠體石墨粉。 膏狀潤滑劑：有二硫化鉬重型機(jī)床油膏、二硫化鉬齒輪油潤滑油膏、二硫化鉬高溫齒輪油膏、特種二硫化鉬油膏、齒輪潤滑用GM-1型成油膜膏。2、固體潤劑的根本性能 與摩擦外表能牢固地附著，有保護(hù)外表功能固體潤滑劑應(yīng)具有良好的成膜能力，能與摩擦外表形成牢固的化學(xué)吸附膜或物理吸附膜， 在外表附著， 防止相對運(yùn)動(dòng)外表之間產(chǎn)生嚴(yán)重的熔焊或金屬的相 互轉(zhuǎn)移?？辜魪?qiáng)度較低固體潤滑劑具有較低的抗剪強(qiáng)度，這樣才能使摩擦副的摩擦系數(shù)小，功率損耗低， 溫度上升小。而且其抗剪強(qiáng)度應(yīng)在寬溫度范圍內(nèi)不發(fā)生變化，使其應(yīng)用領(lǐng)域較廣。穩(wěn)定性好，包括物理

3、熱穩(wěn)定，化學(xué)熱穩(wěn)定和時(shí)效穩(wěn)定，不產(chǎn)生腐蝕及其他有害的作用。 、物理熱穩(wěn)定是指在沒有活性物質(zhì)參與下，溫度改變不會(huì)引起相變或晶格的各種變化，因此不 致于引起抗剪強(qiáng)度的變化，導(dǎo)致固體的摩擦性能改變。 、化學(xué)熱穩(wěn)定是指在各種活性介質(zhì)中溫度的變化不會(huì)引起強(qiáng)烈的化學(xué)反響。要求固體潤滑劑物 理和化學(xué)熱穩(wěn)定，是考慮到高溫、超低溫以及在化學(xué)介質(zhì)中使用時(shí)性能不會(huì)發(fā)生太大變化，而時(shí)效穩(wěn) 定是指要求固體潤滑劑長期放置不變質(zhì)，以便長期使用。此外還要求它對軸承和有關(guān)部件無腐蝕性、 對人畜無毒害，不污染環(huán)境等。要求固體潤滑劑有較高的承載能力：因?yàn)楣腆w潤滑劑往往應(yīng)用于嚴(yán)酷工況與環(huán)境條件如低速高負(fù) 荷下使用，所以要求它具有較高

4、的承載能力，又要容易剪切。3、固體潤滑劑的使用方法1作成整體零件使用：某些工程塑料如聚四氟乙烯、聚縮醛、聚甲醛、聚碳酸脂、聚酰胺、聚砜、 聚酰亞胺、氯化聚醚、聚苯硫醚和聚對苯二甲酸酯等的摩擦系數(shù)較低，成形加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好， 電絕緣性優(yōu)良，抗沖擊能力強(qiáng)，可以制成整體零部件，假設(shè)采用環(huán)璃纖維、金屬纖維、石墨纖維、硼纖 維等對這些塑料增強(qiáng)， 綜合性能更好， 使用得較多的有齒輪、 軸承、 導(dǎo)軌、 凸輪、 滾動(dòng)軸承保持架等。2作成各種覆蓋膜來使用：通過物理方法將固體潤滑劑施加到摩擦界面或外表，使之成為具有一 定自潤滑性能的干膜，這是較常用的方法之一。成膜的方法很多，各種固體潤滑劑可通過濺射、電泳 沉

5、積、等離子噴鍍、離子鍍、電鍍、粘結(jié)劑粘結(jié)、化學(xué)生成、擠壓、浸漬、滾涂等方法來成膜。市面 上已出現(xiàn)了無潤滑軸承及采用納料技術(shù)的固體潤滑劑。3制成復(fù)合或組合材料使用：所謂復(fù)合組合材料，是指由兩種或兩種以上的材料組合或復(fù)合 起來使用的材料系統(tǒng)。這些材料的物理、化學(xué)性質(zhì)以及形狀都是不同的，而且是互不可溶的。組合或 復(fù)合的最終目的是要獲得一種性能更優(yōu)越的新材料，一般都稱為復(fù)合材料。4作為固體潤滑粉末使用：將固體潤滑粉末如MOS 2以適量添加到潤滑油或潤滑脂中，可提高潤滑油脂的承載能力及改善邊界潤滑狀態(tài)等，如MOS 2油劑、M o S 2油膏、M o S 2潤滑脂及M 0S 2 水劑等。4、幾種常用固體潤

6、滑劑的潤滑作用及性能1) 膠體石墨粉：石墨在摩擦狀態(tài)下，能沿著晶體層間滑移，并沿著摩擦方向定向。石墨與鋼、鉻 和橡膠等的外表有良好的粘附能力，因此，在一般條件下，石墨是一種優(yōu)良的潤滑劑。但是，當(dāng)吸附 膜解吸后， 石墨的摩擦磨損性能會(huì)變壞。 所以，一般傾向于在氧化的鋼或銅的外表上以石墨作潤滑劑。2) 氟化石墨：與石墨或二硫化鉬相比，它的耐磨性好，這是由于氟碳鍵的結(jié)合能較強(qiáng)所致。層與 層之間的距離比石墨大得多，因此更容易在層間發(fā)生剪切。由于氟的引入，使它在高溫、高速、高負(fù) 荷條件下的性能優(yōu)于石墨或二硫化鉬，改善了石墨在沒有水氣條件下的潤滑性能。3) 二硫化鎢粉劑：不溶于水、油、醇、脂及其他有機(jī)溶劑

7、，除氧化性很強(qiáng)的硝酸、氫氟酸、硝酸與鹽酸的混合酸以外，對一般的酸、堿溶液也不溶。在大氣中分解溫度為510C, 593C氧化迅速，在425 C以下可以常期潤滑，4) 二硫化鉬齒輪潤滑油膏 : 由極壓抗磨的二硫化鉬粉劑再調(diào)制高粘度礦油的油膏中，并添加增粘劑制成。具有很強(qiáng)的抗水性、粘著性、抗極壓性(PB值為1200N),抗磨減摩性，以良好的潤滑性、機(jī)械安定性和膠體安定性。適合中、輕型齒輪設(shè)備、各類型的推土機(jī)、通井機(jī)的齒輪及開式齒輪。使用前，先將齒輪洗干凈， 然后在齒面上涂上一層油膏。不要過厚。但要均勻無空白。5) 聚四氟乙烯：聚四氟乙烯有很好的化學(xué)安定性和熱穩(wěn)定性。在高溫下與濃酸、濃堿、強(qiáng)氧化劑 均

8、不發(fā)生反響，即使在王水中煮沸，其重量及性能都沒有變化。而且它在很寬的溫度范圍和幾乎所有的環(huán)境氣氛下，都能保持良好化學(xué)安定性、熱穩(wěn)定性以及潤滑性。聚四氟乙烯具有各向異性的特性，在滑動(dòng)摩擦條件下，也能發(fā)生良好的定向。它的摩擦系數(shù)比石墨、M OS 2都低。一般聚四氟乙烯對鋼的摩擦系數(shù)常引用為0.04在高負(fù)荷條件下，摩擦系數(shù)會(huì)降低到 0.06.6) 尼龍：尼龍的摩擦系數(shù)隨負(fù)荷的增加而降低，在高負(fù)荷條件下，摩擦系數(shù)可以降至0.10.15左右；在摩擦外表存在有油或水時(shí)，摩擦系數(shù)有更大的下降趨勢。尼龍的摩擦系數(shù)還隨著速度的增加 或外表溫度的升高而下降。尼龍的耐磨損性好，特別是在有大量塵土、泥砂的環(huán)境中，它所

9、表現(xiàn)出來的耐磨損性是其他塑料 無法與之相比的。在摩擦外表上有泥砂、塵土或其他硬質(zhì)類材料存在時(shí)，尼龍的耐磨性比軸承鋼、鑄 鐵甚至比經(jīng)淬火外表鍍銘的碳鋼還要好。在應(yīng)用尼龍材料時(shí)，要特別注意選擇與其相互對摩的材料。在摩擦界面有硬質(zhì)微粒存在時(shí)，尼龍 的耐磨損性是一般鋼材不能與之相比的。如用尼龍軸瓦代替表銅軸瓦時(shí)，被磨損的是軸，軸是不易更 換零件，它被磨損后會(huì)帶來嚴(yán)重后果。尼龍的缺點(diǎn)是：吸潮性強(qiáng)、吸水性大、尺寸穩(wěn)定性差，這在鑄型尼龍表現(xiàn)得更為突出。尼龍的熱傳導(dǎo)系數(shù)小，熱膨脹系數(shù)大，加之摩擦系數(shù)也不算低，因此最好用于有油至少是少油潤滑和有特殊 冷卻裝置的條件下。7) 聚甲醛：聚甲醛是一種不透明乳白色的結(jié)晶

10、性線型聚合物，具有良好的綜合性和差色性的高熔 點(diǎn)、高結(jié)晶性的熱塑性工程塑料， 是塑料中力學(xué)性能與金屬較為接近的品種之一， 它的尺寸穩(wěn)定性好， 耐水、耐沖擊、耐油、耐化學(xué)藥品及耐磨性等都非常優(yōu)良。它的摩擦系數(shù)和磨耗量較低，適用于長期 經(jīng)受摩擦滑動(dòng)的部件，如機(jī)床導(dǎo)軌。在運(yùn)動(dòng)部件中使用時(shí)不需使用潤滑劑，具有優(yōu)良的自潤滑作用。8) 聚酰亞胺：均苯型聚酰亞胺的長期使用溫度為260 C,具有優(yōu)良的耐摩擦、耐磨損性能和尺寸穩(wěn)定性。它具有優(yōu)良的耐油和耐有機(jī)溶劑性，能耐一般的酸，但在濃硫酸和發(fā)煙硝酸等強(qiáng)氧化劑作用 下會(huì)發(fā)生氧化降解，在高溫下仍具有優(yōu)良的介電性能。但它不耐堿，本錢也較高。它在惰性介質(zhì)中， 在高負(fù)荷

11、和高速下的磨損量極小。9) 聚對羥基苯甲酸酯： 聚對羥基苯甲酸酯是全芳香族的聚酯樹脂。 分子結(jié)構(gòu)是直鏈狀的線性分子，但結(jié)晶度很高(大于 90) ，使它難以熔融流動(dòng)，因而具有熱固性樹脂的成型特性。它與金屬的性能 接近， 是目前塑料中熱導(dǎo)率和空氣中的熱穩(wěn)定性最高的品種，在高溫下還呈現(xiàn)與金屬相似的非粘性流 動(dòng)。它是一種摩擦系數(shù)極低的自潤滑材料，摩擦系數(shù)可到達(dá) 0.005 ，甚至比用潤滑油、脂潤滑時(shí)的還 低。它可作為耐腐蝕泵、超音速飛機(jī)外殼鈦合金的涂層材料。但其熱塑成型較為因難，需用高速高能 鍛造成直接經(jīng)濟(jì)損失成型，或是采用等離子噴涂及一般金屬加工方法加工。10) 軟金屬：金、銀、錫、鉛、鎂、銦等軟金

12、屬可作為固體潤滑劑使用。軟金屬可以單獨(dú)或是和 其他潤滑劑一起使用。其應(yīng)用方法有二種，一是以薄膜的形式應(yīng)用，既將鉛、鋅、錫等低熔點(diǎn)軟金屬、合金作為干膜那 樣使用，銅和青銅等雖然并非低熔點(diǎn)，有時(shí)也可這樣使用。另一種使用方法是將軟金屬添加到合金或粉末合金中作為潤滑成分以利用其潤滑效果，如一般的 白色合金(軸承合金) 、油膜軸承合金( Kelmet )等就含有鉛、銻、鋅、錫、銦等軟金屬，又如燒結(jié) 合金摩擦材料與電刷材料集流環(huán)和觸點(diǎn)等也可使用含軟金屬如銀、金等成分。軟金屬的摩擦系數(shù)較大，但與潤滑油并用時(shí)，可降低其摩擦系數(shù)及磨損，膜厚對軟金屬的潤滑影響較大，如煙膜厚度小于0.1 m時(shí)，那么潤滑膜易于破環(huán)，

13、厚于0.01mm時(shí)那么摩擦系數(shù)增大，故應(yīng)有適當(dāng)?shù)暮穸取?、二硫化鉬粉劑： 、二硫化鉬的理化性質(zhì) ；二硫化鉬(MoS2是由鉬礦化學(xué)加工制得的一種主要的鉬化合物。黑色粉末，有金屬光澤，屬六方晶系，有類似石墨的滑膩感。熔點(diǎn)高達(dá)1185C，密度4.80克/厘米3(14 C),莫氏硬度1.01.5。1370C開始分解，1600 C分解為金屬鉬和硫。在空氣中加熱至450C開始升華。摩擦系數(shù)較低(0.050.09 ),并且高溫下仍保持低摩擦系數(shù)。有反磁性，化學(xué)穩(wěn)定性和 熱穩(wěn)定性能好。不溶于水，不易受酸、堿的侵蝕。二硫化鉬是輝鉬礦的主要含鉬組分，工業(yè)上采用輝鉬礦提純法和合成法來制取。提純法：用鹽酸和氫氟酸加熱

14、處理輝鉬礦 ，除去對潤滑不利的硅、 鐵等雜質(zhì)，再用熱水洗滌，在110 C下枯燥得二硫 化鉬產(chǎn)品，純度約 98。此法需使用毒性大的氫氟酸，但收率高、流程短、經(jīng)濟(jì)效果好。 合成法： 將鉬酸銨溶液送入硫化器，用硫化氫硫化，生成硫代鉬酸銨，用鹽酸酸化成三硫化鉬，再進(jìn)行熱分解 得到二硫化鉬，其反響如下：(NH4)2MoO4+4H2S-t (NH4)2MoS4+4H2O (NH4)2MoS4+2HC> MoS3+2NH4CI+H2S MoS3> MoS2+S此法所得產(chǎn)品純度可達(dá) 99，但流程長、收率低。 、二硫化鉬的用途：它也被被譽(yù)為“高級固體潤滑油王。二硫化鉬是由天然鉬精礦粉經(jīng)化學(xué)提純后改變

15、分子結(jié)構(gòu)而制成的固體粉劑。黑色稍帶銀灰色，有金屬光澤，觸之有滑膩感，溶于水。產(chǎn) 品具有分散性好，不粘結(jié)的優(yōu)點(diǎn)，可添加在各種油脂里，形成絕不粘結(jié)的膠體狀態(tài)，能增加油脂的潤 滑性和極壓性。也適用于高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷的機(jī)械工作狀態(tài)，延長設(shè)備壽命。二硫化鉬用于 摩擦材料主要功能是低溫時(shí)減摩，高溫時(shí)增摩，燒失量小，在摩擦材料中易揮發(fā)；主要用于制潤滑脂、固體潤滑膜添加劑、尼龍等填充劑、催化劑。 、二硫化鉬的特性；減摩 :由超音速氣流粉碎加工而成的二硫化鉬粒度到達(dá) 325-2500 目，微顆粒硬度 1-1.5 ，摩擦系 數(shù) 0.05-0.1 ，所以它用于摩擦材料中可起到減摩作用；增摩 : 二硫化鉬不導(dǎo)

16、電，存在二硫化鉬、三硫化鉬和三氧化鉬的共聚物。當(dāng)摩擦材料因摩擦而溫 度急劇升高時(shí)，共聚物中的三氧化鉬顆粒隨著升溫而膨脹，起到了增摩作用；防氧化: 二硫化鉬是經(jīng)過化學(xué)提純綜合反響而得，其PH值為7-8，略顯堿性。它覆蓋在摩擦材料的外表，能保護(hù)其他材料，防止它們被氧化，尤其是使其他材料不易脫落，貼附力增強(qiáng)；細(xì)度:325目-2500目;SIO2:0; PH值:7-8;密度 ； 硬度:1-1.5； 燒失量 :18-22%； 摩擦系數(shù) :0.05-0.09 。 、二硫化鉬的潤滑性能：二硫化鉬良好的潤滑性能是由其晶體結(jié)構(gòu)決定的。因?yàn)槊總€(gè)分子層的 硫原子與鉬原子之間的結(jié)合力很強(qiáng)， 而分子之間的硫原子與鉬原子

17、之間的結(jié)合力很弱， 因而產(chǎn)生了一 個(gè)低剪切力的平面，當(dāng)分子之間受到很小的剪切力時(shí)沿分子層很容易斷裂，而形成滑移面。例如，在 厚度為0.5卩m的二硫化鉬外表膜中有 800個(gè)分子層和799個(gè)滑移面。這些眾多的滑移面使原來相對 滑移的兩金屬外表的直接接觸轉(zhuǎn)化為二硫化鉬分子層的相對滑移， 從而降低了摩擦因數(shù)， 減少了磨損。二硫化鉬涂在螺栓、螺母上的作用：1裝配順暢。這是螺紋裝配的最低要求。有的螺栓在擰緊時(shí)非常吃力，如果加點(diǎn)潤滑劑使摩擦 變小，擰起來自然就省力多了。2應(yīng)力均布。在精密裝配當(dāng)中，希望各個(gè)螺栓的預(yù)緊力一致，通常采取力矩扳手來測量。因?yàn)?每個(gè)螺栓的摩擦力各不相同，同樣的力矩，每個(gè)螺栓的拉伸長度和夾緊力肯定也不相