第10章 潤(rùn)滑材料

第10章潤(rùn)滑材料概述潤(rùn)滑油及其性能潤(rùn)滑油添加劑潤(rùn)滑脂合成潤(rùn)滑油水基潤(rùn)滑液固體潤(rùn)滑劑環(huán)境友好的潤(rùn)滑劑概述潤(rùn)滑材料：在摩擦副間加進(jìn)能夠降低摩擦和磨損的物質(zhì)。分類(lèi)潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂、固體潤(rùn)滑劑、氣體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑油占全部潤(rùn)滑材料的97%。潤(rùn)滑油作用潤(rùn)滑冷卻和清洗密封防腐潤(rùn)滑油及其性能潤(rùn)滑油的生產(chǎn)過(guò)程潤(rùn)滑油是石油經(jīng)減壓蒸餾所得的餾分油或殘?jiān)停?jīng)過(guò)各種精制而成的基礎(chǔ)油，再經(jīng)調(diào)合，加入適量的添加劑而成。潤(rùn)滑基礎(chǔ)油的化學(xué)元素成份元素：C，H在95%~99%，少量的S、O、N

烴類(lèi)化合物：烷烴，環(huán)烷烴（C5環(huán)和C6環(huán)），芳烴，烯烴化學(xué)組成與性能的關(guān)系潤(rùn)滑油的性能指標(biāo)（2）油性：反映潤(rùn)滑油的吸附能力，在邊界潤(rùn)滑中油性起重要的作用。油膜強(qiáng)度(無(wú)卡咬負(fù)荷)PB:單位N極壓性：反映潤(rùn)滑油在高溫與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能力。用四球機(jī)的燒結(jié)負(fù)荷PD：?jiǎn)挝籒低溫流動(dòng)性（濁點(diǎn)和傾點(diǎn)）：低溫工作指標(biāo)。閃點(diǎn)：安全指標(biāo)，非危險(xiǎn)品的閃點(diǎn)>60℃抗氧化性：氧化是油品變質(zhì)的主要原因?？古菽裕号菽瓋A向性（FT）：產(chǎn)生泡沫的難易程度泡沫穩(wěn)定性（FS）：泡沫的壽命長(zhǎng)度。潤(rùn)滑油添加劑添加少量到油品中，能顯著改善油品的理化性能，提高油品質(zhì)量。添加劑的作用

減少發(fā)動(dòng)機(jī)部件上有害沉淀物的形成與聚集；中和油品氧化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)物質(zhì)，減少腐蝕；減少摩擦和磨損，延長(zhǎng)設(shè)備和部件的壽命；延緩油品氧化，延長(zhǎng)油品的使用壽命；改變油品的物理性能，粘度、凝固點(diǎn)和泡沫性能。我國(guó)目前添加劑有11大類(lèi)，120多個(gè)品種。按其功能主要以下幾類(lèi)清凈分散劑（T1），抗氧抗腐劑（T2，T5），粘度調(diào)節(jié)劑（T6），載荷添加劑（T3，T4），降凝劑T8其它功能添加劑：如抗靜電劑，抗乳化劑各類(lèi)添加劑消耗量：清凈分散劑50%以上，粘度調(diào)節(jié)劑10~20%;載荷添加劑主要作用是在金屬表面形成吸附膜和反應(yīng)膜，減少摩擦和磨損。分為兩大類(lèi)：油性劑（T4）和抗磨極壓劑（T3）油性劑（T4）：在邊界潤(rùn)滑下，形成吸附膜，加強(qiáng)油品的潤(rùn)滑作用。如動(dòng)植物油，脂肪酸、醇、酯、胺、鹽，有機(jī)磷酸酯，及有機(jī)聚合物。在壓力和溫度不高（不超過(guò)150℃）抗磨極壓劑在高溫高壓下，邊界膜被破壞失效。需要能生成化學(xué)膜的添加劑，以防擦傷和燒結(jié)。硫系：R-S-S-R’→R-S-Fe→FeS2此膜的熔點(diǎn)為1100℃℃以上，有極壓抗磨作用。主要產(chǎn)品有：硫化棉籽油磷系：生成磷化鐵或磷酸鐵酸膜，具有抗燒結(jié)性能，主要產(chǎn)品有磷酸三甲酚酯，亞磷酸二丁酯氯系：生成FeCl2、FeCl3膜，熔點(diǎn)較低，有腐蝕性，氯化石臘。金屬鹽極壓劑：主要有ZDDP，抗燒結(jié)性好，抗磨性差。清凈分散劑：占潤(rùn)滑添加劑的50%以上，主要用于內(nèi)燃機(jī)，用量2~10%。清凈劑：除去發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫下生成的沉淀物，保持發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部清潔，另有增溶和酸中和作用。常用的為有灰類(lèi)型：中性、高堿性石油磺酸鋇分散劑：對(duì)油泥、積炭等產(chǎn)生分散懸浮作用，常用為無(wú)灰類(lèi)型，如丁二酰亞胺。粘度調(diào)節(jié)劑：調(diào)節(jié)粘度指數(shù)，保持潤(rùn)滑油在低高溫下有較好的粘度，主要用于稠化機(jī)油。油溶性高分子聚合物，如聚聚甲基丙烯酸酯，聚異丁烯（PIB），乙烯丙烯共聚物（OCP）降凝劑：降低凝固點(diǎn)，改善油品的低溫流動(dòng)性。聚甲基丙烯酸酯，聚α烯烴抗氧抗腐劑：抑制油品的氧化，延長(zhǎng)油品的使用壽命。在低溫（100

℃）和金屬催化作用不太強(qiáng)的情況下，常用酚類(lèi)、胺類(lèi)抗氧劑，如T501在高溫環(huán)境，金屬催化強(qiáng)烈，需高抗氧防腐劑，在金屬表面形成保護(hù)膜，能防止金屬與酸直接接觸。防銹添加劑：防止金屬零件與空氣中水和氧接觸而生銹。主要為一些極性化合物，能形成致密的吸附膜。如有機(jī)酸及其鹽類(lèi)，有機(jī)酯，有機(jī)胺及雜環(huán)化合物如，苯并三氮唑（對(duì)銅）抗泡劑：抑制或減少泡沫的生成。常用有二甲基硅油，用量5~10ppm。抗泡劑的必備性能：不溶或難溶于油，與油有親和性，表面張力小。潤(rùn)滑油的分類(lèi)GB7631.1-87:《潤(rùn)滑劑和有關(guān)產(chǎn)品（L類(lèi)）的分類(lèi)——第一部分：總分組》，依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，將產(chǎn)品分為19組A全損耗系統(tǒng)G導(dǎo)軌R保護(hù)防腐B脫模H液壓系統(tǒng)T汽輪機(jī)C齒輪M金屬加工U熱處理D壓縮機(jī)N電器絕緣X潤(rùn)滑脂E內(nèi)燃機(jī)P風(fēng)動(dòng)工具Y其它F主軸、軸承Q熱傳導(dǎo)Z蒸汽氣缸S特殊潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑產(chǎn)品的類(lèi)號(hào)L+組別+品種+粘度

L-AN46粘度（40℃）輕負(fù)荷組別：全損系統(tǒng)用油類(lèi)別（潤(rùn)滑劑）46號(hào)全損系統(tǒng)輕負(fù)荷用油（46機(jī)械油）LHM32（32#抗磨液壓油）液壓油的選用一、基本性能合適的粘度和良好的粘溫性能良好的抗氧化和防腐蝕性能良好的抗乳化性和水解安定性良好的潤(rùn)滑性良好的抗泡沫性良好的抗剪切性良好的過(guò)濾性對(duì)密封件的溶漲性小二、主要品種介紹HL普通液壓油抗氧防銹型液壓油，以精制礦物油加多種添加劑調(diào)配而成。適用于一般機(jī)床的主軸箱、液壓箱和齒輪箱及中、低壓液壓系統(tǒng)（<2.5MPa為低壓，2.5-8.0MPa為中壓）。作為機(jī)械油的升級(jí)換代產(chǎn)品，機(jī)械油已被淘汰。HM抗磨液壓油

以?xún)?yōu)質(zhì)中性基礎(chǔ)油加入抗磨、抗氧、防銹、抗泡等多種添加劑調(diào)配而成，比HL更肯有抗磨性，適用于壓力大于10MPa的高壓系統(tǒng)?？鼓バ阅芡ㄟ^(guò)威克斯葉片泵試驗(yàn)和FZG齒輪試驗(yàn)。兩類(lèi)：含鋅型（有灰）無(wú)灰型三、液壓油的選用液壓系統(tǒng)和工況條件。油泵類(lèi)型：齒輪泵用HL、HM，而葉片泵和柱塞泵只能用HM。液壓元件：含銅銀材質(zhì)不能用含S液壓油，含Al元件不能選用pH>8.5的堿性液壓油。油泵使用的最低粘度：齒輪泵：8mm2/s葉片泵10mm2/s，柱塞泵8mm2/s.合成潤(rùn)滑油在高溫、低溫、高輻射、高真空等極端條件下，石油潤(rùn)滑劑不能適用，均采用合成油。類(lèi)型：合成烴類(lèi)油、合成雙（多）酯，合成醚及其它。合成油的特點(diǎn)：高低溫穩(wěn)定性好，VI高；低揮發(fā)性，抗輻射性好，化學(xué)安定性好，抗燃性好。不足：價(jià)格昂貴應(yīng)用：航天航空、車(chē)用機(jī)油，難燃液壓油，壓縮機(jī)油，抗輻射潤(rùn)滑潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂是潤(rùn)滑油稠化而成的具有可塑性的潤(rùn)滑材料，俗稱(chēng)“黃油”。優(yōu)點(diǎn)：耐壓性強(qiáng)好，有減震性能，不易流失（無(wú)需經(jīng)常添加），粘溫性能好，密封性能好，可減少磨損。缺點(diǎn)：無(wú)冷卻作用，更換不便組成：基礎(chǔ)油（石油、合成）+稠化劑+穩(wěn)定劑+其它添加劑潤(rùn)滑脂的組成基礎(chǔ)油：總量70~90%，決定潤(rùn)滑脂的性能。低速低負(fù)荷用儀表油和變壓器油，中速中溫中負(fù)荷用LAN30、LAN40，高溫高負(fù)用11號(hào)、24號(hào)汽缸油稠化劑：10~20%，金屬皂類(lèi)（鈉，鈣，鋰、鋁、鋇），非皂類(lèi)：烴基（石蠟、地蠟）用于凡士林，有機(jī)稠化劑（有機(jī)脲，有機(jī)氟）用于合成脂，無(wú)機(jī)稠化劑（膨潤(rùn)土、石墨）用于高溫脂穩(wěn)定劑：改善潤(rùn)滑脂的結(jié)構(gòu)，增加油皂的結(jié)合力。水、甘油和低分子有機(jī)酸鹽。潤(rùn)滑脂的主要理化性能滴點(diǎn)：潤(rùn)滑脂的耐熱性能。工作溫度比滴點(diǎn)低20~30℃。針入度：潤(rùn)滑脂的軟硬程度。針入度大，潤(rùn)滑脂軟，負(fù)荷大用針入度小的脂。分為1，2，3脂耐水性：脂耐水解和乳化的程度，以烴基和鋁基脂最佳，鈉基脂最差。膠體安定性：膠體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。腐蝕性：保護(hù)金屬免受腐蝕的能力，烴基脂比皂基脂好。常用的潤(rùn)滑脂鈣基脂：潤(rùn)滑性能好、耐水性、中滴點(diǎn)，價(jià)格低，產(chǎn)量高。適用于40~60℃，150r/min的機(jī)械。鈉基脂：潤(rùn)滑性能好，滴點(diǎn)高，耐熱性強(qiáng)，熔化后也不降低其潤(rùn)滑性。用于<120℃，但不耐水性。鈣鈉基脂：軸承脂，高滴點(diǎn)、耐水的減摩脂，良好泵送性能和機(jī)械安定性，用于90~120℃鋁基脂：極好的耐水性和防腐性，滴點(diǎn)低（75℃），船用脂。鋰基潤(rùn)滑脂幾乎兼?zhèn)淦渌砘膬?yōu)點(diǎn)，在多數(shù)場(chǎng)合下都可取代其它皂基脂，是國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用的新品種。

潤(rùn)滑脂的分類(lèi)問(wèn)題潤(rùn)滑脂品種復(fù)雜，牌號(hào)繁多，分類(lèi)工作十分重要。舊分類(lèi)GB501一65是按稠化劑組成分類(lèi)的,即分為皂基脂、烴基脂、無(wú)機(jī)脂與有機(jī)脂四類(lèi)。新分類(lèi)GB7631.8-90是按潤(rùn)滑脂應(yīng)用時(shí)的操作條件進(jìn)行分類(lèi)的。GB7631.8-90標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)資料已發(fā)到公共郵箱，請(qǐng)同學(xué)認(rèn)真學(xué)習(xí)。水基潤(rùn)滑液組成：主要為基礎(chǔ)油+乳化劑+添加劑+水，為液液多相分散體系?；A(chǔ)油和添加劑主要起潤(rùn)滑、防銹、防腐作用，水起冷卻作用，乳化劑降低油水界面張力，使油分散于水中。乳化劑分子結(jié)構(gòu)：極性親水基+非極性親油基乳化劑的類(lèi)型陰離子型：石油磺酸鈉，油酸鈉，油酸三乙醇胺非離子型：含有聚氧乙基（平平加，OP），多元醇（SPAN，TWEEN）陽(yáng)離子型：主要為季胺鹽類(lèi)水基潤(rùn)滑液（2）乳化液的類(lèi)型水包油（O/W），加入易溶于水的乳化劑油包水（W/O），加入易溶于油的乳化劑表面活劑劑親水—親油平衡值（HLB）HLB為1~3，消泡劑HLB為3~6，用于W/O的乳化劑HLB為8~18，用于O/W的乳化劑HLB為12~15，潤(rùn)濕劑影響乳化液穩(wěn)定的因素乳化劑的用量和種類(lèi)，乳化劑的復(fù)配可提高乳液的穩(wěn)定性。溫度：一般使用溫度為40~60℃乳液PH值：8~10，低易酸敗，高會(huì)腐蝕水的硬度：100~200ppm，過(guò)高使陰離子乳化劑失效。浮油和其它雜質(zhì)，使乳液內(nèi)部形成與氧的隔絕狀態(tài)，增加厭氧微生物的繁殖，加速乳液腐敗機(jī)械雜質(zhì)：磨屑會(huì)吸附大量的潤(rùn)滑劑，另外加速乳液的氧化。固體潤(rùn)滑材料在摩擦副表面間，能減少摩擦磨損的粉末狀或薄層狀的固體材料。常用固體潤(rùn)滑劑層狀結(jié)構(gòu)：各向異性，沿著結(jié)層面滑動(dòng)，而起潤(rùn)滑作用。石墨，二硫化鉬，云母，BN，WS軟金屬：鉛、鋁、錫、鋅，低剪切強(qiáng)度高分子聚合物：高密度聚乙烯，聚四氟乙烯。高溫變軟發(fā)生粘流的無(wú)機(jī)物：一些金屬硫化物、氯化物、磷酸鹽，玻璃粉。固體潤(rùn)滑劑的結(jié)構(gòu)圖(1)石墨的結(jié)構(gòu)氮化硼的結(jié)構(gòu)二硫化鉬的結(jié)構(gòu)圖(2)一氧化鉛的結(jié)構(gòu)(3)固體潤(rùn)滑劑的特征在液體中不溶解，但可分散直接作用是減少金屬滑動(dòng)面間的摩擦和接觸頻率。物理作用機(jī)理主是層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)容易剪切。低高溫均有效果石墨層狀結(jié)構(gòu)的六方晶系，層與層間可以滑動(dòng)。粘著性能好，且傳熱導(dǎo)電。在空氣中，325℃開(kāi)始氧化，540℃以上潤(rùn)滑性能惡化有微量水汽的氣氛中才有潤(rùn)滑作用，在水中有良好潤(rùn)滑性能，不能作真空潤(rùn)滑劑。化學(xué)性能穩(wěn)定，耐輻射。摩擦系數(shù)為0.05~0.19石墨的物理性質(zhì)石墨強(qiáng)度二硫化鉬黑灰色，層狀結(jié)構(gòu)的六方晶系，層與層間可以滑動(dòng)。與金屬表面的結(jié)合力很強(qiáng)，能形成一層牢固的膜。在空氣中，350℃開(kāi)始氧化，生成MoO3，成為有害的磨料。遇到水蒸汽時(shí)好潤(rùn)滑性能下降，對(duì)材料有腐蝕作用。一般條件下化學(xué)性能穩(wěn)定，不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，耐輻射。在真空有優(yōu)良的潤(rùn)滑性能，摩擦系數(shù)為0.06左右。MoS2的基本性能MoS2與氣氛固體潤(rùn)滑劑的應(yīng)用1潤(rùn)滑油：高溫潤(rùn)滑油如發(fā)動(dòng)機(jī)油、高溫鏈條油、齒輪油。發(fā)動(dòng)機(jī)油中添加石墨和MoS2，能減少摩擦和磨損，還能節(jié)省燃料，減少NOX排放。2潤(rùn)滑脂：添加多潤(rùn)滑性更好3金屬加工液：脫模劑，水基潤(rùn)滑劑(鋁鑄軋,鎢絲拉伸,鋼管拉撥)環(huán)境友好的潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑油對(duì)環(huán)境的影響歐共體年銷(xiāo)量的450萬(wàn)噸的13%，在美國(guó)廢潤(rùn)滑油的32%，德國(guó)每年有5000T鏈鋸油排入地球環(huán)境。瑞士在1992年禁止舷外二沖程上使用礦物油潤(rùn)滑劑，2000年歐洲規(guī)定用于摩托車(chē)、除草機(jī)、雪橇、鏈鋸以及二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)必須使用可生物降解的

定義：生物降解性能好，而且生態(tài)毒性及累積毒性小的潤(rùn)滑劑。德國(guó)“藍(lán)色天使”潤(rùn)滑液的標(biāo)準(zhǔn)生物降解能力大于70%（OECD301法）沒(méi)有水污染無(wú)氯低毒（半數(shù)致死量LD50）基礎(chǔ)油的生物降解性礦物油：生物降解性一般較差，環(huán)境毒性大。加氫精制的低粘度礦物油有較高生物降解性，高粘度的礦物油生物降解性差。合成油：多數(shù)合成酯的生物降解性較好，且毒性較小，為環(huán)境友好潤(rùn)滑劑，但價(jià)格較貴。聚乙二醇的生物降解性>70%，聚α-烯烴，高粘度的生物降解性差，低粘度的生物降解性較好。植物油：生物降解性好，粘度指數(shù)高，毒性小，但熱穩(wěn)定性不好，需