第四章固體潤(rùn)滑材料

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第四章:固體潤(rùn)滑

二、固體潤(rùn)滑資料

固體潤(rùn)滑劑的作用是以固體潤(rùn)滑物質(zhì)（如固體粉末、薄膜及固體復(fù)合資料等）來減少作相對(duì)運(yùn)動(dòng)

兩表面的摩擦與磨損，并保護(hù)該表面，在固體潤(rùn)滑過程中，固體潤(rùn)滑劑和四周介質(zhì)要與摩擦表面發(fā)生

物理、化學(xué)反響生成固體潤(rùn)滑膜，降低磨擦磨損。固體潤(rùn)滑劑的資料有無機(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（Pb\Sn\Zn）以及金屬化合物，此中

以石墨和二硫化鉬應(yīng)用最廣。

固體潤(rùn)滑劑的合用范圍比較廣，從1000℃以上的白熱高溫到液體氫的深冷低溫，不論在嚴(yán)重腐化

氣體環(huán)境中工作的化工機(jī)械，仍是遇到強(qiáng)輻射的宇宙機(jī)械，都能有效地進(jìn)行潤(rùn)滑。

1、常有固體潤(rùn)滑劑的種類：

①粉狀潤(rùn)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。②膏狀潤(rùn)滑劑：有二硫化鉬重型機(jī)床油膏、二硫化鉬齒輪油潤(rùn)滑油膏、二硫化鉬高溫齒輪油膏、

特種二硫化鉬油膏、齒輪潤(rùn)滑用GM-1型成油膜膏。

2、固體潤(rùn)劑的基天性能

與摩擦表面能堅(jiān)固地附著，有保護(hù)表面功能固體潤(rùn)滑劑應(yīng)擁有優(yōu)秀的成膜能力，能與摩擦表面形

成堅(jiān)固的化學(xué)吸附膜或物理吸附膜，在表面附著，防備相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面之間產(chǎn)生嚴(yán)重的熔焊或金屬的互相轉(zhuǎn)移。

抗剪強(qiáng)度較低固體潤(rùn)滑劑擁有較低的抗剪強(qiáng)度，這樣才能使摩擦副的摩擦系數(shù)小，功率消耗低，溫度上漲小。并且其抗剪強(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)固性好，包含物理熱穩(wěn)固，化學(xué)熱穩(wěn)固和時(shí)效穩(wěn)固，不產(chǎn)生腐化及其余有害的作用。①、物理熱穩(wěn)固是指在沒有活性物質(zhì)參加下，溫度改變不會(huì)惹起相變或晶格的各樣變化，所以不

致于惹起抗剪強(qiáng)度的變化，致使固體的摩擦性能改變。

②、化學(xué)熱穩(wěn)固是指在各樣活性介質(zhì)中溫度的變化不會(huì)惹起激烈的化學(xué)反響。要求固體潤(rùn)滑劑物理和化學(xué)熱穩(wěn)固，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)固是指要求固體潤(rùn)滑劑長(zhǎng)久擱置不變質(zhì)，以便長(zhǎng)久使用。別的還要求它對(duì)軸承和相關(guān)零件無腐化性、對(duì)人畜無迫害，不污染環(huán)境等。

要求固體潤(rùn)滑劑有較高的承載能力：因?yàn)楣腆w潤(rùn)滑劑常常應(yīng)用于嚴(yán)酷工況與環(huán)境條件如低速高負(fù)荷下使用，所以要求它擁有較高的承載能力，又要簡(jiǎn)單剪切。

3、固體潤(rùn)滑劑的使用方法

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(duì)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)固性好，電絕緣性優(yōu)秀，抗沖擊能力強(qiáng)，能夠制成整體零零件，若采納環(huán)璃纖維、金屬纖維、石墨纖維、硼纖

維等對(duì)這些塑料加強(qiáng)，綜合性能更好，使用得許多的有齒輪、軸承、導(dǎo)軌、凸輪、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承保持架等。

作成各樣覆蓋膜來使用：經(jīng)過物理方法將固體潤(rùn)滑劑施加到摩擦界面或表面，使之成為擁有必定自潤(rùn)滑性能的干膜，這是較常用的方法之一。成膜的方法好多，各樣固體潤(rùn)滑劑可經(jīng)過濺射、電泳

堆積、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。市道上已出現(xiàn)了無潤(rùn)滑軸承及采納納料技術(shù)的固體潤(rùn)滑劑。

制成復(fù)合或組合資料使用：所謂復(fù)合（組合）資料，是指由兩種或兩種以上的資料組合或復(fù)合

起來使用的資料系統(tǒng)。這些資料的物理、化學(xué)性質(zhì)以及形狀都是不一樣的，并且是互不行溶的。組合或復(fù)合的最后目的是要獲取一種性能更優(yōu)勝的新資料，一般都稱為復(fù)合資料。

作為固體潤(rùn)滑粉末使用：將固體潤(rùn)滑粉末（如ＭoＳ2）以適當(dāng)增添到潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂中，可提高潤(rùn)滑油脂的承載能力及改良界限潤(rùn)滑狀態(tài)等，如ＭoＳ2油劑、ＭoＳ2油膏、ＭoＳ2潤(rùn)滑脂及Ｍ

Ｓ2水劑等。

o4、幾種常用固體潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑作用及性能

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、鉻和橡膠等的表面有優(yōu)秀的粘附能力，所以，在一般條件下，石墨是一種優(yōu)秀的潤(rùn)滑劑。可是，當(dāng)吸附

膜解吸后，石墨的摩擦磨損性能會(huì)變壞。所以，一般偏向于在氧化的鋼或銅的表面上以石墨作潤(rùn)滑劑。

氟化石墨：與石墨或二硫化鉬對(duì)比，它的耐磨性好，這是因?yàn)榉兼I的聯(lián)合能較強(qiáng)所致。層與層之間的距離比石墨大得多，所以更簡(jiǎn)單在層間發(fā)生剪切。因?yàn)榉囊耄顾诟邷?、高速、高?fù)荷條件下的性能優(yōu)于石墨或二硫化鉬，改良了石墨在沒有水氣條件下的潤(rùn)滑性能。

二硫化鎢粉劑：不溶于水、油、醇、脂及其余有機(jī)溶劑，除氧化性很強(qiáng)的硝酸、氫氟酸、硝

酸與鹽酸的混淆酸之外，對(duì)一般的酸、堿溶液也不溶。在大氣中分解溫度為510℃，593℃氧化快速，在425℃以下能夠常期潤(rùn)滑，

二硫化鉬齒輪潤(rùn)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，并增添增粘

劑制成。擁有很強(qiáng)的抗水性、粘著性、抗極壓性（PB值為1200N），抗磨減摩性，以優(yōu)秀的潤(rùn)滑性、

機(jī)械平定性和膠體平定性。

合適中、輕型齒輪設(shè)施、各種類的推土機(jī)、通井機(jī)的齒輪及開式齒輪。使用前，先將齒輪洗潔凈，而后在齒面上涂上一層油膏。不要過厚。但要平均無空白。

聚四氟乙烯：聚四氟乙烯有很好的化學(xué)平定性和熱穩(wěn)固性。在高溫下與濃酸、濃堿、強(qiáng)氧化劑均不發(fā)生反響，即便在王水中煮沸，其重量及性能都沒有變化。

并且它在很寬的溫度范圍和幾乎全部的環(huán)境氛圍下，都能保持優(yōu)秀化學(xué)平定性、熱穩(wěn)固性以及潤(rùn)滑性。

聚四氟乙烯擁有各向異性的特征，在滑動(dòng)摩擦條件下，也能發(fā)生優(yōu)秀的定向。它的摩擦系數(shù)比石

墨、ＭoＳ2都低。一般聚四氟乙烯對(duì)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.

對(duì)賦銫鯤歿晉攪惡豈謂組標(biāo)輊紙紉。6)尼龍：尼龍的摩擦系數(shù)隨負(fù)荷的增添而降低，在高負(fù)荷條件下，摩擦系數(shù)能夠降至0.1～0.15左右；在摩擦表面存在有油或水時(shí)，摩擦系數(shù)有更大的降落趨向。尼龍的摩擦系數(shù)還跟著速度的增添或表面溫度的高升而降落。

尼龍的耐磨損性好，特別是在有大批灰塵、泥砂的環(huán)境中，它所表現(xiàn)出來的耐磨損性是其余塑料沒法與之對(duì)比的。在摩擦表面上有泥砂、灰塵或其余硬質(zhì)類資料存在時(shí)，尼龍的耐磨性比軸承鋼、鑄鐵甚至比經(jīng)淬火表面鍍銘的碳鋼還要好。

在應(yīng)用尼龍資料時(shí)，要特別注意選擇與其互相對(duì)摩的資料。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可以與之對(duì)比的。如用尼龍軸瓦取代表銅軸瓦時(shí)，被磨損的是軸，軸是不易改換零件，它被磨損后會(huì)帶來嚴(yán)重結(jié)果。

尼龍的弊端是：吸潮性強(qiáng)、吸水性大、尺寸穩(wěn)固性差，這在鑄型尼龍表現(xiàn)得更加突出。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，所以最好用于有油起碼是少油潤(rùn)滑和有特別

冷卻裝置的條件下。

聚甲醛：聚甲醛是一種不透明乳白色的結(jié)晶性線型聚合物，擁有優(yōu)秀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，是塑猜中力學(xué)性能與金屬較為靠近的品種之一，它的尺寸穩(wěn)固性好，耐水、耐沖擊、耐油、耐化學(xué)藥品及耐磨性等都特別優(yōu)秀。它的摩擦系數(shù)和磨耗量較低，合用于長(zhǎng)久

經(jīng)受摩擦滑動(dòng)的零件，如機(jī)床導(dǎo)軌。在運(yùn)動(dòng)零件中使用時(shí)不需使用潤(rùn)滑劑，擁有優(yōu)秀的自潤(rùn)滑作用。

8)聚酰亞胺：均苯型聚酰亞胺的長(zhǎng)久使用溫度為260℃，擁有優(yōu)秀的耐摩擦、耐磨損性能和尺寸

穩(wěn)固性。它擁有優(yōu)秀的耐油和耐有機(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，在高溫下仍擁有優(yōu)秀的介電性能。但它不耐堿，成本也較高。它在惰性介質(zhì)中，在高負(fù)荷和高速下的磨損量極小。

聚對(duì)羥基苯甲酸酯：聚對(duì)羥基苯甲酸酯是全芬芳族的聚酯樹脂。分子構(gòu)造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)，因此擁有熱固性樹脂的成型特征。它與金屬的性能

靠近，是當(dāng)前塑猜中熱導(dǎo)率和空氣中的熱穩(wěn)固性最高的品種，在高溫下還體現(xiàn)與金屬相像的非粘性流檁稈瀾煉擴(kuò)鄶壞玨聽須齔顆戧樞籠。動(dòng)。它是一種摩擦系數(shù)極低的自潤(rùn)滑資料，摩擦系數(shù)可達(dá)到0.005，甚至比用潤(rùn)滑油、脂潤(rùn)滑時(shí)的還

低。它可作為耐腐化泵、超音速飛機(jī)外殼鈦合金的涂層資料。但其熱塑成型較為因難，需用高速高能鑄造成直接經(jīng)濟(jì)損失成型，或是采納等離子噴涂及一般金屬加工方法加工。

軟金屬：金、銀、錫、鉛、鎂、銦等軟金屬可作為固體潤(rùn)滑劑使用。軟金屬能夠獨(dú)自或是和其余潤(rùn)滑劑一同使用。

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，銅和青銅等固然并不是低熔點(diǎn)，有時(shí)也可這樣使用。

另一種使用方法是將軟金屬增添到合金或粉末合金中作為潤(rùn)滑成分以利用其潤(rùn)滑成效，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，又如燒聯(lián)合金摩擦資料與電刷資料集流環(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(rùn)滑油并用時(shí)，可降低其摩擦系數(shù)及磨損，膜厚對(duì)軟金屬的潤(rùn)滑影

響較大，如煙膜厚度小于0.1ｍ時(shí)，則潤(rùn)滑膜易于破環(huán)，厚于0.01mm時(shí)則摩擦系數(shù)增大，故應(yīng)有合適的厚度。

5、二硫化鉬粉劑：

①、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，有金屬光彩，屬六方晶系，有近似石墨的光滑感。熔點(diǎn)高達(dá)1185℃，密度4.80克／厘米3

（14℃），莫氏硬度1.0～1.5。1370℃開始分解，1600℃分解為金屬鉬和硫。在空氣中加熱至450℃

開始升華。摩擦系數(shù)較低（0.05～0.09）,并且高溫下仍保持低摩擦系數(shù)。有反磁性，化學(xué)穩(wěn)固性和

熱穩(wěn)固性能好。不溶于水，不易受酸、堿的侵害。

二硫化鉬是輝鉬礦的主要含鉬組分，工業(yè)上采納輝鉬礦提純法和合成法來制取。①提純法：用鹽

酸和氫氟酸加熱辦理輝鉬礦,除掉對(duì)潤(rùn)滑不利的硅、鐵等雜質(zhì),再用熱水清洗，在110℃下干燥得二硫

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)成效好。②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)行熱分解獲取二硫化鉬，其反響以下：

(NH4)2MoO4+4H2S─→(NH4)2MoS4+4H2O

(NH4)2MoS4+2HCl─→MoS3+2NH4Cl+H2S

MoS3─→MoS2+S

此法所得產(chǎn)品純度可達(dá)99％，但流程長(zhǎng)、收率低。

②、二硫化鉬的用途：它也被被譽(yù)為“高級(jí)固體潤(rùn)滑油王”。二硫化鉬是由天然鉬精礦粉經(jīng)化學(xué)提純后改變分子構(gòu)造而制成的固體粉劑。黑色稍帶銀灰色，有金屬光彩，觸之有光滑感，溶于水。產(chǎn)

品擁有分別性好，不粘結(jié)的長(zhǎng)處，可增添在各樣油脂里，形成絕不粘結(jié)的膠體狀態(tài)，能增添油脂的潤(rùn)滑性和極壓性。也合用于高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷的機(jī)械工作狀態(tài)，延伸設(shè)施壽命。二硫化鉬用于

摩擦資料主要功能是低溫時(shí)減摩，高溫時(shí)增摩，燒失量小，在摩擦資猜中易揮發(fā);主要用于制潤(rùn)滑脂、固體潤(rùn)滑膜增添劑、尼龍等填補(bǔ)劑、催化劑。團(tuán)凱嵐嚶邐獲寧鳧靜躍雙騎氌蹣痙。數(shù)

③、二硫化鉬的特征;

減摩:由超音速氣流粉碎加工而成的二硫化鉬粒度達(dá)到

0.05-0.1，所以它用于摩擦資猜中可起到減摩作用；鋰鈰冊(cè)駝錟搶縣窯蓮佇糝閆遠(yuǎn)閹癱。

325-2500

目，微顆粒硬度

1-1.5

，摩擦系

增摩:二硫化鉬不導(dǎo)電，存在二硫化鉬、三硫化鉬和三氧化鉬的共聚物。當(dāng)摩擦資料因摩擦而溫

度急劇高升時(shí)，共聚物中的三氧化鉬顆粒跟著升溫而膨脹，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。它覆蓋在摩擦資料的表面，能保護(hù)其余資料，

防備它們被氧化，特別是使其余資料不易零落，貼附力加強(qiáng)；細(xì)度:325目-2500目;SIO2:0;PH值:7-8;

密度:4.8-5.0g/cm3;硬度:1-1.5;燒失量:18-22%;摩擦系數(shù):0.05-0.09。燙牽鷸猶達(dá)厙諛顏竄詢薊稈鰉駱來。④、二硫化鉬的潤(rùn)滑性能：二硫化鉬優(yōu)秀的潤(rùn)滑性能是由其晶體構(gòu)造決定的。因?yàn)槊總€(gè)分子層的

硫原子與鉬原子之間的結(jié)協(xié)力很強(qiáng)，而分子之間的硫原子與鉬原子之間的結(jié)協(xié)力很弱，因此產(chǎn)生了一個(gè)低剪切力的平面，當(dāng)分子之間遇到很小的剪切力時(shí)沿分子層很簡(jiǎn)單斷裂，而形成滑移面。比如，在鸝彈頓賒鈿縱鉀驍慣擷鷂儉頎賓謔。厚度為0.5μm的二硫化鉬表面膜中有800個(gè)分子層和799個(gè)滑移面。這些眾多的滑移面使本來相對(duì)

滑移的兩金屬表面的直接接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槎蚧f分子層的相對(duì)滑移，進(jìn)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）裝置順暢。這是螺紋裝置的最低要求。有的螺栓在擰緊時(shí)特別費(fèi)勁，假如加點(diǎn)潤(rùn)滑劑使摩擦

變小，擰起來自然就省力多了。

2）應(yīng)力均布。在精細(xì)裝置中間，希望各個(gè)螺栓的預(yù)緊力一致，往常采納力矩扳手來丈量。因?yàn)?/p>

每個(gè)螺栓的摩擦力各不相同，相同的力矩，每個(gè)螺栓的拉伸長(zhǎng)度和夾緊力必定也不相同，過大則可能使