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      什么是固体润滑剂?

      2009-03-07  

    固体润滑是指利用固体粉末,薄膜或整体材料来减少作相对运动两表面的摩擦与磨损并保护表面免于损伤的作用。按照经济合作与发展组织(OECD)制定的摩擦学名词术语,固体润滑的定义是:能保护相对运动表面免于损伤并减少其摩擦与磨损而使用的任何固体粉末或薄膜。在固体润滑过程中,固体润滑剂和周围介质要与摩擦表面发生物理,化学反应生成固体润滑膜,降低摩擦磨损。
    固体润滑剂概念应用较晚,1829年伦尼(Rennie)进行了石墨和猪油复合材料的摩擦试验。二硫化钼是在20世纪30年代第一次用作润滑剂,目前固体润滑剂已在许多机械产品中应用,可在许多特殊,严酷工况条件下如高温,高负荷,超低温,超高真空,强氧化或还原气氛,强辐射等环境条件下有效地润滑,简化润滑维修,为航天,航空与原子能工业发展所必不可少的技术。

    对固体润滑剂的基本性能有以下要求:
    (1).能与摩擦表面牢固地附着,有保护表面功能。
    (2).具有较低的抗剪强度。
    (3).稳定性好,包括物理热稳定,化学热稳定,时效稳定和不产生腐蚀及其他有害的作用。
    (4).要求固体润滑剂有较高的承载能力。
    由于固体润滑剂不能像润滑油那样可以把摩擦界面上的摩擦热导出一部分,而且在使用过程中很难补充,因此在选用时应根据固体润滑剂的特点,考虑采取相应的补救措施。

    目前还没有统一的固体润滑剂分类标准,综合不同学者和研究机构提出的方法,固体润滑剂一般可分为以下几类:
    (1).层状晶体结构固体润滑剂 易于劈开的化合物或具有减摩作用的单体物质。按结合形式,结晶体系和成分可分为:硫化物,硒化物,碲化物,氟化物,卤化物,单质(石墨等),氮化物,氧化物,有机物等。


    (2).非层状无机物 可分为:硫化物,碲化物,氟化物,陶瓷和超硬合金。
    (3).软金属薄膜 如Au,Ag,In,C,Cd,Pb,Sn及其合金。
    (4).高分子材料 如聚四氟乙烯,聚缩醛,尼龙,聚酰胺,聚酰亚,,环氧树脂,酚醛树脂,硅树脂等。
    (5).化学生成膜 如磷酸盐膜。
    (6).化学合成膜 如在镀钼的金属表面通以硫蒸气,生成MoS2膜等。

    固体润滑剂的使用方法有以下几种:
    (1).作成整体零部件使用 某些工程塑料如聚四氟乙烯,聚甲醛,聚缩醛,聚酰胺,聚碳酸脂,聚砜,聚酰亚胺,氯化聚醚,聚苯硫醚和聚对苯二甲酸酯等的摩擦系数较低,成形加工性和化学稳定性好,电绝缘性优良,抗冲击能力强,可以制成整体零部件,若采用玻璃纤维,石墨纤维,金属纤维,硼纤维等对这些塑料增强,综合性能更好,使用得较多的有齿轮,轴承,导轨,凸轮,滚动轴承保持架等。石墨电刷,电接点,宝石轴承,刀刃支承等则是使用一定特性的材料直接制成零部件来使用的例子。 (2).作成各种覆盖膜来使用 通过不同方法将固体润滑剂覆盖在运动副摩擦表面上,使之成为具有一定自润滑性能的干膜,这是较常用的方法之一。成膜的方法很多,各种固体润滑剂可通过溅射,电泳沉积,等离子喷镀,离子镀,电镀,化学生成,浸渍,粘结剂粘结,挤压,滚涂等方法来成膜。
    (3).制成复合或组合材料来使用 所谓复合(组合)材料,是指由两种或两种以上的材料组合或复合起来使用的材料系统。这些材料的物理,化学性质以及形状都是不同的,而且是互不可溶的。组合或复合的最终目的是要获得一种性能更优越的新材料,一般都称为复合材料。目前用得最广的有称为“金属塑料”的复合材料(国外牌号有DU材料)以及表面带自润滑层的聚缩醛DX材料。


    DU的轴承材料,它是在软钢板上镀一层30~50m的青铜,再烧结一层多孔青铜球粒,浸渍或滚涂 PTFE(聚四氟乙烯)填充孔隙,再经过烧结,扎制,整形而制成的金属塑料轴承。既保持了PTFE低摩擦系数的特点,又具有足够的机械强度,高的承载能力,散热性好,耐磨。广泛用于飞机和宇宙飞船上的高温,重载滑轴承中。
    (4).作为固体润滑粉末来使用 将固体润滑粉末(如MoS2)以适量添加到润滑油或润滑脂中,可提高润滑油脂的承载能力及改善边界润滑状态等,这也是较常用的使用方法,如MoS2油剂,MoS2油膏,MoS2润滑脂及MoS2水剂等。以粒度小于0.5m的固体润滑剂加到发动机润滑油中,这些小颗粒能通过滤器进到摩擦面,当摩擦面因某种原因暂时缺油时,固体润滑剂的小颗粒起润滑作用,起到短时间应急的作用。使用固体润滑剂,一定要了解固体润滑剂的特性,根据工作条件合理使用,才能达到预期的效果。

    常用的几种固体润滑剂如下:
    (1).石墨;
    (2).二硫化钼( MoS2);
    (3).聚四氟乙烯(PTFE);
    (4).尼龙。

    如果使用油润滑和脂润滑达不到滚动轴承所要求的润滑条件,或无法满足特定的工作条件时,则可以使用固体润滑剂或设法提高滚动轴承自身的润滑性能。
    固体润滑剂润滑是利用固体润滑剂粉末和涂层,或用低摩擦系数的抗磨材料来代替润滑油和润滑脂,隔离相互接触的摩擦面,以达到减少金属间的摩擦和减缓磨损的目的,从而满足在特殊工作条件下滚动轴承的润滑要求。
    (1)使用固体粉末润滑剂润滑
    使用固体粉末润滑剂润滑可以避免油和脂润滑时的污染及泄漏现象,取消供油和供脂的辅助设施,降低维修费用和节省投资。因此,固体粉末润滑剂较适合在中、高温和特殊条件下(如真空、腐蚀等)工作的滚动轴承中使用。但是,目前固体粉末润滑剂本身还存在着摩擦系数不够低,无冷却作用及使用寿命短的缺点。


    滚动轴承使用固体粉末润滑剂时,必须注意以下两个问题:
    1、 固体润滑剂的导入性。由于固体润滑剂不能流动,导入性很差,故必须借助于油、脂、水或空气,使之进入滚动轴承工作表面。在导入性问题没有很好解决以前,不要盲目地应用固体粉末润滑剂。
    2、固体润滑剂的压实性。由于固体润滑剂在压力作用下会被压成片,并聚集成堆,而不能自动排出,这时即不能起到良好的润滑作用,又会影响滚动轴承的内部游隙,所以,为了使固体粉末润滑剂能较好地附着在轴承零件下,应对润滑表面进行磷化等处理,或将固体粉末润滑剂制成胶体状。
    (2)使用自润滑复合材料润滑
    使用自润滑复合材料润滑是根据固体润滑剂的物理及化学吸附特性,在轴承工作表面涂上固体润滑剂。最普遍使用的是以聚四氟乙烯为基体的塑性自润滑材料涂层。

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