[科普中国]-润滑材料

飞行器中许多相对运动表面之间都必须润滑，以减少摩擦、磨损和粘滞。在飞行中，发动机润滑系统发生故障,主轴和齿轮可能在瞬间烧结、咬住乃至折断;电机没有良好的润滑会很快被烧坏；仪表无良好的润滑工作会不正常。润滑材料按物理状态和特性分为润滑油、润滑脂和固体润滑剂三类。

简介凡是能降低摩擦力的介质都可作为润滑材料，润滑材料亦称润滑剂。常用的润滑剂有液体、半固体和固体。

润滑剂类型液体润滑剂（润滑油）：石油系润滑油

非石油系润滑油(动植物油和合成润滑油)

半固体润滑剂（润滑脂）：皂基（石油系基础油和合成基础油）

非皂基（石油系基础油和合成基础油）

固体润滑剂：石墨、二硫化钼等。

其中，液体润滑剂（润滑油）是最常用的润滑剂。

润滑油主要用于发动机轴承、齿轮、汽缸、活塞、连杆等部位，工作时润滑油在密闭系统中循环流动，不仅保证摩擦部件处于良好润滑状态，还能将摩擦产生的热和产物从工作面带走。现代超音速飞机发动机润滑系统的工作温度可达200～300°C以上，因此润滑油必须具有良好的热氧化安定性。发动机摩擦面的工作负荷很高，如活塞式航空发动机曲轴主轴承的负荷可达100千牛(10吨力)，涡轮喷气发动机轴承的负荷也在10千牛(1吨力)以上，润滑油必须具有承受高负荷的能力。当飞机作高空、高速飞行时，润滑系统处于高温、低压状态，要求润滑油具有低挥发性，以减少高空蒸发损失。在寒冷地区，润滑油温度降到-50～-60°C时仍应能保持良好的流动性。此外，润滑油不应含有腐蚀性物质，并与系统中的金属和橡胶等非金属材料有良好的相容性。航空发动机最初使用石油基润滑油，又称矿物油，使用温度不超过150°C,适用于亚音速飞机。40年代末合成润滑油研制成功，1952年开始在喷气发动机上使用，性能大大优越于矿物油，能满足高空、高速飞机发动机的要求。应用最广的合成润滑油是各种酯类润滑油。

发展

润滑油加氢技术经过几十年的发展，一方面如加氢处理、加氢补充精制、临氢降凝等技术已成熟并有新的进步，另一方面异构降凝等新技术日益得到应用。采用加氢新技术生产的基础油质量已接近或达到PAO合成润滑油的性能而占有明显的价格优势，为适应汽车工业与其他工业技术高速发展与更新换代打下牢固的基础。因此加氢工艺在润滑油生产中将起到巨大的作用。

石油化工科学研究院RIPP根据原油组成的不同，开发出一系列润滑油加氢新工艺，为我国炼油企业生产优质的润滑油基础油提供了强有力的技术支持。

对于润滑油高压加氢工艺，环烷基原油是世界各类原油中最高贵的资源之一，其储量仅占原油总储量的2.2%。目前世界上只有美国、委内瑞拉和中国拥有环烷基原油资源。因此如何更加合理利用有限的环烷基原油资源，是炼油界关心的重要课题之一。从环烷基原油的特点看，其润滑油馏分的化学组成以环烷烃、芳烃为主，直链石蜡烃少，凝点较低，是生产电气用油、冷冻机油的良好原料，同时也适宜于生产白油、化妆品用油以及特殊工艺用油。针对石蜡烃含量少的环烷基原料的特点，采用催化脱蜡技术生产高质量的环烷基润滑油有利于资源的合理配制，具有很好的经济效益与社会效益。

现状

进入21世纪，随着环保与机械工业的发展，对润滑油产品质量提出了更加苛刻的要求。润滑油要有高的抗氧化安定性、更好的粘温性、好的低温流动性以及优良的剪切稳定性与抗磨性，依靠调整添加剂配方来提高润滑油使用性能的办法已无法达到要求，这就对润滑油基础油质量提出了更高的要求。采用传统工业生产的矿物润滑油质量很难有进一步的提高。另外，世界范围内适合生产润滑油的原油资源日益减少，润滑油生产必须面队劣质的重质原油，这对于传统加工工艺也是一道难题。

润滑脂在不便于使用润滑油的部位可用半固体膏状润滑脂。这些部位的特点是敞开、外露，需进行密封防尘，要求润滑材料能在工作面上长期保存。飞机操纵系统、起落架、电机、仪表、导航通信设备、武器的活动摩擦部位和液体火箭发动机的涡轮泵、轴承、活门均广泛采用润滑脂。

润滑脂的组成

润滑脂是由基础油和稠化剂再加入改善性能的添加剂所制成的一种半固体（通常是油膏状）的润滑剂，其成分有基础油、稠化剂、稳定剂和添加剂等。

1.基础油

基础油是润滑脂中含量最多（占70%-90% ）的组分，是起润滑作用的主要物质。矿物油和合成油都可作基础油。矿物油是制造普通润滑脂的主要基础油，其价格低，但使用温度范围较窄，不能同时满足高、低温要求。合成油用于制造高、低温或某些特殊用途的润滑脂。基础油的粘度必须根据润滑脂的使用条件决定，低温、轻负荷、高转速应选低粘度油，反之，则应选中粘度或高粘度油。

2．稠化剂

稠化剂在润滑脂中的含量约占10%-30%，其作用是使基础油被吸附和固定在结构骨架之中。稠化剂有四类：烃基、皂基、有机和无机稠化剂。

3.稳定剂

稳定剂的作用是使稠化剂和基础油稳定地结合而不产生析油现象。不同润滑脂使用的稳定剂也不同，如钙基脂用微量水(1%～2%）作稳定剂，一旦钙基脂失去水分，脂的结构就完全被破坏，从而造成严重的油皂分离。

4.添加剂

常用添加剂有抗氧剂、极压抗磨剂、防锈剂、粘附剂、填充剂和染料剂等。

润滑脂的作用机理

润滑脂的润滑作用，部分是由于稠化剂的作用，部分是由于基础油的特殊结合所带来的既不同于基础油又不同于稠化剂的润滑特性。基础油分三部分保持在润滑脂结构中，在皂胶团表面的基础油因皂分子碳氢链末端之间的吸引力而维系在结构内，常称这部分基础油为游离油；在皂分子的二维排列层之间的基础油，除链末端之间的吸引力维系外，层间还有类似毛细管的作用，因此称之为毛细管吸附油；而处于皂分子晶体内的基础油，由于皂分子羧基端的离子场的影响而被牢固地维系在晶体内，常称这部分基础油为膨化油。由于外力的作用，皂胶团被压缩，首先分离出来的是游离油，其次是毛细管吸附油，而膨化油只有当润滑脂结构被破坏时才分离出来。前面仅就润滑脂的析油作了讨论，但到底滚动轴承内润滑脂的动态如何？又是以何种机理进行润滑的呢？滚动轴承内的润滑脂经过初期的复杂流动后而达到稳定分布状态，长时间的润滑可以认为是这样的，摩擦部位残留的特别少量流动的润滑脂和轴承内、外静止状态的润滑脂，与由于受热、振动、离心力等作用而析出的基础油共同起润滑作用。同时，滚动体近旁静止的润滑脂与滚动体表面附着的润滑脂膜之间，可能存在着微量润滑脂的不断交换。轴承空腔内及密封盖里附着的静止润滑脂能起防止流动化润滑脂流出的密封作用和供给基础油的作用。因此，轴承空腔、密封盖的容积或形状，也对润滑效果有较大的影响。

润滑脂一般可被看作是加有表面活性物（稠化剂）的润滑油。这类表面活性物含有极性基团和烃基链分子，并形成一定厚度的润滑层。在个别情况下，这润滑层可达400～500个单分子层。可见，这样多分子层隔开的摩擦副对偶表面要比常见润滑油单分子层隔开摩擦副对偶表面的摩擦小得多。因此，在边界润滑条件下，润滑脂比润滑油更适用于苛刻条件下的齿轮、重载轴承等的润滑。

固体润滑剂用喷涂、浸渍、涂刷、溅射或化学转化方法直接在摩擦面上形成固体润滑膜，或者将固体润滑剂粉末直接加入基体材料中制成自润滑复合材料。这是解决飞机、飞船和导弹上特殊部位润滑问题的有效方法。固体润滑剂适用于温度高于 250°C而润滑脂又不能保留在工作面上的部位,低速和重载荷滑动摩擦部位,可能产生微振磨蚀的部位，接触氧化剂、推进剂和其他侵蚀性物质的部位，以及在高真空、超低温条件下工作的部位。固体润滑剂的主要材料是石墨、氟化石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯等。

固体润滑剂是指用以分隔摩擦副对偶表面的一层低剪切阻力的固体材料。对于这类材料，除了要求具有低剪切阻力外，与基底表面之间还应具备较强的键联力。这也就是说，载荷由基底承受，而相对运动发生在固体润滑剂内。1

优点

使用固体润滑剂的优点在于：润滑油脂的使用温度范围一般为-60℃～+350℃,超过这一温度范围，润滑油脂将无能为力，而固体润滑剂却能充分发挥其效能；润滑油脂的承载能力也远远不如固体润滑剂；在高真空、强辐射、活性或惰性气体环境中以及在水或海水等流体中，润滑油脂容易失效，也需借助于固体润滑剂；固体润滑剂在贮存，运输和使甩过程中，对环境和产品的污染也比润滑油脂少得多；固体润滑剂还特别适合于要求无毒、无臭、不影响制品色泽的食品和纺织等行业；固体润滑剂的时效变化小，保管较为方便。然而，固体润滑剂的缺点也很突出，例如润滑膜一旦失效就难以再生；一般地说，其摩擦因数比润滑油脂的大；摩擦界面上的热量不易被带走或逸散；容易产生碎屑、振动和噪声等。

常用的固体润滑剂有：层状固体材料（如石墨、二硫化钼、氮化硼等）、其它无机化合物（如氟化锂、氟化钙、氧化铅、硫化铅等）、软金属（如铅、铟、锡、金、银、镉等）、高分子聚合物（如尼龙、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等）和复合材料。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学