[科普中国]-固体润滑剂

介绍

用以润滑相对运动中的表面不被磨损或擦伤的固体物质，这些物质可以是薄膜状、粉状。在大多数情况下固体润滑剂具有层状结构，例如石墨、二硫化钼和滑石粉，也有采用一氮化四硼者。但不包括以熔融态起润滑作用的石蜡和冰。石墨和滑 石作为固体润滑剂早在19世纪后半叶就已开始使用。此外，尚有氟化钙、氟化钡、氧化铅等非层 状结构的无机物，铅、镉、巴比合金等软金属，聚四氟乙烯、聚亚胺等有机高分子化合物，酞菁那样的有机层状结晶化合物等。在金属表面用磷 酸处理由此而在金属表面生成一种表面膜也是一种固体润滑剂。在它们之中石墨和二硫化钼的稳定性好、润滑性优良。

固体润滑剂类型固体润滑剂可以分为：(1)干性固体润滑剂； (2) 在使用过程中软化和熔化的润滑剂。

干性固体润滑剂 具有原子键呈平行状的层片状结构，各层间距较小，在使用过程中不改变聚集状态。如石墨、二硫化钼、氮化硼等。这种润滑剂具有优良的耐压、耐热与润滑性能，能在金属表面形成一层粘附性很强的膜，主要用于挤压、锻造及轧管机芯棒的润滑。

二硫化钼 鳞片状晶体，晶体结构为六方晶系的层片状，分子层之间的结合力很弱、即分子层间表面为低剪切应力平面。当分子层间受到很小的切应力作用时，很容易沿分子层产生相对滑动。因此，如果把工具与变形金属间的摩擦转移到二硫化钼内部，其摩擦显然要小得多。 二硫化钼的每个分子层厚度为6.26Å，而二硫化钼润滑膜的厚度通常为μm数量级，因此，它可能产生的滑移平面很多，就有可能充分而有效地降低摩擦，减少磨损。二硫化钼具有较好的热稳定性，在大气中，400℃左右才开始氧化，氧化后润滑性急剧下降，但实际热塑性加工时，高温接触时间较短，因此，仍能保留较好的润滑性能。在二硫化钼层状结构中，碳原子与钼原子结合较牢，硫原子又与金属表面有较强的吸附力，因此二硫化钼有较强的耐压性能。二硫化钼的摩擦系数随大气中的湿度增加而增加，在相对湿度低于15%时，其润滑效果最好。

石墨 具有层片状结构的高效固体润滑剂，原子层间距为3.4Å，受剪切应力作用时，很容易在层间发生滑移。影响其润滑性能的因素有：(1)结晶性。石墨的结晶性好且硬度小，则润滑性能好。(2)纯度。纯度越高，所含杂质越少，对工模具的磨损越小，摩擦系数也越小。(3)粒度与粒子形状。粒度越大，摩擦系数越小，在金属表面上的涂敷性能则越差;因此，在选择石墨润滑剂的粒度时要综合考虑;另外，形状越扁平的石墨，润滑性越好，磨损也越少。(4)环境气氛。石墨非常容易吸附气体和大气中的水汽，这有利于它的润滑性能。

氮化硼 晶体结构与石墨相似，有“白石墨”之称，其性能则比石墨更优良。在常温下不与任何金属起反应，绝缘性能好，使用温度可高达900℃，是目前惟一的高温润滑材料。

二硒化铌 一种新型固体润滑剂，具有金属光泽的灰色固体粉末。热稳定性较好，使用温度在氮气中为600℃，在真空中可达900℃，其性能与石墨及二硫化钼大致相同。

在使用过程中软化和熔化的润滑剂 在常温下为粉状粒子，使用过程中，在变形区内则软化成膏状或变为流体。属于这类润滑剂的有盐类及皂粉类润滑剂。它们能在金属表面生成耐压的粘附力极强的润滑膜，从而起润滑作用。

盐类 以无机化合物氯化物和磷酸盐为主的盐类润滑剂是无烟润滑剂中使用比较成熟的。这些含氯、磷的物质具有活化作用，在一定的温度下，能与金属表面的化学元素发生化学反应，在接触面上形成具有防粘、降磨作用的磷化物或氯化物的化学反应膜，其膜的强度远大于化学或物理吸附膜。由于这类润滑剂在薄膜破裂情况下，有较快的再次覆盖能力。因此，它是最可靠和最有效的润滑剂之一。

皂粉类润滑剂 在丝材的拉拔工艺中使用最普遍，主要是钙皂和钠皂。这类润滑剂不具有层片状结构，它是依靠分子极性吸附在金属表面，进入变形区后在压力和温度作用下呈软熔状态而起到润滑作用。1

润滑剂的使用方法有以下几种：

(1)制成悬浮液。把粉末状固体润滑剂与油或水混合，成为液、固两相分散的悬浮液。

(2)制成糊膏状。把粉末状固体润滑剂添加到润滑脂中，或过量地混到润滑油中，分别成溶胶状或糊膏状使用。

(3)直接使用粉状。把一种或几种固体状粉末润滑剂相混合后直接由金属带进变形区。

(4)压成块状。把单独的固体润滑粉末或向含有增强材料的固体润滑粉末添加一定粘结剂后，压制成块。使用时，把润滑块紧压在要润滑的工具表面起润滑作用。

应用随着航空工业、 空间技术等的发展，其使用条件更加苛刻，如 高温、高速、高真空、超低温和强辐射等，超 过了润滑油和润滑脂的使用极限，必须选用 特殊的润滑剂来润滑。这种特殊的润滑剂就是固体润滑。正确应用固体润滑剂，可以保 障特殊工况下机器的正常运转，提高机械设备使用的安全系数，延长机器的使用寿命，为机械设备实现大型化、微型化、高速运转、自动控制创造有利条件，还能为改进已有的机械设备采用新工艺、新技术、新材料以及为机械零件设计的改革提供很大的方便，从而达到节约人力、材料、能源和提高产品质量的目的。2