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多种润滑剂材料的优缺点及应用

Writer:江门骏业Source:公司内部资料 Date:2020年2月10日 15:42

多种润滑剂材料的优缺点及应用

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。润滑剂用以降低摩擦副的摩擦阻力、减缓其磨损的润滑介质。

常用的润滑剂有液体、半固体和固体.

液体类有:矿物性润滑剂(如机械油)、植物性润滑剂(如蓖麻油)和动物性润滑剂(如牛脂)。此外,还有合成润滑剂,如硅油、脂肪酸酰胺、油酸、聚酯、合成酯、羧酸等,其优点是容易得到,常见常用,缺点是无法处理难度要求稍高情况。

半固体润滑剂:类润滑油脂类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,处理能力比液体类润滑能力高。

固体润滑剂的出现主要是处理以上两种润滑材料都不理想的情况下的应用,能充分发挥其效能,承载能力强。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。
1.石墨为层片状碳,层与层之间的结合力较小。在切向力作用下,层与层之间容易滑动。在大气条件下,石墨对石墨或石墨对钢的摩擦因数大约为0.1~0.15,具有明显的减摩效果;而在真空中,石墨间的摩擦因数则上升为0.5~0.8。在摩擦过程中,经过除气处理的石墨一旦导入空气、氧气、水蒸气或苯、乙醇、丙酮、庚烷蒸汽等,则摩擦因数将很快降低,而当导入氮或二氧化碳等气体,却先降低摩擦的效果。
作为润滑剂,特别是粉剂,应以天然石墨为主。使用时,可直接将石墨粉加在摩擦副对偶表面之间,也可以将石墨和其它材料制成复合材料使用;也有把石墨粉压制成块,经切削制成零件,这种材料具有很好的自润滑效果。若把石墨粉加在油(或脂)中作为润滑剂使用,则在重载作用下油膜破裂时,石墨仍能继续起润滑作用。石墨的化学稳定性好,抗辐射能力强,无毒,价格低等,都是其优点,但因石墨的热稳定性较差,所以限制了它以粉状或块状固体膜的形式使用。石墨在325℃时与氧接触会生成CO2,因而一般最高使用温度不超过400℃。将石墨置于氟气中,经加热可制备氟化石墨。在27~345℃的温度内,氟化石墨的摩擦因数比石墨小,其寿命则比石墨长。它在真空和惰性气体中也具有润滑性,从而改善了石墨在无水蒸气条件下的润滑性。       

2.二硫化钼粉剂是由天然辉钼精矿经化学提纯制成。其分散性高、纯度高、吸附性强、色黑稍带银灰色、有金属光泽、触之有滑腻感、不溶于水。它也是一种具有层状结构的材料。由于结合强度低,很容易沿解理平面滑移,所以剪切阻力小,摩擦因数小。在大气中,MoS2解理面与钢表面的摩擦因数只有0.1左右,即使在真空中也只有0.2。MoS2在干燥氮气中的润滑性能很好,但在干燥氧气和潮湿空气中则润滑性较差,这些润滑特性均与石墨不同。MoS2在420~430℃内就会快速氧化,当温度超过800℃时,MoS2可能分解,而金属钼的摩擦因数相当大,因此润滑性能就大大下降。

与二硫化钼相类似的材料硫族元素,除硫外,尚有硒(Se),碲(Te )等。它们与难熔金属如钨(W),钒(V),钽(Ta )和铌(Nb)等形成二硫族化合物,如WS2,WSe2, NbSe2, TaS2等,其结构均为六方晶体。在真空、辐射以及高温下,这些化合物的性能均优于石墨、MoS2。       

3. 氮化硼类润滑剂(BN)也是一种具有层状结构的材料,它与传统的固体润滑剂相比,石墨的解理面上全是碳原子,MoS2的解理面上全是硫原子,而氮化硼的解理面上既有氮原子又有硼原子。当它在大气中常温条件下与金属表面接触而相对运动时,摩擦因数约为0.2~0.4,比石墨大,但随着温度的升高而减小。BN的摩擦性能不受水蒸气影响,但在有气体(如庚烷)中,摩擦因数小于0.2。在大气条件下,BN在温度高达900℃时仍有较小的摩擦因数和良好的化学稳定性,可以作为高温润滑剂使用。
4.氧化物  众所周知,钢铁表面的氧化膜具有保护表面的作用。当金属表面直接接触并发生粘着时,摩擦磨损就增加,一旦表面存在.氧化物则摩擦磨损就可减小。氧化铬(Cr2O3 ),氧化钛(TiO2 )、氧化锆(ZrO2)的熔点约在1600~3000℃之间,均有可用作高温工况下的表面保护膜。氧化硼(B2O3  )在400℃以下的摩擦因数并不小,但当温度接近熔点时下降到0.1左右。氧化铅(PbO)在常温下的摩擦因数不小(约为0.3~0.4),但在200~650℃温度范围内只有0.1~0.15,确实也是一种很好的高温润滑材料。
5.卤化物  氟化物的质地较软,抗剪强度较低,并且有化学惰性,可覆盖在金属表面上起润滑作用,是良好的高温固体润滑剂。氟化钙(B2O3  )和氟化钡(BaF2 )应用温度范围比PbO更宽,在空气或氢气中,CaF2-LiF以及CaF2-BaF2等混合物,即使在高达650~820℃的高温下,仍有低摩擦的效果。

6.其它化合物  硼酸盐也是高温固体润滑剂,在熔融状态下才显示出优良的润滑性能,当温度超过480℃时,它具有流体动力效应,超过760℃时则起边界润滑剂作用。在高温下,硼酸与金属氧化物起反应而形成玻璃。硫化硼在高温中的低摩擦则归因于硼酸。此外,各种玻璃,如硼酸铅玻璃、硼硅酸铅玻璃、铝硅酸盐玻璃等,可以用于500~800℃的温度范围,而硅玻璃甚至可用于超过1100℃的高温。用玻璃润滑的缺点是难以从润滑表面将其清除。
7、聚合物 热塑性塑料有晶态的,也有非晶态的,如聚四氟乙烯(PTFE )、尼龙(PA),聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC),聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )等,其中有些材料可以直接用于润滑,有些材料则须与其它材料组合在一起而产生润滑效果。用聚合物润滑的主要优点是:化学稳定性好,在低温、真空中以及各种气氛中仍能有效润滑,与润滑油脂一起使用不发生干扰。其缺点则是:机械强度和承载能力低,热传导能力弱,只能在有限的载荷及温度条件下使用。
A.聚乙烯(PE)的摩擦因数约为0.3~0.35,耐磨性也比较好。高密度聚乙烯的摩擦因数只有0.1~0.14,减摩效果更佳。
B.聚四氟乙烯(PTFE)的摩擦因数很小(约为0.05-0.1),而耐磨性能很差,化学稳定性则很好,在高达260℃的温度下仍能表现出良好的低摩擦性能。PTFE可通过涂敷工艺或在金属表面上涂擦而靠机械作用附结于表面上,也可以将其编织而用粘结剂粘合在表面上,还可将PTFE喷涂于表面上,在>325℃温度下烧结(可用其它树脂粘结),再在较低温度下固化。单独使用PTFE时,只适用于中等滑动速度、轻载以及防粘,但使用MoS2会造成污染的场合。
C.尼龙(PA)有一定的低摩擦性能(摩擦因数约为0. 15~0. 35)和良好的耐磨性,在载荷作用下会发生冷流,在潮湿空气中会吸水膨胀。尼龙基体中以玻璃纤维作填充料可以降低冷流,而添加MoS2和PTFE则可降低摩擦。
D.聚酰亚胺(PI)在常温时摩擦因数较高(约0.47),在100℃以上时,摩擦较小,寿命也比较长。PI的机械强度和耐温性能较好,使用温度范围为- 240~+360℃,连续使用的最高温度可达260℃。
8、软金属 软金属如铅、镉、铟、金或银等,可用作硬质基底的表面涂层。在常规润滑剂不起作和在极高温以及特殊工况下,它们可以为摩擦面提供一层有效的润滑膜。载荷由基底承受,切向运动则发生在低抗剪强度的软金属膜中。虽然这些软金属的摩擦因数要比MoS2、PTFE等材料高些,但可有效地应用于防腐蚀、耐辐射和高温的场合。软金属薄层的一种新发展为使用混合金属涂层,例如用Ag+Mo层在500°C下往复3000次行程后,摩擦因数仍能保持0.05的低值。软金属膜Cu+Pb,在一240~816℃及高压、高真空中能有效地进行润滑。

TypeInfo: 企业动态

Keywords for the information:润滑剂