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    13

    2023

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    02

    多種潤滑劑材料的優缺點及應用


    凡是能降低摩擦力的介質都可作為潤滑材料,潤滑材料亦稱潤滑劑。潤滑劑用以降低摩擦副的摩擦阻力、減緩其磨損的潤滑介質。

    常用的潤滑劑有液體、半固體和固體.

    液體類有:礦物性潤滑劑(如機械油)、植物性潤滑劑(如蓖麻油)和動物性潤滑劑(如牛脂)。此外,還有合成潤滑劑,如硅油、脂肪酸酰胺、油酸、聚酯、合成酯、羧酸等,其優點是容易得到,常見常用,缺點是無法處理難度要求稍高情況。

    半固體潤滑劑:類潤滑油脂類的使用溫度范圍一般為-60℃~+350℃,超過這一溫度范圍,潤滑油脂將無能為力,處理能力比液體類潤滑能力高。

    固體潤滑劑的出現主要是處理以上兩種潤滑材料都不理想的情況下的應用,能充分發揮其效能,承載能力強。然而,固體潤滑劑的缺點也很突出,例如潤滑膜一旦失效就難以再生等。
    常用的固體潤滑劑有:層狀固體材料(如石墨、二硫化鉬、氮化硼等)、其它無機化合物(如氟化鋰、氟化鈣、氧化鉛、硫化鉛等)、軟金屬(如鉛、銦、錫、金、銀、鎘等)、高分子聚合物(如尼龍、聚四氟乙烯、聚酰亞胺等)和復合材料。
    1.石墨為層片狀碳,層與層之間的結合力較小。在切向力作用下,層與層之間容易滑動。在大氣條件下,石墨對石墨或石墨對鋼的摩擦因數大約為0.1~0.15,具有明顯的減摩效果;而在真空中,石墨間的摩擦因數則上升為0.5~0.8。在摩擦過程中,經過除氣處理的石墨一旦導入空氣、氧氣、水蒸氣或苯、乙醇、丙酮、庚烷蒸汽等,則摩擦因數將很快降低,而當導入氮或二氧化碳等氣體,卻先降低摩擦的效果。
    作為潤滑劑,特別是粉劑,應以天然石墨為主。使用時,可直接將石墨粉加在摩擦副對偶表面之間,也可以將石墨和其它材料制成復合材料使用;也有把石墨粉壓制成塊,經切削制成零件,這種材料具有很好的自潤滑效果。若把石墨粉加在油(或脂)中作為潤滑劑使用,則在重載作用下油膜破裂時,石墨仍能繼續起潤滑作用。石墨的化學穩定性好,抗輻射能力強,無毒,價格低等,都是其優點,但因石墨的熱穩定性較差,所以限制了它以粉狀或塊狀固體膜的形式使用。石墨在325℃時與氧接觸會生成CO2,因而一般最高使用溫度不超過400℃。將石墨置于氟氣中,經加熱可制備氟化石墨。在27~345℃的溫度內,氟化石墨的摩擦因數比石墨小,其壽命則比石墨長。它在真空和惰性氣體中也具有潤滑性,從而改善了石墨在無水蒸氣條件下的潤滑性。       

    2.二硫化鉬粉劑是由天然輝鉬精礦經化學提純制成。其分散性高、純度高、吸附性強、色黑稍帶銀灰色、有金屬光澤、觸之有滑膩感、不溶于水。它也是一種具有層狀結構的材料。由于結合強度低,很容易沿解理平面滑移,所以剪切阻力小,摩擦因數小。在大氣中,MoS2解理面與鋼表面的摩擦因數只有0.1左右,即使在真空中也只有0.2。MoS2在干燥氮氣中的潤滑性能很好,但在干燥氧氣和潮濕空氣中則潤滑性較差,這些潤滑特性均與石墨不同。MoS2在420~430℃內就會快速氧化,當溫度超過800℃時,MoS2可能分解,而金屬鉬的摩擦因數相當大,因此潤滑性能就大大下降。

    與二硫化鉬相類似的材料硫族元素,除硫外,尚有硒(Se),碲(Te )等。它們與難熔金屬如鎢(W),釩(V),鉭(Ta )和鈮(Nb)等形成二硫族化合物,如WS2,WSe2, NbSe2, TaS2等,其結構均為六方晶體。在真空、輻射以及高溫下,這些化合物的性能均優于石墨、MoS2。       

    3. 氮化硼類潤滑劑(BN)也是一種具有層狀結構的材料,它與傳統的固體潤滑劑相比,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。當它在大氣中常溫條件下與金屬表面接觸而相對運動時,摩擦因數約為0.2~0.4,比石墨大,但隨著溫度的升高而減小。BN的摩擦性能不受水蒸氣影響,但在有氣體(如庚烷)中,摩擦因數小于0.2。在大氣條件下,BN在溫度高達900℃時仍有較小的摩擦因數和良好的化學穩定性,可以作為高溫潤滑劑使用。
    4.氧化物  眾所周知,鋼鐵表面的氧化膜具有保護表面的作用。當金屬表面直接接觸并發生粘著時,摩擦磨損就增加,一旦表面存在.氧化物則摩擦磨損就可減小。氧化鉻(Cr2O3 ),氧化鈦(TiO2 )、氧化鋯(ZrO2)的熔點約在1600~3000℃之間,均有可用作高溫工況下的表面保護膜。氧化硼(B2O3  )在400℃以下的摩擦因數并不小,但當溫度接近熔點時下降到0.1左右。氧化鉛(PbO)在常溫下的摩擦因數不?。s為0.3~0.4),但在200~650℃溫度范圍內只有0.1~0.15,確實也是一種很好的高溫潤滑材料。
    5.鹵化物  氟化物的質地較軟,抗剪強度較低,并且有化學惰性,可覆蓋在金屬表面上起潤滑作用,是良好的高溫固體潤滑劑。氟化鈣(B2O3  )和氟化鋇(BaF2 )應用溫度范圍比PbO更寬,在空氣或氫氣中,CaF2-LiF以及CaF2-BaF2等混合物,即使在高達650~820℃的高溫下,仍有低摩擦的效果。

    6.其它化合物  硼酸鹽也是高溫固體潤滑劑,在熔融狀態下才顯示出優良的潤滑性能,當溫度超過480℃時,它具有流體動力效應,超過760℃時則起邊界潤滑劑作用。在高溫下,硼酸與金屬氧化物起反應而形成玻璃。硫化硼在高溫中的低摩擦則歸因于硼酸。此外,各種玻璃,如硼酸鉛玻璃、硼硅酸鉛玻璃、鋁硅酸鹽玻璃等,可以用于500~800℃的溫度范圍,而硅玻璃甚至可用于超過1100℃的高溫。用玻璃潤滑的缺點是難以從潤滑表面將其清除。

    7、聚合物 熱塑性塑料有晶態的,也有非晶態的,如聚四氟乙烯(PTFE )、尼龍(PA),聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC),聚酰亞胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )等,其中有些材料可以直接用于潤滑,有些材料則須與其它材料組合在一起而產生潤滑效果。用聚合物潤滑的主要優點是:化學穩定性好,在低溫、真空中以及各種氣氛中仍能有效潤滑,與潤滑油脂一起使用不發生干擾。其缺點則是:機械強度和承載能力低,熱傳導能力弱,只能在有限的載荷及溫度條件下使用。

    A.聚乙烯(PE)的摩擦因數約為0.3~0.35,耐磨性也比較好。高密度聚乙烯的摩擦因數只有0.1~0.14,減摩效果更佳。

    B.聚四氟乙烯(PTFE)的摩擦因數很?。s為0.05-0.1),而耐磨性能很差,化學穩定性則很好,在高達260℃的溫度下仍能表現出良好的低摩擦性能。PTFE可通過涂敷工藝或在金屬表面上涂擦而靠機械作用附結于表面上,也可以將其編織而用粘結劑粘合在表面上,還可將PTFE噴涂于表面上,在>325℃溫度下燒結(可用其它樹脂粘結),再在較低溫度下固化。單獨使用PTFE時,只適用于中等滑動速度、輕載以及防粘,但使用MoS2會造成污染的場合。

    C.尼龍(PA)有一定的低摩擦性能(摩擦因數約為0. 15~0. 35)和良好的耐磨性,在載荷作用下會發生冷流,在潮濕空氣中會吸水膨脹。尼龍基體中以玻璃纖維作填充料可以降低冷流,而添加MoS2和PTFE則可降低摩擦。

    D.聚酰亞胺(PI)在常溫時摩擦因數較高(約0.47),在100℃以上時,摩擦較小,壽命也比較長。PI的機械強度和耐溫性能較好,使用溫度范圍為- 240~+360℃,連續使用的最高溫度可達260℃。

    8、軟金屬 軟金屬如鉛、鎘、銦、金或銀等,可用作硬質基底的表面涂層。在常規潤滑劑不起作和在極高溫以及特殊工況下,它們可以為摩擦面提供一層有效的潤滑膜。載荷由基底承受,切向運動則發生在低抗剪強度的軟金屬膜中。雖然這些軟金屬的摩擦因數要比MoS2、PTFE等材料高些,但可有效地應用于防腐蝕、耐輻射和高溫的場合。軟金屬薄層的一種新發展為使用混合金屬涂層,例如用Ag+Mo層在500°C下往復3000次行程后,摩擦因數仍能保持0.05的低值。軟金屬膜Cu+Pb,在一240~816℃及高壓、高真空中能有效地進行潤滑。

    主營:玻璃脫模劑,高溫潤滑劑,焊接保護劑,氮化硼涂料,氮化硼耐高溫潤滑離型涂料,氮化硼等及模具配件。

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