固體潤滑是指利用固體粉末、薄膜或整體材料來減少作相對運動兩表面的摩擦與磨損并保護表面免于損傷的作用。按照經濟合作與發(fā)展組織(OECD)制定的摩擦學名詞術語,固體潤滑的定義是:能保護相對運動表面免于損傷并減少其摩擦與磨損而使用的任何固體粉末或薄膜。在固體潤滑過程中,固體潤滑劑和周圍介質要與摩擦表面發(fā)生物理,化學反應生成固體潤滑膜,降低摩擦磨損。
固體潤滑劑概念應用較晚,1829年倫尼(Rennie)進行了石墨和豬油復合材料的摩擦試驗,二硫化鉬是在20世紀30年代第一次用作潤滑劑。目前固體潤滑劑已在許多機械產品中應用,可在許多特殊,嚴酷工況條件下如高溫,高負荷,超低溫,超高真空,強氧化或還原氣氛,強輻射等環(huán)境條件下有效地潤滑,簡化潤滑維修,為航天,航空與原子能工業(yè)發(fā)展所必不可少的技術。
對固體潤滑劑的基本性能有以下要求:
(1)能與摩擦表面牢固地附著,有保護表面功能。
(2)具有較低的抗剪強度。
(3)穩(wěn)定性好,包括物理熱穩(wěn)定,化學熱穩(wěn)定,時效穩(wěn)定和不產生腐蝕及其他有害的作用。
(4)要求固體潤滑劑有較高的承載能力。
由于固體潤滑劑不能像潤滑油那樣可以把摩擦界面上的摩擦熱導出一部分,而且在使用過程中很難補充,因此在選用時應根據固體潤滑劑的特點,考慮采取相應的補救措施。
目前還沒有統(tǒng)一的固體潤滑劑分類標準,綜合不同學者和研究機構提出的方法,固體潤滑劑一般可分為以下幾類:
(1)層狀晶體結構固體潤滑劑易于劈開的化合物或具有減摩作用的單體物質。按結合形式、結晶體系和成分可分為:硫化物、硒化物、碲化物、氟化物、鹵化物、單質(石墨等)、氮化物、氧化物、有機物等。
(2)非層狀無機物可分為:硫化物、碲化物、氟化物、陶瓷和超硬合金。
(3)軟金屬薄膜,如Au、Ag、In、Ca、Cd、Pb、Sn及其合金。
(4)高分子材料,如聚四氟乙烯,聚縮醛,尼龍,聚酰胺,聚酰亞胺,環(huán)氧樹脂,酚醛樹脂,硅樹脂等。
(5)化學生成膜,如磷酸鹽膜。
(6)化學合成膜,如在鍍鉬的金屬表面通以硫蒸氣,生成MoS2膜等。
固體潤滑劑的使用方法有以下幾種:
(1)作成整體零部件使用
某些工程塑料如聚四氟乙烯、聚甲醛、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸脂、聚砜、聚酰亞胺、氯化聚醚、聚苯硫醚和聚對苯二甲酸酯等的摩擦系數較低,成形加工性和化學穩(wěn)定性好,電絕緣性優(yōu)良,抗沖擊能力強,可以制成整體零部件,若采用玻璃纖維,石墨纖維,金屬纖維,硼纖維等對這些塑料增強,綜合性能更好,使用得較多的有齒輪、軸承、導軌、凸輪、滾動軸承保持架等,石墨電刷、電接點、寶石軸承、刀刃支承等則是使用一定特性的材料直接制成零部件來使用的例子。
(2)作成各種覆蓋膜來使用
通過不同方法將固體潤滑劑覆蓋在運動副摩擦表面上,使之成為具有一定自潤滑性能的干膜,這是較常用的方法之一。成膜的方法很多,各種固體潤滑劑可通過濺射、電泳沉積、等離子噴鍍、離子鍍、電鍍、化學生成、浸漬、粘結劑粘結、擠壓、滾涂等方法來成膜。
(3)制成復合或組合材料來使用
所謂復合(組合)材料,是指由兩種或兩種以上的材料組合或復合起來使用的材料系統(tǒng)。這些材料的物理,化學性質以及形狀都是不同的,而且是互不可溶的。組合或復合的最終目的是要獲得一種性能更優(yōu)越的新材料,一般都稱為復合材料。目前用得最廣的有稱為"金屬塑料"的復合材料(國外牌號有DU材料)以及表面帶自潤滑層的聚縮醛DX材料。
DU的軸承材料,它是在軟鋼板上鍍一層30~50m的青銅,再燒結一層多孔青銅球粒,浸漬或滾涂 PTFE(聚四氟乙烯)填充孔隙,再經過燒結,扎制,整形而制成的金屬塑料軸承。
(4)作為固體潤滑粉末來使用
將固體潤滑粉末(如MoS2)以適量添加到潤滑油或潤滑脂中,可提高潤滑油脂的承載能力及改善邊界潤滑狀態(tài)等,這也是較常用的使用方法,如MoS2油劑、MoS2油膏、MoS2潤滑脂及MoS2水劑等。以粒度小于0.5m的固體潤滑劑加到發(fā)動機潤滑油中,這些小顆粒能通過濾器進到摩擦面,當摩擦面因某種原因暫時缺油時,固體潤滑劑的小顆粒起潤滑作用,起到短時間應急的作用。使用固體潤滑劑,一定要了解固體潤滑劑的特性,根據工作條件合理使用,才能達到預期的效果。
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