固体润滑材料是一种能够减少两个承载表面之间摩擦磨损的材料,主要通过固体粉末、薄膜或整体材料实现这一目的。在固体润滑过程中,这种材料与周围的介质共同作用,与
摩擦表面发生物理或化学反应,从而生成固体润滑膜,进而降低摩擦磨损。
基本性能
1. 与摩擦表面能牢固地附着,具备保护表面的功能。固体润滑剂应该具有良好的成膜能力,能够在摩擦表面形成牢固的化学吸附膜或物理吸附膜,从而防止相对运动表面之间产生严重的熔焊或金属的相互转移。
2. 抗剪强度较低,使得摩擦副的摩擦系数较小,功率损耗低,温度上升小。同时,其抗剪强度应在宽温度范围内不发生变化,以扩大其应用领域。
3. 稳定性好,包括物理热稳定、化学热稳定和时效稳定,不产生腐蚀及其他有害的作用。物理热稳定指在没有活性物质参与的情况下,温度改变不会引起
相变或晶格的各种变化,从而不影响抗剪强度和固体的摩擦性能。
化学热稳定指在各种活性介质中温度的变化不会引起强烈的化学反应。时效稳定指固体润滑剂长期放置不变质,便于长期使用。此外,还要求其对轴承和相关部件无腐蚀性、对人畜无毒害,且不污染环境。
4. 具有较高的承载能力,尤其是在严苛的工作环境下,如低速高负荷情况下,要求其具有较高的承载能力,同时也易于剪切。
使用方法
1. 制成整体零件使用。一些工程塑料,如
F4、
多聚甲醛等,因其摩擦系数低、成形加工性好、化学稳定性佳等特点,可以制成整体零部件。如果加入玻璃纤维、金属纤维等增强材料,其综合性能将进一步提升。常见的制品包括
齿轮、轴承、导轨等。
2. 制成覆盖膜。通过物理方法将固体润滑剂施加到摩擦界面或表面,形成具有自润滑性能的干膜。常用的成膜方法包括溅射、
电泳沉积等。
3. 制成复合或组合材料。将两种或多种材料组合或复合,以获得性能更优异的新材料。通常被称为
复合材料。
4. 作为固体润滑粉末使用。将固体润滑粉末,如MoS2,添加到润滑油或润滑脂中,以提高其承载能力和改善边界润滑状态。
常用材料
1.
二硫化钼:具有低摩擦特性、高承载能力、良好的热稳定性和
化学稳定性,以及较强的抗辐照性和耐高真空性能。
2. 石墨:在摩擦状态下,能沿着
晶体层间滑移,并沿着摩擦方向定向。与钢、铬等表面有良好的粘附能力,但
吸附膜解吸后,摩擦磨损性能会变差。
3. 氟化石墨:相对于石墨或二硫化钼,其耐磨性较好,层与层之间的距离更大,更容易在层间发生剪切。在高温、高速、高负荷条件下性能优于石墨或二硫化钼。
4.
氮化硼:一种新型陶瓷材料,具有耐腐蚀、电绝缘性好的特点。在高温、高压下可烧结而成,可用于高温炉滑动零件的润滑剂。
5. 氮化硅:属于
六方晶系的陶瓷材料,粒子硬度高,粉末状态不具润滑性。但其成形体表面经过适当精加工后,表现出低摩擦系数。
6.
F4:具有良好的
化学安定性和热稳定性,在高温下与浓酸、浓碱、
强氧化剂均不发生反应。在滑动摩擦条件下,也能发生良好的定向,摩擦系数较低。
7.
尼龙:摩擦系数随负荷的增加而降低,在高负荷条件下,摩擦系数可以降至0.1~0.15左右。耐磨损性好,特别是有大量尘土、泥砂的环境中。
8.
多聚甲醛:是一种不透明乳白色的结晶性线型聚合物,具有良好的综合性和差色性的高
熔点、高结晶性的热塑性工程塑料,是塑料中力学性能与金属较为接近的品种之一,它的尺寸稳定性好,耐水、耐冲击、耐油、耐
化学药品及耐磨性等都非常优良。它的摩擦系数和磨耗量较低,适用于长期经受摩擦滑动的部件,如机床导轨。在运动部件中使用时不需使用润滑剂,具有优良的自润滑作用。
9.
聚酰亚胺:均苯型聚酰亚胺的长期使用温度为260°C,具有优良的耐摩擦、耐磨损性能和尺寸稳定性。它具有优良的耐油和耐有机
溶剂性,能耐一般的酸,但在
硫酸和
发烟硝酸等
强氧化剂作用下会发生氧化降解,在高温下仍具有优良的介电性能。但它不耐碱,成本也较高。它在惰性介质中,在高负荷和高速下的磨损量极小。
10.
聚对羟基苯甲酸酯:聚对羟基苯甲酸酯是全芳香族的聚酯树脂。分子结构是直链状的线性分子,但结晶度很高(大于90%),使它难以熔融流动,因而具有热固性树脂的成型特性。它与金属的性能接近,是目前塑料中热导率和空气中的热稳定性最高的品种,在高温下还呈现与金属相似的非粘性流动。它是一种摩擦系数极低的自润滑材料,摩擦系数可达到0.005,甚至比用润滑油、脂润滑时的还低。它可作为耐腐蚀泵、
超音速飞机外壳
钛合金的涂层材料。但其热塑成型较为困难,需用高速高能锻成型,或是采用等离子喷涂及一般金属加工方法加工。
11. 软金属:金、银、锡、铅、镁、铟等软金属可作为固体润滑剂使用。软金属可以单独或是和其他润滑剂一起使用。其应用方法有两种,一是以薄膜的形式应用,二是将软金属添加到合金或粉末合金中作为润滑成分以利用其润滑效果。