第2篇 润滑材料 第4章 固体润滑.pdf

第4章固体润滑亨耀4)商分子基固体润滑洲的结构强度不高：耐第1节概述性性较差，导熟性不良。克服缺点的方法，一是寻求新鸦固体润粉讨固体润溶采加脚体润滑剂。固体羽滑剂是指为料，二是改苹已有的閩体涧滑剂的使用方法2”。钋护装面在作州对运动时免于损环以及成少其摩搽州磨损而在其上使用的粉来状或薄膜状固体以及某第2节固体润滑剂的些复合材料。种类和使用方法许多团休润滑剂其有层状（或层的）福体构：:质，如石与：二硫化钥等，们玻璃成冰这些齿体材1,固体润滑刘的种类料在界面上仅以熔态润滑，剥不属于固体润潜剂。用作固棒润粉剂的材料有以下几种类型：圈体润滑剂慨念应用较晚，16世纪附发现石器，(1)层状固体润滑剂易于劈并的化合物读用作书写材料，因与金阀铅相似，称为黑铅。到18具有诚摩作用的单体物质。世纪产业苹命时，应用丁于笨演面慢速运动的机斌部按钻合形式，结晶体系和组成可分为硫化物件。1829华伦尼(Rennie)进行了石港别常韶复台(如ZrS2、WS、MS:等)、硒化物、筛化物、肉材料的摩察试骏。一统化相则在30年代第一次用化物、氟化物（如CFx3)、氮化物如BN)、氧作润滑剂。目斯时体润滑材料已在许多机城产化物（如云母)、单体（如石里)、有机物。品中广泛应用，滋足某尝特殊工况条件下对设备润(2)非层状无机物如硫化物(Pb5、FS、浴的要求，能适应复杂的门作环境，简化润指辣修。CdS)、氟化物（如NF、BeFz、CaFz,IaF3、采用固体润滑剂的伦点：yFg、DiF)、陶瓷（如fe20a、AlO、玻.Mo021)使川温度宽。Pb0等)、超硬合金等。2)承载能力强。(3）软金属薄膜如金，银，翻、锡、铅等。3)低速防止滑动邵种粘一滑性能好。(4)高分子材料如聚四缄乙烯、尼龙、策4)在其空环境下能发挥良好的润滑作。酰亚胺、聚缩醛、环氧树脂、聚酰胺、酚醛树脂、5)能用于存尘土，不好密封的场合。硅树脂等。6)能用于有瘾蚀的环境气瓠下而不需期保5)化学生成膜如稀酸盐膜。护。(6)化学合成膜如在使缃的金属老面通味了)能简化润滑系统设计。硫蒸汽、生成McSz腴等。8)谢辐照。2,固体润滑剂的使用方法9)存放性比润滑油、涧滑脂好。西体润滑剂的使用方法有以下儿种：缺点有】作成整体零部件使用某些工程塑料如1)岸擦系数比润滑油、润淵脂大。聚列氟乙娇、浆甲醛、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸?)没有冷却作用；它不能象润游油那样可以脂、聚閩、聚酰亚胺、氢化聚醚、聚苯硫壁和聚对把蜂嵌界面上产生的摩擦热导出一部分。苯二甲酸酯第的摩擦系数较低，成形加工性和化学3)厨体满滑剂作成覆盖膜使用时，寿命有限，稳定性好，电绝缘性优良，拭冲击能力滋，可以制且干膜制作上艺一锻较复杂，在使用过程中很雅补成紫体零部件，若采旧班璃纤维、石装纤维、金属充。纤维、珊纤继等对这些塑料增強，综合性能更好，4-2使得较多的有齿纶、触承、乳、点轮、滚动轴油饰、MS,荆游胎及fuS?水剂等，这地钢内闯有斧保并架等。和器花刷、电楼点、宝行轴求、刀男商品出售。何是，在实际使用时，往往效果不时品，支承等则是使用一定特件的材料直接制成零部件来而因添射M。S,而塞油路，故应注了解使用的例子。由行机材料制成的琴部件的共同缺点特性，慎币选用是热膨胀系数大，尺寸小稳定性差，力学强度都会随湿皮升南而降低，易于在摩擦界怅入污垢、尘土第3节儿种常用的等增大磨拟。而由无机材料制成的整林零部件热固体润滑剂稳定性、化学稳定性和耐磨：好，导电性或电绝缘株好，何它们的力学强变特别是抗冲市强度差，石设备润潸最常用的出林润泔剂包活二硫化钳、塑削品应用于真空或指性：气体中摩擦系数较大。行舞和聚四氟乙烯等儿种。这儿种材科在设备润滑因此在设计使用这类零时，应考虑到固体润中的使用员片固体润郡剂金部使用景的大部分，下带剂的特点及实际工祝条件，合理选材。如在设计弼重点对这儿种材料加以介绍。塑料滑动轴承时，必须考虑到翔斜的热膨张系数比(一)二硫化钼金展材料火，导热性也较差，轴承的配合间隙必须作相城的政变，同时注意其有冷却散热条件。应用二疏化钳作为固休润滑剂已久负盛名，它从辉塑料活塞环时也应考虑类似问题。钳矿提纯得到的种矿物质，外观和额色与铅粉和（2)作成各种茂在膜来使州遵过不问方齿石墨近似。将固休鹅滑剂激盖在达动副摩棕表面上，使之成为1。二疏化钼的润滑机理具有一定白润带性能的干装，这是较常用的方法之二硫化钼是层状六方晶体结构衡质，其最体绍一。戒膜的方让：很多，各种固休润滑剂可道过溅射、村和品体层状结构见图4-3-1，电泳沉积、等高了喷镀，离子镀、电镀，化学牛成、浸淡、粘结剂粘纳、挤压、滚涂等力法米成膜。不论丽什么方法成摸，一般耍求所获得的干膜摩擦系数低，耐密、芬命长，膜对底材的粘结能力大，符较高的抗压强度和足够的硬度。另一方面，326也装透择适当的对摩材科和底材以及金属底材的预处理方法，提高腆与底材的新蹄能力。3)制成复介或组合材料米使用所谐使合(组合)材料，是指由两种或两种以上的材料绌合或复合起来使用的材料系统。这些材料的物乎、化学性质以及形状都是不同的，而且是互不可溶的。组合或复合的最终口的是要获得一种性能吏优越的新材料，一般部称为复合材斜。甘前加得最广的有0.326称为“金届塑料”的复合材料（国外牌号有DU付料)。它是一种在镀制钢背上烧路一层多孔青铜球粒子，然后在多孔层上面没波一层聚四氟乙矫乳波；或者将聚四氟乙烯料成糊状，热淡压在多孔层上，再烧结而成的多层复合材料。与DU材料类似的还图43-1二蔬化铝的品体暂构示意图有表面带自润滑层的聚缩醛DX材料。(4)作为团体润滑粉末米使用将弼体润滑由结构图可以希出，二疏化铝晶体是由硫一绍粉求（如MS2)以适冠添加到润滑油成润滑脂中，一硫三个平面层构成，很象“夹心面包”，由薄层单可提高涧滑浊脂的承载能力及政兼边界润滑状态元所组成。每个钼原子被三菱形分付的硫原子包曲等，这也是较常阳的使用方法，知MoS:油剂、MS着，它们是以题的共价健联系在一起。邻近的二硫4-3化铝层以硫层附开，且创：较海。疏与硫原了站M。S,在真空溢度达840一1000时才T啪分合较弱，其结合力主要是北德华力，因而很容易受解，在氨气中箭达到13501550才分解，分解剪切。将它们致迭起来就构成了硫化细品体。也的产物为三氧化贺(M0)和氧化钼(M0)藏是说，它是以S一M。一S一S一Mo一S的懒序等。似#在恐下MS:附者于金阔表面的能力低于州邻排列而构成的幅体。据推算，一层厚度仪为常温。MoS2在低温下的使用性能是十分突出的。U,025m的罐S2层就有40个分了层和39个低剪切4)强的化学安定性二硫化钼对酸的抗腐力的滑动面。正是出于这些低剪切力的滑动面粉谢蚀性很强。对碱性水溶液要在pH值大于1C时才锻在金属表面使赋来两个金城而间的摩棕转化为慢氧化。但对各种强假化剂不安定，被氧化成削酸。MS:层状给树间的滑移，从而降低摩擦力和威少磨橱，达到润淋的目的。图4-3-2表示MoS:在受勇表4-子-】二硫化相的基本特性切力作用时层与层之间机对滑移的情况。观灰黑色，无光：张、有一定脂助感分了架构和品体兵有如图1-3-1的分子紫构，是六方牡构、势开性品系的层状物质。由子两个藐原子尽问的制邻面局产生静移、所以动门芽开使度览氏1,01.5，克氏1260密搜.74.88/cm8增点1185分子量60.08溶动面热安定性在真空诚桁性气纵中，能稳定到77777103，在经气中则岛该瓷化，敏化阁度为350曲条作丽变化，在“较使用条件下为图4-3-2二疏化钥庆受剪切力时的骨移示意摩黎系效0.050.1尼i2.二疏化钥的主耍核能负苟能力证过2758Ma()低摩继袋性从o5g层状缩构所州，在化学安定性除不能扰王水、热浓疏胶、接懒机浓年织S一M一S中，把原子瓶住的力是相当频的哨酸外。能抗大多数的腰腐蚀：化使共价腱。及之，在船第的两县疏源乎之问的力，别F和C1之分解，不被HF分解。在至、炬较剥的范德华片。其结米是硫原子的相邻面易湿空气中氧化是径数的。但这种节化作射的结采能得到一个可观的酸值。在下滑动，这就是二的化知低摩据特做的米血。装空气中，399礼化较怪，东538(2)高承载能力在极高运方（如2000MPt)时，氧化加融，其化物有M0；和下，一服的剂浒脑甲被斥腹，形成干摩擦，使S0,氧化反应为放热反应。4H=金属表面拉毛或接。若在金表面上加入MoS-116.8kJ/克分子，M0不能认为是试验老明，当压力增高2812MPa时，金好衣消仍酷料。MoSg可以为碱企属（如L1、Na、K、Rb、Ca、Fr)所泛蚀不发生：咬合或嘘接羽象。而且往往由于压力增大还能被1oS的擦擦茶数进一步降纸。可溶性不格丁水、石袖严品、合战润滑剂(3)良好的热安定性大气中，MS2在99磁仕无（抗酸性）下可短别使用，在9下可长期使用。一般地说.节电性温度（）比电盥(QMoS在空气中于-184一+400下都具有低挥斑-548.330+19.5的润滑特性。但是，当温度超过50以后，MoS:0.790+730,470要发些明显氧化。尤其当温度高于538时，其氧+920.409化作用急刷进行，这是指在与空气允分接触的条件和水的接触角609下发先的格况。月-4对油、胎、醇的化学安定性很离。表4了-2石显的基本特性(5)扰翻服性将MS2制成抗辐照的厨体观忍、片状、有脂肪质的洞带膜，能在-180一+649C的温度范附内伙H。分子邻构、品沐具有图43-3F示的分子结构，为六这种抗缅照的固体润滑膜对产外层空间的城用来说构造及妙开性方品系层状结构，成辩片状，层同萄于贝有重大的意义。势开。石楚的润源性不仅与它的层状钠(6)谢商真空能一硫化铝是在超高年空构有关，面且与它是否疑聚了水蒸汽此和极低温度条件下仍有效的润蹭材料，这对于尖端吸附了其绝气体有关，同时也与座递按而是否行氧化物存在有银火关系科学技术有非常重婴的作用。国外将出MS:和环低树脂等制成的轴承用于人道卫足上的仪装和控常度2,22.3g/cm3制系统中。松装盗捉1.67-1,83g/cm二硫径钥的基本特性见表4-3-1。熔点3527(二)石超耐热性在大气中500时，可短期使用，在426下，可长使用，在454时，行深其行稳定且明经的层状六方晶体结构，是会发尘快速氧化，氧化产物为C0,酸结品的变形体，其结构见倒4-3。在问一平面C02层内，相邻碳原子间以牢閩的共价键料联，式距离蒸汽压较低袋范(0.142nm)。层与层之问的碳原子是由较踢与金战、橡胶的不起反应的也德华力积联结，其距离较大(0.34：)，其反应智明显行向异性的特性。由于这种品：体架构特点，摩擦系数吸附于其他物体的能力较菊，甚延对:得层与层之间的酸原子作用力婴比层内者羽得洁净金属表面的段附能力也如此。石多。因比，当品你受到剪切力作用时，层的劈开远的润酒作用受水森气及其它气体吸附层比语向的作用力对层的破坏容易，这样行墨晶体就的影响较大，在其空中则失去裤滑作用，摩解系数因试验条件面异，一股在笨易产：生层间滑移。0.050,19内变化硬度奖氏12、背氏90一1000.142nm疮队第2.0410-32cm,与金属的导电性0-0相近抗拉强度2,53.5MPs抗压强度20-24MPa抗弯蓝度8.510MPa抗冲强度1416Ncm/em2抗树慰性在丫射线招照后，室温下，摩齧力如48%，经中予锢服后，福格要损伤：扬赋时，李浆系数要降低级膨张系数2.210-e1/图43-3石题品体站构模型弊性模避9J40MPa当行隐品体畈附水气后，层间的结合力就诚弱，图弧层与层之间容易被剪断面产生滑移。所以，石与水的按触角50孤在有水气存在的情况下具名良好的润滑性能。何丛，在高真空或十分于燥的条作下，它的摩擦系数千座擦下为03MPam/s平均Pv值比在大气中儿平大一个数量级，磨损率也大。这就有蒋滑液的情况下为3MPm/8是说，石竖不宜使用于真空条件下。注：或中所到石密的一些力学特性，均为碳一石强林石照在摩擦状态下，能沿着品体层间滑移，并料的效据。4-5沿者摩擦方向定而。万与涮、铬橡胶等的表阿分解证度520，可在344下使用，与水的送跑角名良好的粘着能力，内此、在一散条件下，行骚是为110。与石墨或一硫化比、它的耐增生好，一种优良的润科剂。是，当吸附膜解吸后，石转能乐受的Pv值业较高，这是由于氯碳速的结合能的摩擦磨损性能会变怀。所以，人们倾问子在氧化较强所致。层与层之间的E离此行琴大得多，因此的倒成铜的表面上以行爱作滴冷剂。更容易在层间发牛剪切。由于纸的引入，烛它在尚相于润滑的石圈是粉末，死可源加在液体中，温、高速、高负荷条件下的性能优于石圈或二硫化义时以加工成复合材料或涂层摸。实践诳明，石器钳，改善了石是在没石水气条件下的润滑性能。的结品度、平均粒经、粒子滟状！张质含景均对(器的润滑特投有蟛响。一般地说，石照的结鼠度越(四)氨化硼,它对被润湘的装面保护牲就越好。氮化是一种新型陶瓷材料，在高温、高压下利用石器易于吸附（城的特性，可以在其层问可以烧结成形。它具有与石是类似的六方品系层状引入哀、金展或金两化合物制成层间化合物。通常，结构，是一种白色粉未，有“白石墨”之称。每层烈间化合物的调谐特性比石腿本身斐好一些。叫之间的硼与氮交锚地距叠者，结晶层间的结合力比此，近年来对层创化合物的酐究十分活跃。层内结合力弱得多，所以层与层之问容易滑移。氮行操的基本特性儿衣4-3-2。化翻与石墨的性质有任大不同。氮化的密度为2.27g/cm,熔点为3100一3300(三)氟化石超，莫氏硬度为2：在空气中摩搽系数为0,2，而在其氟化石墨是种从灰色到白色的粉末，它是无空中为0.3，在气中热安定株为700，而在真机高分子化合物，共结品为六方品形，抓欢之制是中为1587。它耐脑恤，电绝每性很好，电阻率大于以：固的共价键相结合于“平面层内”。它的皱品10142cm,压缩强度为170Pa,在c轴方向上的熟构道也具有层状结构，见图4-3-4。这种化合物是膨胀系数为4110-1/，面在d轴方向上为一2.3石墨与元素拟-一起加热白接反应的生成物，即0,在氧化气氛下最尚使用温度为900，而在加热非祈性还原气筑下可达2800，但在常温下润滑性C+xF(Cix)n能较差，故佛与氟化石是、石腿与二硫化钼混合用式巾，=1或￥=1/2。反应完成后，粉术就成作高温润滑剂，用额化蹦粉未分散在油或水中可为的色，有一定沿润感。降踪系数比石墨低，在大以作为拉丝或压制成影的润潸剂，亦可肛作高温炉气中为0.020.2，宜空中为0.2一0.28。密度为滑动苓件的润滑剂，笈化硼的烧结体可用作具有自2.8lg/cm,英比硬度12，氧化点320一340，润滑性能的抽承、滑动零件的材料。9.142mCoD0D-00石签筑化石墨图4-3一4石整和纸化石蛋基本构造比较4-6算有低隆擦特性的材料。再就是PTF民不论是与金(兰)聚四氟Z烯弱或若是芍被氧化的金属表面接触摩擦时，榴快案四氟乙烯(PP)的商品名为特氟碰，它在其丧面上生成强的化学键合，例如PTFE作艇的是由四氯乙矫聚金前成分了最为一910的高鹤表倒静动时，在钨的装面上能形成非常华尚的、分子材料，聚四痕乙豁含有“一(CFz)一”的基本有时仅有儿个单分子层厚度的PTFE转移膜，秤知链节，出这种链节形戒了毕崮的碳链结构：同时它当PTE在续金厨锂动时，上述现象不目发生，又使案合物分子问的强能变得很弱。而且这种作用还湘当温，以至金属锂的质点也能转聚叫叙乙娇有很好的化学交定性和热稳定性。移到PTE的装面上，正是由于这种转移膜，它提在高温下与浓啦、浓城、趾京化剂均不发生反应，供了PTFE具有低摩擦的根本条件。其至在玉水中煮湖，其重量及性能都没有变化。PTPE的耐磨损性：是不好的，很多人正街助于绝大多数有机溶剂，必化碳氢化合翻、酮类、醇现代分析测试仪器，深入、广泛地研究它的品体形类、继类都不起作用。PTE仅与熔融态碱金属、成过程、晶包的大小以及PTFE的生产丁艺对名你三叙化氯、元素纸等起作用。们是，也只是在高温结构的影响等，希望能从根本上改善PT卫E的耐磨下作用才显荞。PTFE的耐热、耐寒性都很好，使护性。此外，必须注意的是PTFB在低负荷茶咋下用温度从-180到250，性能都不变，即使在也会出现“流前”（形变）的倾向，一般称为“冷250下处现210，机械性能也不会降低。在乱度沉现象”，而且PTFE的耐暂照性也不好。H前多超过385时能观察到有明服的失重，温度达390是通过在PTPE中填充其它物质来进行改性。从大时，每小时失重挂为9.06%。但是，也有人指出，量的实践证明，几乎任何填料，不论是具有润背性采四氟乙烯从节温就有难以被入察觉的、极缀慢的的或者是具有研磨作用的填料，对捉高聚四纸乙给升华。PTFE具有极小的表商能。阴此它在很宽的的耐磨损性都是有益的。问题的关键是这些填什如通度范開和儿平所有的环蟾氛下，都能樑却良好柯美响PTFE的摩擦特性至今还没有确切解释，填化学安定性、热稳定性以及潮浴性。料的源孤加多华米还是幕经验来决定。此外，用纤维PTFE也具有各向异株，在：游动摩擦条件下，增：TFE的方法，也取得了令人满意的站华，兴也能发生良好的定向。PTF的摩擦系数比石、验证明，不论是用长纤维或是用短纤雏来增啦MS2郴低。一般PTE对张的摩擦系数经常引用位P?F五，都会有明显的效朵，从i也成功地解决了为0.04，在将负荷条件下，際擦系数会降低到卫T上心在负荷作用下的冷减题。国是，还须说期，0.016。用晚纤维苯蜡强PTB后，其酵磨损性的改普没有对PTFE的摩擦特性研究报守很多，解释也各取得令人满意的结梨，这仍然是今后还纸逃一步研不解同。有人认为，当消洁的PTFE表面被压在一究的课题之一。在选择不同可填料和增强材料斧改起时，一般特说下它的分了可以邀过界面与对方形PTFE时，近年来对添加硬质相物质，咖！化硅、成强的键合，奶果滑移，这种就能紧紧地卡住，碳化正、碳化等正受到人们的重视，而且在实际且可能使：一方的结构酸裂。这时，的切将发生在较应用中取得了好的结果。软材料体的内部面不是发：在磨浆的表面，此时的为改性PTFE,除器加不同的填料和增强材摩察系数伉应近似地等于较软材料的剪切显度与屈料外，目前国外还趋向应用化学的共豢、共混的服压力之比。但是，行人认为PTF的低摩擦是分方法来根木改变PT空D的固有缺陷，这也是塑料子躁之闭或者是出于转移膜之间的低粘结作用，问蒌西体润滑材料的共性，必须引起我们地够的宣时州之PFE棒内坚出的罐宽之间的连结而形成有视。相当高的体积剪切强皮，这种分子阿的低猫结作用PTE的化学安定性很好，表面能又很小，因和筋的体积剪切强度是带来低熊漆的主要原因。换此它的成型材料对金属炭面的粘蜡能力很渠。这就何话说，PTF的低摩擦，际上不是PT下E对在很大愁发上影响了它作为诚擎材料的用途，祥它材料的摩擦，血是PTF:极短时间内，在对摩才能是高它对金腐表面的粘结能力，有希蔻的办法材科农面上形成的PT心转移膜与TFB之间的衣是在粘箭剂中加入某种有机陵。PTPE的一般性指面紧。这样看来，TFE山可以认为是种内在的见表-3-3。