第10章 润滑材料

第10章润滑材料概述润滑油及其性能润滑油添加剂润滑脂合成润滑油水基润滑液固体润滑剂环境友好的润滑剂概述润滑材料：在摩擦副间加进能够降低摩擦和磨损的物质。分类润滑油、润滑脂、固体润滑剂、气体润滑剂润滑油占全部润滑材料的97%。润滑油作用润滑冷却和清洗密封防腐润滑油及其性能润滑油的生产过程润滑油是石油经减压蒸馏所得的馏分油或残渣油，经过各种精制而成的基础油，再经调合，加入适量的添加剂而成。润滑基础油的化学元素成份元素：C，H在95%~99%，少量的S、O、N

烃类化合物：烷烃，环烷烃（C5环和C6环），芳烃，烯烃化学组成与性能的关系润滑油的性能指标（2）油性：反映润滑油的吸附能力，在边界润滑中油性起重要的作用。油膜强度(无卡咬负荷)PB:单位N极压性：反映润滑油在高温与金属发生化学反应的能力。用四球机的烧结负荷PD：单位N低温流动性（浊点和倾点）：低温工作指标。闪点：安全指标，非危险品的闪点>60℃抗氧化性：氧化是油品变质的主要原因。抗泡沫性：泡沫倾向性（FT）：产生泡沫的难易程度泡沫稳定性（FS）：泡沫的寿命长度。润滑油添加剂添加少量到油品中，能显著改善油品的理化性能，提高油品质量。添加剂的作用

减少发动机部件上有害沉淀物的形成与聚集；中和油品氧化产生的酸性物质物质，减少腐蚀；减少摩擦和磨损，延长设备和部件的寿命；延缓油品氧化，延长油品的使用寿命；改变油品的物理性能，粘度、凝固点和泡沫性能。我国目前添加剂有11大类，120多个品种。按其功能主要以下几类清净分散剂（T1），抗氧抗腐剂（T2，T5），粘度调节剂（T6），载荷添加剂（T3，T4），降凝剂T8其它功能添加剂：如抗静电剂，抗乳化剂各类添加剂消耗量：清净分散剂50%以上，粘度调节剂10~20%;载荷添加剂主要作用是在金属表面形成吸附膜和反应膜，减少摩擦和磨损。分为两大类：油性剂（T4）和抗磨极压剂（T3）油性剂（T4）：在边界润滑下，形成吸附膜，加强油品的润滑作用。如动植物油，脂肪酸、醇、酯、胺、盐，有机磷酸酯，及有机聚合物。在压力和温度不高（不超过150℃）抗磨极压剂在高温高压下，边界膜被破坏失效。需要能生成化学膜的添加剂，以防擦伤和烧结。硫系：R-S-S-R’→R-S-Fe→FeS2此膜的熔点为1100℃℃以上，有极压抗磨作用。主要产品有：硫化棉籽油磷系：生成磷化铁或磷酸铁酸膜，具有抗烧结性能，主要产品有磷酸三甲酚酯，亚磷酸二丁酯氯系：生成FeCl2、FeCl3膜，熔点较低，有腐蚀性，氯化石腊。金属盐极压剂：主要有ZDDP，抗烧结性好，抗磨性差。清净分散剂：占润滑添加剂的50%以上，主要用于内燃机，用量2~10%。清净剂：除去发动机在高温下生成的沉淀物，保持发动机内部清洁，另有增溶和酸中和作用。常用的为有灰类型：中性、高碱性石油磺酸钡分散剂：对油泥、积炭等产生分散悬浮作用，常用为无灰类型，如丁二酰亚胺。粘度调节剂：调节粘度指数，保持润滑油在低高温下有较好的粘度，主要用于稠化机油。油溶性高分子聚合物，如聚聚甲基丙烯酸酯，聚异丁烯（PIB），乙烯丙烯共聚物（OCP）降凝剂：降低凝固点，改善油品的低温流动性。聚甲基丙烯酸酯，聚α烯烃抗氧抗腐剂：抑制油品的氧化，延长油品的使用寿命。在低温（100

℃）和金属催化作用不太强的情况下，常用酚类、胺类抗氧剂，如T501在高温环境，金属催化强烈，需高抗氧防腐剂，在金属表面形成保护膜，能防止金属与酸直接接触。防锈添加剂：防止金属零件与空气中水和氧接触而生锈。主要为一些极性化合物，能形成致密的吸附膜。如有机酸及其盐类，有机酯，有机胺及杂环化合物如，苯并三氮唑（对铜）抗泡剂：抑制或减少泡沫的生成。常用有二甲基硅油，用量5~10ppm。抗泡剂的必备性能：不溶或难溶于油，与油有亲和性，表面张力小。润滑油的分类GB7631.1-87:《润滑剂和有关产品（L类）的分类——第一部分：总分组》，依据应用场合，将产品分为19组A全损耗系统G导轨R保护防腐B脱模H液压系统T汽轮机C齿轮M金属加工U热处理D压缩机N电器绝缘X润滑脂E内燃机P风动工具Y其它F主轴、轴承Q热传导Z蒸汽气缸S特殊润滑剂润滑剂产品的类号L+组别+品种+粘度

L-AN46粘度（40℃）轻负荷组别：全损系统用油类别（润滑剂）46号全损系统轻负荷用油（46机械油）LHM32（32#抗磨液压油）液压油的选用一、基本性能合适的粘度和良好的粘温性能良好的抗氧化和防腐蚀性能良好的抗乳化性和水解安定性良好的润滑性良好的抗泡沫性良好的抗剪切性良好的过滤性对密封件的溶涨性小二、主要品种介绍HL普通液压油抗氧防锈型液压油，以精制矿物油加多种添加剂调配而成。适用于一般机床的主轴箱、液压箱和齿轮箱及中、低压液压系统（<2.5MPa为低压，2.5-8.0MPa为中压）。作为机械油的升级换代产品，机械油已被淘汰。HM抗磨液压油

以优质中性基础油加入抗磨、抗氧、防锈、抗泡等多种添加剂调配而成，比HL更肯有抗磨性，适用于压力大于10MPa的高压系统。抗磨性能通过威克斯叶片泵试验和FZG齿轮试验。两类：含锌型（有灰）无灰型三、液压油的选用液压系统和工况条件。油泵类型：齿轮泵用HL、HM，而叶片泵和柱塞泵只能用HM。液压元件：含铜银材质不能用含S液压油，含Al元件不能选用pH>8.5的碱性液压油。油泵使用的最低粘度：齿轮泵：8mm2/s叶片泵10mm2/s，柱塞泵8mm2/s.合成润滑油在高温、低温、高辐射、高真空等极端条件下，石油润滑剂不能适用，均采用合成油。类型：合成烃类油、合成双（多）酯，合成醚及其它。合成油的特点：高低温稳定性好，VI高；低挥发性，抗辐射性好，化学安定性好，抗燃性好。不足：价格昂贵应用：航天航空、车用机油，难燃液压油，压缩机油，抗辐射润滑润滑脂润滑脂是润滑油稠化而成的具有可塑性的润滑材料，俗称“黄油”。优点：耐压性强好，有减震性能，不易流失（无需经常添加），粘温性能好，密封性能好，可减少磨损。缺点：无冷却作用，更换不便组成：基础油（石油、合成）+稠化剂+稳定剂+其它添加剂润滑脂的组成基础油：总量70~90%，决定润滑脂的性能。低速低负荷用仪表油和变压器油，中速中温中负荷用LAN30、LAN40，高温高负用11号、24号汽缸油稠化剂：10~20%，金属皂类（钠，钙，锂、铝、钡），非皂类：烃基（石蜡、地蜡）用于凡士林，有机稠化剂（有机脲，有机氟）用于合成脂，无机稠化剂（膨润土、石墨）用于高温脂稳定剂：改善润滑脂的结构，增加油皂的结合力。水、甘油和低分子有机酸盐。润滑脂的主要理化性能滴点：润滑脂的耐热性能。工作温度比滴点低20~30℃。针入度：润滑脂的软硬程度。针入度大，润滑脂软，负荷大用针入度小的脂。分为1，2，3脂耐水性：脂耐水解和乳化的程度，以烃基和铝基脂最佳，钠基脂最差。胶体安定性：胶体结构的稳定性。腐蚀性：保护金属免受腐蚀的能力，烃基脂比皂基脂好。常用的润滑脂钙基脂：润滑性能好、耐水性、中滴点，价格低，产量高。适用于40~60℃，150r/min的机械。钠基脂：润滑性能好，滴点高，耐热性强，熔化后也不降低其润滑性。用于<120℃，但不耐水性。钙钠基脂：轴承脂，高滴点、耐水的减摩脂，良好泵送性能和机械安定性，用于90~120℃铝基脂：极好的耐水性和防腐性，滴点低（75℃），船用脂。锂基润滑脂几乎兼备其它皂基脂的优点，在多数场合下都可取代其它皂基脂，是国内推广应用的新品种。

润滑脂的分类问题润滑脂品种复杂，牌号繁多，分类工作十分重要。旧分类GB501一65是按稠化剂组成分类的,即分为皂基脂、烃基脂、无机脂与有机脂四类。新分类GB7631.8-90是按润滑脂应用时的操作条件进行分类的。GB7631.8-90标准和有关资料已发到公共邮箱，请同学认真学习。水基润滑液组成：主要为基础油+乳化剂+添加剂+水，为液液多相分散体系。基础油和添加剂主要起润滑、防锈、防腐作用，水起冷却作用，乳化剂降低油水界面张力，使油分散于水中。乳化剂分子结构：极性亲水基+非极性亲油基乳化剂的类型阴离子型：石油磺酸钠，油酸钠，油酸三乙醇胺非离子型：含有聚氧乙基（平平加，OP），多元醇（SPAN，TWEEN）阳离子型：主要为季胺盐类水基润滑液（2）乳化液的类型水包油（O/W），加入易溶于水的乳化剂油包水（W/O），加入易溶于油的乳化剂表面活剂剂亲水—亲油平衡值（HLB）HLB为1~3，消泡剂HLB为3~6，用于W/O的乳化剂HLB为8~18，用于O/W的乳化剂HLB为12~15，润湿剂影响乳化液稳定的因素乳化剂的用量和种类，乳化剂的复配可提高乳液的稳定性。温度：一般使用温度为40~60℃乳液PH值：8~10，低易酸败，高会腐蚀水的硬度：100~200ppm，过高使阴离子乳化剂失效。浮油和其它杂质，使乳液内部形成与氧的隔绝状态，增加厌氧微生物的繁殖，加速乳液腐败机械杂质：磨屑会吸附大量的润滑剂，另外加速乳液的氧化。固体润滑材料在摩擦副表面间，能减少摩擦磨损的粉末状或薄层状的固体材料。常用固体润滑剂层状结构：各向异性，沿着结层面滑动，而起润滑作用。石墨，二硫化钼，云母，BN，WS软金属：铅、铝、锡、锌，低剪切强度高分子聚合物：高密度聚乙烯，聚四氟乙烯。高温变软发生粘流的无机物：一些金属硫化物、氯化物、磷酸盐，玻璃粉。固体润滑剂的结构图(1)石墨的结构氮化硼的结构二硫化钼的结构图(2)一氧化铅的结构(3)固体润滑剂的特征在液体中不溶解，但可分散直接作用是减少金属滑动面间的摩擦和接触频率。物理作用机理主是层状结晶结构容易剪切。低高温均有效果石墨层状结构的六方晶系，层与层间可以滑动。粘着性能好，且传热导电。在空气中，325℃开始氧化，540℃以上润滑性能恶化有微量水汽的气氛中才有润滑作用，在水中有良好润滑性能，不能作真空润滑剂。化学性能稳定，耐辐射。摩擦系数为0.05~0.19石墨的物理性质石墨强度二硫化钼黑灰色，层状结构的六方晶系，层与层间可以滑动。与金属表面的结合力很强，能形成一层牢固的膜。在空气中，350℃开始氧化，生成MoO3，成为有害的磨料。遇到水蒸汽时好润滑性能下降，对材料有腐蚀作用。一般条件下化学性能稳定，不与金属发生化学反应，耐辐射。在真空有优良的润滑性能，摩擦系数为0.06左右。MoS2的基本性能MoS2与气氛固体润滑剂的应用1润滑油：高温润滑油如发动机油、高温链条油、齿轮油。发动机油中添加石墨和MoS2，能减少摩擦和磨损，还能节省燃料，减少NOX排放。2润滑脂：添加多润滑性更好3金属加工液：脱模剂，水基润滑剂(铝铸轧,钨丝拉伸,钢管拉拨)环境友好的润滑剂润滑油对环境的影响欧共体年销量的450万吨的13%，在美国废润滑油的32%，德国每年有5000T链锯油排入地球环境。瑞士在1992年禁止舷外二冲程上使用矿物油润滑剂，2000年欧洲规定用于摩托车、除草机、雪橇、链锯以及二冲程发动机必须使用可生物降解的

定义：生物降解性能好，而且生态毒性及累积毒性小的润滑剂。德国“蓝色天使”润滑液的标准生物降解能力大于70%（OECD301法）没有水污染无氯低毒（半数致死量LD50）基础油的生物降解性矿物油：生物降解性一般较差，环境毒性大。加氢精制的低粘度矿物油有较高生物降解性，高粘度的矿物油生物降解性差。合成油：多数合成酯的生物降解性较好，且毒性较小，为环境友好润滑剂，但价格较贵。聚乙二醇的生物降解性>70%，聚α-烯烃，高粘度的生物降解性差，低粘度的生物降解性较好。植物油：生物降解性好，粘度指数高，毒性小，但热稳定性不好，需