固体润滑剂应有的特性

固体润滑剂应有的特性为了实现对摩擦表面的固体润滑，应该选择比较理想的固体润滑剂。固体润滑剂应能在使用中不断地为表面提供润滑，形成的固体润滑剂转移膜应具有低的摩擦系数，并对金属基材和对偶材料有较强的粘着力和良好的耐磨性。为此，固体润滑剂应该具有不低于金属基材的热膨胀系数。当然，也可以添加各种合适的添加剂，以改善固体润滑剂的润滑性能。由此看出，摩擦面上能否形成固体润滑剂的转移膜，这层膜与基材粘着的牢固程度及耐磨性如何，是影响润滑性能的主要因素。一、固体润滑剂应有的特性进入摩擦副表面的固体润滑剂是以固体润滑膜的形式发挥其作用的。不管是以固体粉末直接擦抹于摩擦表面，还是用无机或有机粘结剂将固体润滑剂粘结于摩擦表面，或是用物理或化学方法镀覆的镀涂膜等，必须具备以下一些特性。摩擦特性所有的摩擦副都要承受一定的负荷或传递一定的动力，并且以一定的速度运动。粘着于摩擦表面的固体润滑剂在与对偶材料摩擦时，在对偶材料表面形成转移膜，使摩擦发生在固体润滑剂内部。这样才能表现出良好的摩擦特性一一较低的摩擦系数。所谓摩擦特性，应该包含以下两个内容：(1)对偶材料间的摩擦是在一定负荷的作用下进行的，固体润滑剂应使其保持较低的摩擦系数，不使对偶材料间发生咬合。而且，固体润滑剂的摩擦系数随着负荷的增加而减小;（2）对偶材料间的运动是以一定速度进行的，固体润滑剂应使其保持较低的摩擦系数，不使对偶材料间发生咬合。而且，固体润滑剂的摩擦系数随着速度的增加而减小。固体润滑剂的摩擦特性与其剪切强度有关，剪切强度越小，摩擦系数则越小。层状结构润滑材料在摩擦力的作用下，容易在层与层之间产生滑移，所以摩擦系数小。软金属润滑材料能产生晶间滑移，剪切强度也很小。因而这些物质可以作为固体润滑剂。承载特性在一定的负荷下，以一定速度运动的摩擦，会产生温升。对偶材料在摩擦时，由于各方表面微观的粗糙度，会使微凸体处产生局部高温，有时温度高到可使该材料熔融，同时使摩擦表面的整体产生较高的温升。而且，负荷越大，温升越大；速度越大，温升也越大；温升越大，磨损也越大。由于温升，摩擦材料的物理机械性能和摩擦学性能都会发生趋弱的变化。固体润滑剂应该具有承受一定负荷和运动速度的能力，即承载能力。在它所能承受的负荷和速度的范围内，应该使摩擦副保持较低的摩擦系数，不使对偶材料间发生咬合，而且应使磨损减到最小。为了使固体润滑剂在规定的工作条件下充分发挥其润滑作用，对于轴承等材料来说，有个特定的标量，即皿值（Pa・m/s）一一负荷p（Pa）与速度v（m/s）的乘积。对于每种润滑材料，都有其极限pv值（超过该值运行便失效）和工作pv值（正常工作条件）。通常，工作p值为极限扣值的一半左右。固体润滑剂的承载特性与其本身的材质有关，尤其受其物理机械性能的影响。同时，与固体润滑剂在基材上的粘着强度有关。粘着强度越高，承载能力越大。耐磨性对偶材料间在一定的负荷和运动速度条件下发生的摩擦，总会产生磨损。经过若干周期的摩擦，固体润滑剂全部磨损完时，便是其耐磨寿命。通常，固体润滑剂的耐磨性随着负荷、速度的增加而下降。因此，应用于每个具体摩擦副构件的固体润滑剂应该具有与设计寿命相一致的耐磨性。固体润滑剂的耐磨性与下列两个因素有关：（1） 固体润滑剂对摩擦表面的粘着力越强，越容易形成转移膜，其耐磨性也越好，固体润滑膜的寿命越长。影响固体润滑剂对摩擦表面粘着的因素较多，最主要的因素在于固体润滑剂与其所粘着的材料间的匹配应该合理，才能使其牢固地粘着在表面上。（2） 固体润滑剂应该具有不低于基材的热膨胀系数。当摩擦引起温升时，由于其热胀系数较高血将突出于基材表面，并与对偶材料接触，不断提供固体润滑，以维持较好的耐磨性能。同时，固体润滑剂的耐磨性与气氛环境条件有关。4.宽温性固体润滑剂应能在一定的温度范围内工作。 目前，固体润滑剂的使用温度上限在1200°C以上（金属压力加工中所使用的固体润滑剂），最低温度在-270C左右（液氧和液氮等输液泵轴承的固体润滑）。但是，无论何种固体润滑剂都没有这样宽的工作范围。实际使用的固体润滑剂只要求适用于某一特定的温度范围。而且通过制造特定的复合润滑材料便可以适用于某个温度范围工作。在一定工作温度范围内，固体润滑剂应该具有较低的摩擦系数、较好的润滑性能和耐磨性。在较高的使用温度条件下，因摩擦而产生的热量将会影响材料的性能。因此，对于使用于较高温度下的固体润滑剂提出耐热性的要求是合理的。耐热性好的材料熔点高，且在较高温度下仍能保持良好的物理机械性能和摩擦性能。同时，使用于高温的固体润滑剂的热传导性要好，使摩擦产生的热量易于传导出去。有时，摩擦点的温度会升得很高，热传导性好的材料容易把摩擦热向外传导，有利于降温，使摩擦材料维持正常的工作性能。气氛特性许多固体润滑剂的润滑效果对气氛有依赖性。而且，有的固体润滑剂（如软金属银、金、铅等）受气氛环境的影响较大，只能适应于特定的气氛条件下工作。为此，可以采用以下两种办法来解决：在特定的气氛条件下选择特定的固体润滑剂及其复合材料；在固体润滑剂中添加某些添加剂来改善它的气氛特性。例如，二硫化钥在空气中可能氧化，特别是处于350°C以上高温时，易与氧气激烈反应生成三氧化钥，这是个硬质磨粒，会加剧对偶材料的磨损。但是，二硫化钥处于真空或惰性气氛条件下甚至可以用到1000C以上的高温。因此，选择二硫化钥作为固体润滑剂时，若在空气中使用则应注意工作温度不得超过350C。若在短时期内使用温度超过350°C，可在其中添加抗氧化剂。同时，二硫化钥及其复合材料可以应用于真空或惰性气体气氛中。又如，润滑油脂要在特定的含有一定比例氧气的氮气气氛中才能形成原位摩擦聚合膜。时效性时效性是指固体润滑剂的物理机械性能和摩擦学性能（包括摩擦特性、承载特性和耐磨性等）在规定的使用时期内不发生变化，并能起到良好的润滑作用。某些处于恶劣环境条件下工作的固体润滑材料，维护保养很困难（甚至不可能，如有的重型大桥的支承所用的固体润滑材料要求在数十年甚至上百年内不进行维修），这就要求固体润滑剂在其设计的使用寿命期限内具有良好的时效性。耐腐蚀性摩擦副可能处于酸、碱、盐等各种腐蚀性介质中工作，也可能处于雾、水、海水和其他腐蚀性液体介质中工作，或处于各种腐蚀性气体环境中工作。在这些有腐蚀作用的环境中工作的固体润滑材料应该性能稳定，不发生任何变化，在规定的使用寿命期内保证其良好的润滑性能。耐辐射性工作在核工业、原子能电站或有放射性物质存在环境中的固体润滑剂，必须具有耐辐射性能。有机物固体润滑剂的耐辐射能力较低，在受到一定强度的辐射后.将发生交联或聚合，但主要发生解离作用，使其变硬发脆而失去润滑作用。因此，要求固体润滑剂在规定的使用时期内能承受一定强度的放射性辐射，固体润滑剂的物理机械性能和润滑性能应基本保持没有变化。层状固体润滑材料和软金属润滑材料及其复合材料都具有这种特性。蒸发性各种物质在一定的温度和压力条件下都会蒸发，由液体变成蒸气，弥散在空间中。有的固体会因温度升高、压力降低直接变成气体，称为升华。某些应用于航天器中的固体润滑剂在开经后将处十真状态卜作，1文时的气压接诉十干基。如果蒸发性大。中固休派滑剂变态形成的气态物将粘附于其它零件表面，影响别的机构的工作。因此，应用于真空中的固体润滑剂应该具有蒸发率低的性能。腐蚀性固体润滑剂要粘着于其它物体的表面才能起到减摩润滑作用。因此，固体润滑剂对其附着的基体材料应该没有腐蚀性，也不应该对基体材料发生化学物理作用而使其物理机械性能和润滑性能发生变化。其他，固体润滑剂必须对人、畜无害。二、使用固体润滑剂的优缺点使用固体润滑剂的优点固体润滑剂可以应用于高低温、高真空、强辐射等特殊工况中，以及粉尘、潮湿、海水等恶劣环境中；可以在不能使用润滑油脂的运转条件和环境条件下使用;重量轻、体积小，不象使用润滑油和脂那样需要密封、贮存罐和供液系统（包括控制装置等），排除了漏油；时效变化小，减轻了维护保养的工作量和费用；解决了润滑技术上的一些难题，增强了潮湿环境中的防锈能力，减轻了设备的有形磨损。使用固体润滑剂的缺点固体润滑剂的摩擦系数大，一般比润滑油润滑的摩擦系数大50〜100倍，比润滑脂润滑时大100〜500倍；因热传导困难，摩擦部件的温