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| 無機(jī)非金屬固體潤滑劑的摩擦學(xué)性能 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-01-20 11:14:02 瀏覽次數(shù)： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）無機(jī)非金屬固體潤滑劑種類較多，具有代表性的物質(zhì)有石墨、氟化石墨、氮化硅、氮化硼、云母、滑石和玻璃等。無機(jī)非金屬固體潤滑劑具有重量輕和體積小等特點(diǎn)，是一種天然的優(yōu)質(zhì)潤滑劑。
無機(jī)非金屬固體潤滑劑憑借自身抗氧化能力強(qiáng)、硬度高、耐腐蝕性強(qiáng)、產(chǎn)品尺寸精確度高，可以很好地解決高輻射、高真空、高低溫和強(qiáng)腐蝕等特殊工況下的潤滑難題等優(yōu)勢，已經(jīng)在潤滑領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。
無機(jī)非金屬固體潤滑劑的研究比較多，研究面也比較廣。在此主要介紹目前應(yīng)用比較多的石墨、氟化石墨等無機(jī)非金屬固體潤滑劑的摩擦學(xué)性能。
1 石墨的摩擦學(xué)性能
石墨是碳的一種形態(tài)，外觀呈黑色，有脂肪質(zhì)的滑膩感，密度為2.2 g/cm3～2.3 g/cm3，熔點(diǎn)為3 527℃。石墨的分子結(jié)構(gòu)是同一層內(nèi)的碳原子牢固地結(jié)合在一起，不易破壞；層與層之間的碳原子則是由較弱的范德華力相連接，層與層的間距為0.335 nm。石墨具有龜甲狀排列的碳原子平行層，在1μm 厚的結(jié)晶中就有幾千層重疊的原子層，受到剪切力之后易于滑動(dòng)，這就使得石墨滿足固體潤滑劑的要求。
石墨具有較好的高溫安定性，粘著性和化學(xué)穩(wěn)定性，摩擦因數(shù)為0.05～0.19。Alberts 等研究了納米石墨在摩擦面的潤滑性能。研究結(jié)果表明，在D-2 型鋼表面摩擦過程中，納米石墨能很好地降低摩擦力和比能，并且能拋光摩擦表面。
侯越峰等通過濕法化學(xué)研磨方法制備了納米石墨濾餅，并通過相轉(zhuǎn)移方法轉(zhuǎn)移到潤滑油中，得到了分散穩(wěn)定性良好的納米石墨潤滑油。用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究了其抗磨性、承載能力和摩擦因數(shù)，并通過掃描電鏡對(duì)磨斑的形貌進(jìn)行了觀察。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在392N的負(fù)荷下，在基礎(chǔ)油中加入納米石墨后，基礎(chǔ)油的磨斑直徑由0.52 mm 下降至0.46 mm，摩擦因數(shù)由0.0867 下降至0.0612，承載能力基本保持不變。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推測，納米石墨在金屬表面上實(shí)際上起到了“分子滾珠”的作用，降低了摩擦。
王海斗等選用無機(jī)硅水基涂料作為溶劑，石墨與金屬鋅粉（尺寸均為5 μm 左右）作為溶質(zhì)，利用刷涂法在鋼基體表面制備石墨固體潤滑涂層，利用MM-200 型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同石墨含量的固體潤滑涂層進(jìn)行了詳細(xì)的摩擦學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)，選用的固體潤滑層中石墨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%，26％，28％，30％，32％，34％和50％。
試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石墨固體潤滑涂層的摩擦學(xué)性能與石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間呈“馬鞍形”變化規(guī)律，當(dāng)石墨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28％時(shí)，固體潤滑涂層的減摩，抗磨性能最佳。分析其原因，當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)太低時(shí)，不能很好地發(fā)揮固體潤滑作用；當(dāng)石墨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)太高達(dá)到50％時(shí)，相應(yīng)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低（只有50％），使石墨在涂層中沒有足夠的附著平臺(tái)，摩擦過程中容易剝落，因此潤滑性能也下降。
通過以上文獻(xiàn)可以看出，石墨作為一種性能優(yōu)異的固體潤滑劑在潤滑摩擦領(lǐng)域已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，但石墨及其衍生物的極性弱，對(duì)金屬的吸附能力弱，需要一定的條件下才能發(fā)揮出良好的潤滑性，因此在這方面需要進(jìn)一步的研究。另外，石墨在介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性比較差，這也是以后重點(diǎn)研究的一個(gè)方面。
2 氟化石墨的摩擦學(xué)性能
氟化石墨是一種重要的無機(jī)非金屬材料，具有優(yōu)良的潤滑性能。在干燥或潮濕的高溫環(huán)境中（400 ℃～500 ℃）的摩擦因數(shù)較小，使用壽命較長。由于氟化石墨的表面能低，層間能小，且具有良好的熱安定性和化學(xué)穩(wěn)定性，幾乎在所有氣氛中都能保持良好的潤滑特性，故作為固體潤滑劑，特別適合于在高溫、高壓、高速、高負(fù)荷和腐蝕性介質(zhì)等苛刻條件下使用。最近幾年，在飛機(jī)、轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)上有用氟化石墨作潤滑劑的趨勢。
王鶴壽等研制了粒徑小于0.5 μm 的超細(xì)氟化石墨，通過使用MS-800A 四球機(jī)和俄歇電子能譜（AES） 研究超細(xì)氟化石墨的理化性能和潤滑性能。研究發(fā)現(xiàn)，超細(xì)氟化石墨能在摩擦表面產(chǎn)生碳和氟，形成物理吸附膜，從而產(chǎn)生較好的極壓抗磨作用，具有良好的開發(fā)和應(yīng)用前景。
黃之杰等采用四球機(jī)研究了納米級(jí)氟化石墨在26 號(hào)白油中的抗磨性能、減摩性能和承載能力。研究表明，納米級(jí)氟化石墨對(duì)鋼-鋼摩擦副表現(xiàn)出良好的抗磨減摩性能，與未加添加劑的基礎(chǔ)油相比，可使磨斑直徑平均減少25％以上，摩擦因數(shù)降低35％左右，具有較好的承載能力，使用效果稍好于T321 硫化異丁烯，與T301 氯化石蠟配伍后具有增效性。
夏金童等制備氟化石墨之后，用石墨、二硫化鉬和氟化石墨3 種粉末分別以85％和15％的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與樹脂配料，經(jīng)攪拌混合、壓型和固化處理，使之成為6 種滑塊體。在相同條件下，用MHK-500型摩擦試驗(yàn)機(jī)測試樣品的摩擦因數(shù)。結(jié)果表明，二硫化鉬摩擦因數(shù)較高，石墨次之，氟化石墨最低，說明氟化石墨具有優(yōu)良的潤滑性能。
從上述研究中可以看出，氟化石墨潤滑性能優(yōu)于常用的石墨和二硫化鉬，具有較好的應(yīng)用潛力。近年來氟化石墨作為汽車和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑劑也越來越引起人們的重視。但由于其粒徑較大，通常在潤滑油中不能均勻分散，會(huì)產(chǎn)生沉淀，應(yīng)用受到限制。氟化石墨在潤滑油中的分散問題還有待進(jìn)一步研究。
無機(jī)非金屬固體潤滑劑本身具有一定的缺點(diǎn)，比如會(huì)產(chǎn)生磨屑污染，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音和振動(dòng)，不如液體潤滑油那樣具有較低的摩擦因數(shù)，也不像其它金屬固體潤滑劑那樣具有一定的自修復(fù)性能等，但它憑借著自身對(duì)環(huán)境要求低，耐熱性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢，已逐步被摩擦潤滑領(lǐng)域所關(guān)注。而且非金屬類無機(jī)固體潤滑劑維修保養(yǎng)簡單，制作成本低廉，具有巨大的應(yīng)用潛力。
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