無機非金屬固體潤滑劑的摩擦學(xué)性能

/無機非金屬固體潤滑劑的摩擦學(xué)性能（無機非金屬固體）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。無機非金屬固體潤滑劑具有重量輕和體積小等特點，是一種天然的優(yōu)質(zhì)潤滑劑。無機非金屬固體潤滑劑憑借自身抗氧化本領(lǐng)強、硬度高、耐腐蝕性強、產(chǎn)品尺寸精準明確度高，可以很好地解決高輻射、高真空、高處與低處不冷不熱強腐蝕等特別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。無機非金屬固體潤滑劑的討論比較多，討論面也比較廣。在此重要介紹目前應(yīng)用比較多的石墨、氟化石墨等無機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2.2g/cm3～2.3g/cm3，熔點為3527℃。石墨的分子結(jié)構(gòu)是同一層內(nèi)的碳原子堅固地結(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0.335nm。石墨具有龜甲狀排列的碳原子平行層，在1m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，這就使得石墨充足固體潤滑劑的要求。石墨具有較好的高溫安靖性，粘著性和化學(xué)穩(wěn)定性，摩擦因數(shù)為0.05～0.19。Alberts等討論了納米石墨在摩擦面的潤滑性能。討論結(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機討論了其抗磨性、承載本領(lǐng)和摩擦因數(shù)，并通過掃描電鏡對磨斑的形貌進行了察看。結(jié)果發(fā)覺，在392N的負荷下，在基礎(chǔ)油中加入納米石墨后，基礎(chǔ)油的磨斑直徑由0.52mm下降至0.46mm，摩擦因數(shù)由0.0867下降至0.0612，承載本領(lǐng)基本保持不變。依據(jù)試驗結(jié)果推想，納米石墨在金屬表面上實際上起到了“分子滾珠”的作用，降低了摩擦。王海斗等選用無機硅水基涂料作為溶劑，石墨與金屬鋅粉（尺寸均為5m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型摩擦磨損試驗機對不同石墨含量的固體潤滑涂層進行了認真的摩擦學(xué)性能對比試驗，選用的固體潤滑層中石墨的質(zhì)量分數(shù)分別為10%，26％，28％，30％，32％，34％和50％。試驗結(jié)果發(fā)覺，石墨固體潤滑涂層的摩擦學(xué)性能與石墨質(zhì)量分數(shù)之間呈“馬鞍形”變化規(guī)律，當(dāng)石墨的質(zhì)量分數(shù)為28％時，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)量分數(shù)太低時，不能很好地發(fā)揮固體潤滑作用；當(dāng)石墨的質(zhì)量分數(shù)太高達到50％時，相應(yīng)鋅的質(zhì)量分數(shù)降低（只有50％），使石墨在涂層中沒有充足的附著平臺，摩擦過程中簡單剝落，因此潤滑性能也下降。通過以上文獻可以看出，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，對金屬的吸附本領(lǐng)弱，需要肯定的條件下才能發(fā)揮出良好的潤滑性，因此在這方面需要進一步的討論。另外，石墨在介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性比較差，這也是以后重點討論的一個方面。2氟化石墨的摩擦學(xué)性能（氟化石墨）是一種緊要的無機非金屬材料，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，且具有良好的熱安靖性和化學(xué)穩(wěn)定性，幾乎在全部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、高負荷和腐蝕性介質(zhì)等苛刻條件下使用。近來幾年，在飛機、轎車的發(fā)動機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0.5m的超細氟化石墨，通過使用MS—800A四球機和俄歇電子能譜（AES）討論超細氟化石墨的理化性能和潤滑性能。討論發(fā)覺，超細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。黃之杰等采納四球機討論了納米級氟化石墨在26號白油中的抗磨性能、減摩性能和承載本領(lǐng)。討論表明，納米級氟化石墨對鋼—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，可使磨斑直徑平均削減25％以上，摩擦因數(shù)降低35％左右，具有較好的承載本領(lǐng)，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)量分數(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型摩擦試驗機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。從上述討論中可以看出，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發(fā)動機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一步討論。無機非金屬固體潤滑劑本身具有肯定的缺點，比如會產(chǎn)生磨屑污染，有時會產(chǎn)生噪音和振動，不如液體潤滑油那樣具有較低的摩擦因