固體潤滑劑—課程論文

1、固體潤滑劑及其制備方法固體潤滑劑及其制備方法目目 錄錄1、固體潤滑劑基本知識(shí)、固體潤滑劑基本知識(shí) 潤滑劑根據(jù)其物質(zhì)狀態(tài)可以分成四類，即氣體、油類、脂類和固體潤滑劑。 固體潤滑是指利用固體粉末，薄膜或整體材料來減少作相對運(yùn)動(dòng)兩表面的摩擦與磨損并保護(hù)表面免于損傷的潤滑方法。 將固體物質(zhì)涂或鍍于摩擦界面，降低摩擦，減少磨損。1.1 固體潤滑概念1、固體潤滑、固體潤滑劑基本知識(shí)劑基本知識(shí) 對固體潤滑劑的基本性能有以下要求：（1）能與摩擦表面牢固地附著，有保護(hù)表面功能。（2）具有較低的抗剪強(qiáng)度。（3）穩(wěn)定性好，包括物理熱穩(wěn)定、化學(xué)熱穩(wěn)定、時(shí)效穩(wěn)定 和不產(chǎn)生腐蝕及其他有害的作用。（4）要求固體潤滑劑有較高

2、的承載能力。1.2 固體潤滑劑性能要求1優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）固體潤滑劑可以應(yīng)用于高低溫、高真空、強(qiáng)輻射等特殊工況中， 以及粉塵、潮濕、海水等惡劣環(huán)境中；（2）可以在不能使用潤滑油脂的運(yùn)轉(zhuǎn)條件和環(huán)境條件下使用；（3）重量輕、體積小、不像使用潤滑油脂那樣需要密封、儲(chǔ)存罐和供液系統(tǒng)；（4）時(shí)效變化小，減輕了維護(hù)保養(yǎng)的工作量和費(fèi)用。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1）摩擦因數(shù)大，一般比潤滑油潤滑的摩擦因數(shù)大50倍100倍；（2）熱傳導(dǎo)困難，摩擦部件的溫度容易升高；（3）會(huì)產(chǎn)生磨屑等污染摩擦表面；（4）有時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音和振動(dòng)；（5）自行修補(bǔ)性差。1、固體潤滑、固體潤滑劑基本知識(shí)劑基本知識(shí)1.3 固體潤滑劑的特點(diǎn)（1）作成整體

3、零部件使用 某些工程塑料如聚四氟乙烯、聚甲醛等摩擦系數(shù)較低，成形加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好，可以制成整體零部件。（2）作成各種覆蓋膜來使用 通過不同方法將固體潤滑劑覆蓋在運(yùn)動(dòng)副摩擦表面上，使之成為具有一定自潤滑性能的干膜，這是較常用的方法之一。（3）制成復(fù)合材料來使用 復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上的材料組合或復(fù)合起來使用的材料系統(tǒng)，最終目的是要獲得一種性能更優(yōu)越的新材料，一般都稱為復(fù)合材料。（4）作為固體潤滑粉末來使用 將固體潤滑粉末(如MoS2)以適量添加到潤滑油或潤滑脂中，可提高潤滑油脂的承載能力及改善邊界潤滑狀態(tài)等，這也是較常用的使用方法，如MoS2油劑。1、固體潤滑、固體潤滑劑基本知識(shí)劑基本

4、知識(shí)1.4 固體潤滑劑使用方法2、固體潤滑劑的種類、固體潤滑劑的種類固體潤滑固體潤滑劑：劑：無機(jī)物類、有機(jī)物類、軟金屬類、金屬化合物類。無無機(jī)物機(jī)物類類固體固體潤潤滑滑劑劑n 石墨、氟化石墨 層狀晶體結(jié)構(gòu)，剪切強(qiáng)度很小，與摩擦表面接觸后有較強(qiáng)的粘著力，能防止對偶材料直接接觸。n 氮化硼 六方晶體，具有與石墨一樣的層狀結(jié)構(gòu)和類似的性質(zhì)，可以用于高溫和絕緣性隔熱潤滑材料。n 滑石、云母、氮化硅 潤滑性能較差，但電絕緣性能好，能在高溫和特殊工況下充當(dāng)固體潤滑劑以及潤滑填料。n 玻璃 在一定的溫度和壓力條件下成熔融狀態(tài)，可隔離摩擦表面，在高溫下有良好的潤滑作用。2.1 無機(jī)物類2.2 有機(jī)物類固體潤滑

5、劑高分子材料除了以粉末形式作為潤滑添加劑加入到其他潤滑劑中外，一般都作為基材，添加其他固體潤滑劑(如二硫化鉬等)后制作成了高分子基復(fù)合潤滑材料。n 熱塑性樹脂，如聚四氟乙烯、聚乙烯、尼龍、聚甲醛、聚苯硫醚等。 熱塑性材料在一定溫度條件下有降低摩擦因數(shù)的能力n 有機(jī)鉬化合物，如二烷基二硫代磷酸鉬、二烷基二硫氨基甲酸鉬等。 作為摩擦緩和劑添加到潤滑油脂中，在一定的溫度、壓力條件下在摩擦表面反應(yīng)生成二硫化鉬固體，起到潤滑作用。n 三聚氰胺氰尿絡(luò)合物 一種新型的高分子有機(jī)物，可作為固體潤滑劑使用n 蠟(石蠟、地蠟、蜂蠟等)、固體脂肪酸、固體脂肪醇、聯(lián)苯、顏料和涂料(如陰丹士林、酞菁等)。2、固體潤滑劑

6、的種類、固體潤滑劑的種類2.3 軟金屬類固體潤滑劑n 鉛、錫、鋅、金、銀等。 在輻射、真空、高低溫和重載等條件下具有良好的潤滑效果。通常，將軟金屬粉末制成合金材料，或用電鍍等方法將其涂鍍于摩擦表面，形成固體潤滑膜。如宇宙飛船上的太陽能集流環(huán)，僅鍍上一層06 厚的銀膜，就能可靠地工作。軟金屬固體潤滑材料作為固體潤滑劑是基于它的剪切強(qiáng)度低，能夠發(fā)生晶間滑移。具有一定強(qiáng)度和韌性的軟金屬，一旦粘著于基材表面，便能牢固地粘結(jié)在一起，發(fā)揮它優(yōu)異的減磨和潤滑作用。 軟金屬可以單獨(dú)或是和其他潤滑劑一起使用。其應(yīng)用方法有二種，一是以薄膜的形式應(yīng)用，既將鉛、鋅、錫等低熔點(diǎn)軟金屬、合金作為干膜那樣使用。另一種使用方

7、法是將軟金屬添加到合金或粉末合金中作為潤滑成分以利用其潤滑效果，如一般的白色合金（軸承合金）、油膜軸承合金（）等就含有鉛、銻、鋅、錫、銦等軟金屬。2、固體潤滑劑的種類、固體潤滑劑的種類n 金屬氧化物 二氧化鉛、氧化銻、三氧化二鉻、二氧化鈦、三氧化二鐵、氧化鋁等。n 金屬鹵化物 氟化鈣、氟化鋇、氟化硼，氯化鉻、氯化鎳、氯化鐵、氯化硼；溴化銅； 碘化鈣、碘化鉛、碘化汞等。n 金屬硫化物，二硫化鉬、二硫化鎢、硫化鉛等。n 金屬硒化物，二硒化鎢、二硒化鉬、二硒化鈮等。n 金屬硼酸鹽，硼酸鉀等。n 有機(jī)磷酸鹽，二烷基二硫代磷酸鹽等。n 金屬硫酸鹽，硫酸銀、硫酸鋰等。n 金屬有機(jī)酸鹽，各種金屬脂肪酸皂，如

8、鈣皂、鈉皂、鎂皂、鉛皂等。 2.4 金屬化合物類固體潤滑劑2、固體潤滑劑的種類、固體潤滑劑的種類3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法無機(jī)物類：石墨、氟化石墨有機(jī)物類：聚四氟乙烯軟金屬類： Pb金屬化合物類：MoS2下面針對幾種常用的固體潤滑劑制備方法作簡要介紹：1）天然產(chǎn)出的石墨很少是純凈的，常含有10 20 的雜質(zhì)，包括SiO2 、MgO、CaO、P2O5等；2）石墨提純的方法主要分為兩類：一是濕法提純，包括浮選法、酸堿法、氫氟酸法； 二是火法提純，包括氯化焙燒法和高溫法。3.1.1 濕法提純 a）浮選法 浮選法是利用石墨的可浮性對石墨進(jìn)行富集提 純，主要適應(yīng)于可浮性好的天然

9、鱗片狀石墨，它只能使石墨品位得到有限提高，且回收率很低，因 此主要應(yīng)用于石墨的初步提純。b）酸堿法 酸堿法包括堿熔過程和酸解過程。堿熔過程是將石墨中雜質(zhì)如SiO2、A1203等在高溫下與NaOH反應(yīng)生成不溶于水的氫氧化物，部分雜質(zhì)(SiO )生成溶于水的產(chǎn)物，用水浸取洗滌而被除去，經(jīng)酸解后即可獲得高純石墨。 酸堿法是當(dāng)今我國高純石墨廠家中應(yīng)用最廣泛 的方法。c）氫氟酸法 氫氟酸提純法是利用氫氟酸能與石墨中幾乎所 有的雜質(zhì)反應(yīng)生成溶于水的化合物及揮發(fā)物，然后用水沖洗除去雜質(zhì)化合物，從而達(dá)到提純的目的。3.1 石 墨3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法3.1.2 火法提純a）氯化焙

10、燒法 氯化焙燒法是將石墨礦石在一定高溫和特定的 氣氛下焙燒，再通入氯氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使石墨中雜質(zhì)進(jìn)行氯化反應(yīng)，生成氣相或凝聚物的氯化物及絡(luò)合物(熔沸點(diǎn)較低)逸出，從而達(dá)到提純的目的。 b）高溫法 高溫提純法是在高溫石墨化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展 而成的。石墨的一個(gè)重要性質(zhì)是具有高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，石墨是自然界中熔點(diǎn)最高的物質(zhì)之一，只要將石墨原料加熱到2 700以上就可以利用雜質(zhì)沸點(diǎn)低的性質(zhì)，使它們率先氣化而脫除。3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法（1）氟化石墨是碳和氟在高溫下反應(yīng)而生成的無機(jī)高分子化合 物，其正確的名稱應(yīng)為聚一氟化碳，分子式一般用 （CF） 表示。（2）氟化石墨具有層狀結(jié)

11、構(gòu)，而且其層間鍵 能遠(yuǎn)較石墨層間鍵能為低，這說明氟化石墨具有較好的自潤滑性。（3）作為固體潤滑劑，氟化石 墨優(yōu)于石墨、二硫化鉬， 特別是在高速、高壓、高溫條件下使用。3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法3.2 氟化石墨氟化石墨由碳與氟直接反應(yīng)而得，其化 學(xué)反應(yīng)式如下： 將石墨干燥，加熱到374600時(shí)通入被氮?dú)庀♂尩姆鷼舛频谩?這一反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)在高溫下進(jìn) 行， 但溫度過高則生成的氟化石墨發(fā)生分解反應(yīng)，生成氣態(tài)的CF ，回收率低。因此合成要在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，范圍下限為氟化 反應(yīng)起始溫度，上限為反應(yīng)率最高溫度。 氟化反應(yīng)的溫度范圍因原料碳的種類不同而異。其上、下限溫

12、度，均以炭黑為最低，天然石墨最高，所生成的氟化石墨的性質(zhì)亦因原料碳的不同而異。氟化反應(yīng)的速度與氟氣壓力的平方根成正比： 式中，dwdt為氟化石墨合成的反應(yīng)速度，K為速度常數(shù)，P為氟氣壓力，m為常數(shù)，因 反應(yīng)溫度不同而異。因此，要提高氟化石墨 的生產(chǎn)效率，關(guān)鍵在于反應(yīng)溫度的控制和氟氣壓力的調(diào)節(jié)。3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法（1）聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物，英文縮寫為PTFE，商品名為“特氟隆”（teflon)。 基 本結(jié)構(gòu)為 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 -。（2）聚四氟乙烯廣泛應(yīng)用于各種需要抗酸堿和有機(jī)溶劑的,它本身對人沒有

13、毒性，（3）聚四氟乙烯是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，幾乎不溶于所有的溶劑，是當(dāng)今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，被美譽(yù)為“塑料之王”。 它的摩擦系數(shù)極低，所以可作固體潤滑劑使用。3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法3.3 聚四氟乙烯3.3.1 單體四氟乙烯的制備 以氫氟化鈣為原料，與硫酸反應(yīng)生成氟化氫，再與三氯甲烷反應(yīng)生成一氯二氟甲烷，將一氯二氟甲烷置于鎳鉻管中，在催化劑作用下，高溫裂解得到四氟乙烯。3.3.2 聚四氟乙烯的制備 PTFE由四氟乙烯經(jīng)自由基聚合而生成。其聚合方法包括本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合

14、和乳液聚合（亦稱分散聚合）等，工業(yè)生產(chǎn)中主要采用懸浮聚合和乳液聚合。聚合一般在4080，326kgfcm2壓力下，采用無機(jī)的過硫酸鹽、有機(jī)過氧化物作為引發(fā)劑進(jìn)行。 （1）懸浮聚合 懸浮聚合PTFE的加工方法基本步驟包括預(yù)成型、燒結(jié)和冷卻三部分。 預(yù)成型是將粉末狀PTFE樹脂壓成具有一定形狀的預(yù)成品； 燒結(jié)是將預(yù)成品加熱至樹脂熔點(diǎn)使樹脂粒子密集為均相結(jié)構(gòu)； 冷卻是在一定的冷卻速度下降溫以獲取一定形狀的聚四氟乙烯材料。 主要成型工藝有三種：PTFE擠壓成型工藝、PTFE等壓成型、PTFE模壓成型。（2）乳液聚合 分散PTFE是PTFE分散粒子經(jīng)凝聚后形成的次級粒子，直徑為500m，粉狀，比表面積大

15、，吸收有機(jī)溶劑后，經(jīng)剪切力的作用形成糊膏狀，通常采用擠壓成型工藝，故稱糊膏擠壓成型。采用糊膏擠壓成型的PTFE制品品種較多，有小口徑棒、電線、薄壁管、導(dǎo)型材、生料帶、生料棒和PTFE膨體制品。3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法 軟金屬固體潤滑劑是以金屬粉末形式存在相對運(yùn)動(dòng)的表面之間。其缺點(diǎn)是難于附著金屬表面，可用有機(jī)膠合劑或無機(jī)膠合劑混入粉狀的固體潤滑劑中，噴射膠結(jié)于軸承內(nèi)壁，硬化之后，形成一層附著力甚強(qiáng)的固體潤滑層。制造鉛粉主要有兩種方法，即球磨法和氣相氧化法。3.4.1 球磨法 將鉛球投入球磨機(jī)中，由于摩擦和鉛被空氣中的氧氣氧化成氧化鉛時(shí)放熱，使筒內(nèi)溫度升高，只要合理地控

16、制鉛球量、鼓風(fēng)量，在一定的空氣濕度下，就能生產(chǎn)出合格的鉛粉。 生產(chǎn)工藝過程：先將純鉛熔融，用鑄球機(jī)或鑄粒機(jī)鑄成鉛球或鉛粒在球磨機(jī)中研磨，經(jīng)風(fēng)選，生產(chǎn)出球磨鉛粉，顆粒形狀為鱗片狀。3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法3.4 鉛粉3.4.2 氣相氧化法 熔鉛為“液態(tài)”提液鉛液至加壓氣體混合器氧化倉氧化鉛粉。 大部數(shù)國家（包括中國）采用島津式球磨法生產(chǎn)鉛粉，歐美一些國家采用巴頓式鉛粉機(jī)較多，巴頓式鉛粉機(jī)生產(chǎn)效率較高。3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法 天然法是以天然輝鉬精礦，經(jīng)過物理、化學(xué)作用， 除去有害雜質(zhì)而不改變二硫化鉬的天然六方晶形的生產(chǎn)方法。 該工藝是將礦山

17、產(chǎn)品( 含MoS2 75% 以上) 用不同的方法進(jìn)行除雜提純， 制取符合潤滑要求的產(chǎn)品。其方法有以下幾種：真空( 或充氮) 焙燒、酸浸除雜工藝、強(qiáng)化酸浸工藝。3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法3.5 二硫化鉬 二硫化鉬以其優(yōu)異的潤滑性能，作為固體潤滑材料應(yīng)用已有60 多年的歷史。它是優(yōu)異的摩擦改進(jìn)劑(減摩劑)、抗磨劑、極壓劑和抗氧劑。用于汽車工業(yè)（固定器及部件）、航空航天（真空抗輻射潤滑）、工業(yè)機(jī)械（普通潤滑）、復(fù)合材料工業(yè)（零部件制備）、冶金工業(yè)（粉劑潤滑）等，還用于各種潤滑劑的添加劑。 二硫化鉬潤滑劑生產(chǎn)工藝總體分為兩大類型，天然法和化學(xué)合成法。3.5.1 天然法化學(xué)合成法生產(chǎn)工藝可用下列簡式表示: 合成法生產(chǎn)工藝較繁雜，但產(chǎn)品純度高，一般含二硫化鉬量均可達(dá)到99%，含雜低， 顆粒細(xì)小。由于合成法生產(chǎn)制得的產(chǎn)品晶形結(jié)構(gòu)為斜方晶系，潤滑性能不如天然二硫化鉬的六晶系好。另外，合成法工藝中要將三硫化鉬在真空條件下高溫脫硫， 使產(chǎn)品易受硫污染。金屬回收率較低、生產(chǎn)成本高是該工藝最大缺點(diǎn)。3、常見固體潤滑劑的制備方法常見固體潤滑劑的制備方法3.5.2 合成法（1）可以作為固體潤滑劑的材料