《摩擦学与固体润滑讲义》中国科学院 徐锦芬 第六章 固体润滑.doc

第六章 固体润滑 6－ PAGE 12 第六章 固体润滑 （Solid Lubrication） 概 述 固体润滑是指利用固体粉末、薄膜或复合材料代替流体润滑材料来隔开两个承载表面间的直接接触，以达到降低相对运动时的摩擦磨损。 如果有低摩擦的反应膜或吸附膜能够遮盖摩擦面上金属间的接触，则就可以实现低摩擦的边界润滑。固体润滑是在不能形成流体润滑的情况下，人们主动引入的低摩擦的固体润滑膜情况下的边界润滑。固体润滑也是在流体润滑不能奏效的情况下使用的。虽然摩擦系数不如流体润滑低，但是，在高温、真空、超低温、强氧化以及辐射等特殊环境下，固体润滑的优点就凸现出来了，因此在高科技、国防方面的应用促使了固体润滑的发展。尽管现在固体润滑还不像流体润滑那样有了系统的理论。但在固体润滑机理方面的研究已经得到重视，做过很多工作，这里向大家介绍前人作过的工作，希望能对大家今后的研究有所帮助。 在摩擦过程中，固体润滑剂，固体润滑材料和周围介质与摩擦表面发生物理化学反应生成固体润滑膜，可以降低摩擦磨损。但要达到此目的，这些固体膜必须满足： 与金属底材有良好的附着性； 有低的剪切强度； 有良好的稳定性； 有强的承载能力。 6.1 固体润滑的应用形式 凡是固体润滑均属边界润滑状态，其摩擦系数均高于流体润滑。因此在可以达到流体润滑的条件下还是不要用固体润滑。固体润滑虽然到处可用，但不一定到处都好用。只有适合它使用的地方才能起到良好的效果。固体润滑的应用形式有以下多种。 ①在流体润滑剂中加入极压添加剂，使其与金属反应成固体膜起润滑作用。 ②液体润滑剂中混入低摩擦固体的颗粒，制成固液分散体系。或作为油、脂、膏的添加剂，以提高其极压性能。但这类颗粒对流体润滑是不利的，只是在流体润滑失效时起边界润滑作用。 ③用各种方法制备成固体润滑膜，覆盖在摩擦表面上，起降低摩擦的作用。 根据制备方法不同，可分为以下几类： ⑴擦涂膜 将润滑剂粉末用软布或泡沫塑料直接擦涂到摩擦表面上。这种膜的润滑性直接取决于固体润滑剂与金属摩擦面的亲和力，即覆盖摩擦表面的能力，以及固体粉末的润滑性。 ⑵粘结膜 利用粘结剂将固体润滑剂牢固地粘在摩擦表面上,使固体膜起润滑作用。决定其润滑能力的关键因素是：膜与摩擦面的粘结强度,以及粘结膜中润滑性添加剂的润滑性。 ⑶电化学沉积膜 通过电化学方法，把电解液中低摩擦软金属离子或固体润滑剂沉积到摩擦表面上；或使某些成分与金属摩擦面起反应生成润滑膜；或附着（化学吸附）在表面上起润滑作用。 ⑷气相沉积润滑镀层 通过物理或化学的方法，在热或电磁场的作用下使一些化合物呈气相状态或等离子态，然后沉积到金属底材表面上，形成具有润滑性的薄膜。这类膜的制作方法复杂，其润滑性很大程度上取决于制备过程中需要的能量。现在已经使用了很多高新技术，如溅射、离子镀、离子束 、离子注入、激光强化等物理气相沉积法。可制得厚度在μm量级的薄膜. ⑸原位化学转化膜 在高温、高压或电磁场的作用下，导入需要的元素或化合物，与金属摩擦表面起化学反应，生成牢固结合在表面上的化学转化膜起润滑作用。 ⑹摩擦聚合膜 利用摩擦过程中金属接触表面产生的局部高温，使液体润滑剂或其中添加剂与摩擦表面发生聚合反应，生成固体润滑膜起润滑作用。 ⑺热喷涂和等离子喷涂膜 利用氧乙炔焰或等离子发生器所产生的火焰或热能，使某些特殊用途的化合物或金属熔解后粘结在摩擦表面上起润滑作用。 ⑻LB膜(Langmuir-Blodgett) 将某种长链单分子层连续转移到金属摩擦面上形成多层组合膜，这就是人们以一定的方法制成的多分子层边界润滑膜。 ④用各种方法制成具有自润滑性的复合材料 ⑴有机高分子复合材料（塑料基自润滑材料） a.填充塑料：用固体润滑剂及其它填充剂混入高分子材料，以提高其自润滑性能和机械性能。 b.增强塑料：为充分发挥有机高分子材料的低摩擦性，用纤维织物等材料增强其机械性能。 c.镶嵌材料：以金属底材为主体承受载荷，在其表面以一定形式嵌入自润滑材料或／和固体润滑剂，在摩擦面运动时，嵌入材料可形成润滑膜。 d.金属背多层材料：以金属为背（承受载荷的主体），于其上敷有较厚的有自润滑性的高分子材料或固体润滑剂，使其形成具有自润滑性的多层材料。 ⑵金属基自润滑材料 固体润滑剂分散在粉末金属中压制烧结（粉末冶金）或铸造成具有自润滑性能的金属基复合材料。 利用粉末冶金材料压制和烧结过程中形成的孔隙，将润滑油吸入其中。在摩擦过程中，又从孔中渗出，形成吸附在摩擦表面上的单分子或多分子层的边界润滑膜。 ⑶金属陶瓷基复合材料 以金属为粘结剂，加入陶瓷粉末及固体润滑剂压制并烧结而成的自润滑材料。 ⑷碳-碳或碳-石墨材料 利用碳-石墨等的润滑性，在烧结后浸渍树脂或金属作润滑和密封（动）材料。或用有机碳氢化合物高温下碳化，作自润滑部件。 ⑸固