机车固体润滑棒

固体润滑剂是指用以分隔摩擦副对偶表面的一层低剪切阻力的固体材料。对于这类材料,除了要求具有低剪切阻力外,与基底表面之间还应具备较强的键联力。这也就是说,载荷由基底承受,而相对运动发生在固体润滑剂内。
常用的固体润滑剂有:层状固体材料(如石墨、二硫化钼、氨化硼等)、其它无机化合物(如氧化锂、氧化钙、氧化铅、硫化铅等)、软金属(如铅、钢、锡、金、银、镉等)、高分子聚合物(如尼龙、聚四氧乙烯、聚酰亚胺等)和复合材料。
一、层状固体材料
层状固体具有层片状结晶结构,同一层内的原子间结合力较强,而层与层之间原子间的结合力较弱。这种层片状晶体的叠合,意味着垂直于层片方向可以承受很大的压力,而沿层片方向只要有一个较小的切向力作用,就会很容易地使层片与层片相互错开,故能承受较大压力而摩擦因数较小。这种承压能力大而抗剪切力低的材料,为摩擦副提供了良好的润滑。这一点与吸附膜相似。
01石墨
石墨为层片状碳,层与层之间的结合力较小。在切向力作用下,层与层之间容易滑动。在大气条件下,石墨对石墨或石墨对钢的摩擦因数大约为0.1-0.15,具有明显的减摩效果;而在真空中,石墨间的摩擦因数则上升为0.5~0.8,在摩擦过程中,经过除气处理的石墨一旦导入空气、氧气、水蒸气或苯、乙醇、丙酮、庚烷蒸汽等,则摩擦因数将很快降低,而当导入氮或二氧化碳等气体,却并先降低摩擦的效果。
02二硫化钼
二硫化钼粉剂是由天然辉钼精矿经化学提纯制成。其分散性高、纯度高、吸附性强、色黑稍带银灰色、有金属光泽、触之有滑腻感、不溶于水。它也是一种具有层状结构的材料。由于结合强度低,很容易沿解理平面滑移,所以剪切阻力小,摩擦因数小。在大气中,Mos2解理面与钢表面的摩擦因数只有0.1左右,即使在真空中也只有0.2,Mos2在干燥氨气中的润滑性能很好,但在干燥氧气和潮湿空气中则润滑性较差,这些润滑特性均与石墨不同。Mos2在420~
430℃内就会快速氧化,当温度超过800℃时,Mos2可能分解,而金属钼的摩擦因数相当大,因此润滑性能就大大下降。
03与二硫化铝相类似的材料
硫族元素,除硫外,尚有硒(Se),帝(Te)等。它们与难熔金属如钨(W),钒(V),钽(Ta)和铌(Nb)等形成二硫族化合物,如wS2,WSe2,NbSe2,Tas2等,其结构均为六方晶体。在真空、辐射以及高温下,这些化合物的性能均优于石墨、Mos2,这一特点可能因银、钽、钨的原子直径大于钼原子,削弱了解理面间的范德华力,因而使这些化合物的剪切阻力降低。
04氨化硼
氨化硼(BN)也是一种具有层状结构的材料,它与传统的固体润滑剂相比,石墨的解理面上全是碳原子,Mos2的解理面上全是疏原子,而氨化硼的解理面上既有氨原子又有硼原子。当它在大气中常温条件下与金属表面接触而相对运动时,摩擦因数约为0.2~0.4,比石墨大,但随着温度的升高而减小。BN的摩擦性能不受水蒸气影响,但在有气体(如庚烷)中,摩擦因数小于0.2,在大气条件下,BN在温度高达900℃C时仍有较小的摩擦因数和良好的化学稳定性。将BN加入润滑油中,可以作为高温润滑剂使用。
二、氧化物、卤化物及其它化合物
01氧化物
众所周知,钢铁表面的氧化膜具有保护表面的作用。当金属表面直接接触并发生粘着时,摩擦磨损就增加,一旦表面存在,氧化物则摩擦磨损就可减小。氧化铬(Cr203),氧化钛(Ti02)、氧化错(Zro2)的熔点约在1600 ~ 3000℃之间,均有可用作高温工况下的表面保护膜。氧化硼(B203)在400℃以下的摩擦因数并不小,但当温度接近熔点时下降到0.1左右。氧化铅(PbO)
在常温下的摩擦因数不小(约为0.3~0.4),但在200~ 650℃温度范围内只有0.1-0.15,确实也是一种很好的高温润滑材料。
02卤化物
氧化物的质地较软,抗剪强度较低,并且有化学情性,可覆盖在金属表面上起润滑作用,是良好的高温固体润滑剂。氧化钙(B203)和氟化钡(BaF2)应用温度范围比PbO更宽,在空气或氢气中,CaF2-LiF以及CaF2-BaF2等混合物,即使在高达650-820℃C的高温下,仍有低摩擦的效果。
03其它化合物
硼酸盐也是高温固体润滑剂,在熔融状态下才显示出优良的润滑性能,当温度超过480℃时,它具有流体动力效应,超过760~C时则起边界润滑剂作用。在高温下,硼酸与金属氧化物起反应而形成玻璃。硫化硼在高温中的低摩擦则归因于硼酸。此外,各种玻璃,如硼酸铅玻璃、硼硅酸铅玻璃、铝硅酸盐玻璃等,可以用于500 ~800℃的温度范围,而硅玻璃甚至可用于超过1100°C的高温。用玻璃润滑的缺点是难以从润滑表面将其清除。
三、聚合物
近年来,高分子材料在工程中的应用日益普遍。热固性塑料,如酚醛树脂、环氧树脂等,具有网络状结构,但无晶态性状,并不是理想的润滑材料,与其它润滑剂组合使用,实质上只起到粘结剂的作用。热望性塑料有晶态的,也有非晶态的,如聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙(PA),聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC),聚酰亚胺(PD)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等,其中有些材料可以直接用于润滑,有些材料则须与其它材料组合在一起而产生润滑效果。用聚合物润滑的主要优点是:化学稳定性好,在低温、真空中以及各种气氛中仍能有效润滑,与润滑油脂一起使用不发生干扰。其缺点则是是机械强度和承载能力低,热传导能力弱,只能在有限的载荷及温度条件下使用。
四、软金属
软金属如铅、镉、钢、金或银等,可用作硬质基底的表面涂层。在常规润滑剂不起作和在极高温以及特殊工况下,它们可以为摩擦面提供一层有效的润滑膜。载荷由基底承受,切向运动则发生在低抗剪强度的软金属膜中。虽然这些软金属的摩擦因数要比Mos2、PTFE等材料高些,但可有效地应用于防腐蚀、耐辐射和高温的场合。
软金属膜的膜厚对润滑的有效性影响很大。在硬基底(如钢)表面镀敷或浸涂一层软金属(铅膜或钢膜等),与钢配对摩擦,如果软金属层过薄,则在承载并作相对运动的过程中很容易破裂或穿透,这时又变成基底金属直接接触,使摩擦增大且磨损加剧。在轻载作用下,钢对以铅膜覆盖的钢表面的摩擦因数与钢对整块铅的摩擦一样;当载荷增加到某一数值时,涂敷的软金属层减薄,此薄层在载荷的作用下有类似流体膜的特性,摩擦因数也同时降低。一般地说,软金属膜的厚度为10-6~10-7 m时,润滑效果最佳。

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