固体润滑技术的研究现状及展望

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1、固体润滑技术的研究现状及展望摘要：固体润滑是将固体物质涂或镀于摩擦界面，以降低摩擦，减少磨损的措施。当前，可以作为固体润滑剂的物质有石墨和二硫化钼等层状物质、塑料和树脂等高分子材料、软金属及其各种化合物等。在分析固体润滑机理的基础上，对常用的固体润滑材料，金属基润滑材料和高分子润滑材料的基本性质及使用特性进行了简要分析；简要说明了固体润滑技术的实际应用的基本常识；分析了各种状况下应该使用何种固体润滑剂；展望了固体润滑剂的发展方向。Abstract:Solidlubricatingisatechnicalmethod,withwhich

2、asolidsubstanceissmearedorplatedonthefrictionsurfacesandfrictionandabrasionarethereforereduced.Currently,lamellarsubstances(e.g.graphiteandMoS2),macromolecularmaterials(e.g.plasticsandcolophony),andflexiblemetalsandrelatedcompoundsetc.aregenerallyusedforsolidlubrication

3、.Basedonananalysisofthemechanismsofsolidlubricating,physiochemicalpropertiesandperformancecharacteristicsofcommonsolidlubricatingmaterials,metalliclubricatingmaterialsandmacromolecularlubricatingmaterialsarediscussedinthispaper.Fundamentalsfortheusageofsolidlubricantsar

4、ebrieflydescribed.Inaddition,futureprospectsonthedevelopmentofsolidlubricatsarepresented.关键词:固体润滑剂;金属基润滑材料;高分子润滑材料;润滑剂;边界润滑Keywords:solidlubricant;metalliclubricatingmaterial;macromolecularlubricatingmaterial;lubricant;verge-lubricating1固体润滑机理固体润滑的主要目的是用镀、涂等方法将固体润滑剂粘着在摩

5、擦表面上形成固体润滑膜，摩擦时在对偶材料表面形成转移膜，使摩擦发生在润滑剂内部，从而减少摩擦，降低磨损。润滑膜一方面可以防止对偶材料表面直接接触，另一方面可以减小接触薄层的剪切强度，从而显著减小摩擦系数。固体润滑剂具有润滑作用的薄膜主要包括物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应膜、氧化膜、涂层润滑膜以及自润滑膜等。某些固体润滑剂能够与摩擦表面形成牢固的物理吸附膜；润滑剂的极性分子能够同摩擦表面经由化学吸附形成化学吸附膜；某些润滑剂分子可以同摩擦表面发生化学反应而形成化学反应膜；摩擦表面或工件材料中的某些元素在高温作用下产生氧化形成氧化物润滑

6、膜；利用涂层技术可以在摩擦表面形成润滑涂层；通过对摩擦表面材料进行合理组合的组分设计可以使摩擦表面材料形成自润滑作用的自润滑膜。在摩擦力较小的情况下，润滑膜较容易保持并起到减摩作用；随着摩擦力增大，润滑膜不断磨损并脱落，摩擦副处于边界润滑或混合润滑状态；当摩擦力进一步加大并导致边界润滑膜发生破裂失效，则摩擦副将处于无润滑的干切削状态。在边界润滑条件下，摩擦力F为：F=A·QS式中：F为法向负荷；A为真实接触面积;QS为压缩屈服极限。在这种情况下，摩擦表面将出现牢固的粘结点。在切向力的作用下粘结点被减断，表面随即发生滑移。摩擦的过程就

7、是粘结与滑移交替进行的过程。摩擦力主要表现为剪断金属粘结点所需的剪切力。设粘结点部分的剪切强度为n，则摩擦力f为：f=A·n=nF/QS摩擦系数u为：u=f/F=n/QS因此，摩擦力的大小仅与法向负荷成正比，而与实际接触面积无关。摩擦系数取决于材料的机械物理性能：与剪切强度成正比，与压缩屈服极限成反比。2固体润滑材料早在19世纪产业革命期间，诸如石墨、锡，铅等已经作为润滑剂用于低速运转的机器上。在二战期间，固体润滑就作为研究对象提了出来。德国的马克思⋅普朗克研究所和美国国家航空和宇航局的前身国家航空委员会都曾进行过研究开发，如将二硫化

8、钼用于工业应用的试验，并开发了有机粘结固体润滑膜、二硫化钼润滑脂和聚四氟乙烯润滑剂等。到50年代初，美国制定了二硫化钼的美国军用标准，并将其作为军事机密。1957年，前苏联把固体润滑应用到人造卫星上。随后，二硫化钼溅射膜