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固體潤滑劑是指用以分隔摩擦副對偶表面的一層低剪切阻力的固體材料。對于這類材料，除了要求具有低剪切阻力外，與基底表面之間還應具備較強的鍵聯力。這也就是說，載荷由基底承受，而相對運動發生在固體潤滑劑內。 常用的固體潤滑劑有：層狀固體材料（如石墨、二硫化鉬、氮化硼等）、其它無機化合物（如氟化鋰、氟化鈣、氧化鉛、硫化鉛等）、軟金屬（如鉛、銦、錫、金、銀、鎘等）、高分子聚合物（如尼龍、聚四氟乙烯、聚酰亞胺等）和復合材料。 層狀固體具有層片狀結晶結構，同一層內的原子間結合力較強，而層與層之間原子間的結合力較弱。這種層片狀晶體的疊合，意味著垂直于層片方向可以承受很大的壓力，而沿層片方向只要有一個較小的切向力作用，就會很容易地使層片與層片相互錯開，故能承受較大壓力而摩擦因數較小。這種承壓能力大而抗剪切力低的材料，為摩擦副提供了良好的潤滑。這一點與吸附膜相似。 石墨為層片狀碳，層與層之間的結合力較小。在切向力作用下，層與層之間容易滑動。在大氣條件下，石墨對石墨或石墨對鋼的摩擦因數大約為0.1~0.15，具有明顯的減摩效果；而在真空中，石墨間的摩擦因數則上升為0.5～0.8。在摩擦過程中，經過除氣處理的石墨一旦導入空氣、氧氣、水蒸氣或苯、乙醇、丙酮、庚烷蒸汽等，則摩擦因數將很快降低，而當導入氮或二氧化碳等氣體，卻并先降低摩擦的效果。 二硫化鉬粉劑是由天然輝鉬精礦經化學提純制成。其分散性高、純度高、吸附性強、色黑稍帶銀灰色、有金屬光澤、觸之有滑膩感、不溶于水。它也是一種具有層狀結構的材料。由于結合強度低，很容易沿解理平面滑移，所以剪切阻力小，摩擦因數小。在大氣中，MoS2解理面與鋼表面的摩擦因數只有0.1左右，即使在真空中也只有0.2。MoS2在干燥氮氣中的潤滑性能很好，但在干燥氧氣和潮濕空氣中則潤滑性較差，這些潤滑特性均與石墨不同。MoS2在420～430℃內就會快速氧化，當溫度超過800℃時，MoS2 可能分解，而金屬鉬的摩擦因數相當大，因此潤滑性能就大大下降。 硫族元素，除硫外，尚有硒(Se),碲(Te )等。它們與難熔金屬如鎢(W),釩(V),鉭(Ta )和鈮(Nb)等形成二硫族化合物，如WS2,WSe2, NbSe2, TaS2等，其結構均為六方晶體。在真空、輻射以及高溫下，這些化合物的性能均優于石墨、MoS2。這一特點可能因鈮、鉭、鎢的原子直徑大于鉬原子，削弱了解理面間的范德華力，因而使這些化合物的剪切阻力降低。 氮化硼（BN）也是一種具有層狀結構的材料，它與傳統的固體潤滑劑相比，石墨的解理面上全是碳原子，MoS2的解理面上全是硫原子，而氮化硼的解理面上既有氮原子又有硼原子。當它在大氣中常溫條件下與金屬表面接觸而相對運動時，摩擦因數約為0.2～0.4，比石墨大，但隨著溫度的升高而減小。BN的摩擦性能不受水蒸氣影響，但在有氣體（如庚烷）中，摩擦因數小于0.2。在大氣條件下，BN在溫度高達900℃時仍有較小的摩擦因數和良好的化學穩定性。將BN加入潤滑油中，可以作為高溫潤滑劑使用。 眾所周知，鋼鐵表面的氧化膜具有保護表面的作用。當金屬表面直接接觸并發生粘著時，摩擦磨損就增加，一旦表面存在．氧化物則摩擦磨損就可減小。氧化鉻(Cr2O3 ),氧化鈦(TiO2 )、氧化鋯(ZrO2)的熔點約在1600～3000℃之間，均有可用作高溫工況下的表面保護膜。氧化硼(B2O3 )在400℃以下的摩擦因數并不小，但當溫度接近熔點時下降到0.1左右。氧化鉛(PbO)在常溫下的摩擦因數不小（約為0.3~0.4)，但在200～650℃溫度范圍內只有0.1~0.15，確實也是一種很好的高溫潤滑材料。 氟化物的質地較軟，抗剪強度較低，并且有化學惰性，可覆蓋在金屬表面上起潤滑作用，是良好的高溫固體潤滑劑。氟化鈣(B2O3 )和氟化鋇(BaF2 )應用溫度范圍比PbO更寬，在空氣或氫氣中，CaF2-LiF以及CaF2-BaF2等混合物，即使在高達650～820℃的高溫下，仍有低摩擦的效果。 硼酸鹽也是高溫固體潤滑劑，在熔融狀態下才顯示出優良的潤滑性能，當溫度超過480℃時，它具有流體動力效應，超過760℃時則起邊界潤滑劑作用。在高溫下，硼酸與金屬氧化物起反應而形成玻璃。硫化硼在高溫中的低摩擦則歸因于硼酸。此外，各種玻璃，如硼酸鉛玻璃、硼硅酸鉛玻璃、鋁硅酸鹽玻璃等，可以用于500～800℃的溫度范圍，而硅玻璃甚至可用于超過1100℃的高溫。用玻璃潤滑的缺點是難以從潤滑表面將其清除。 近年來，高分子材料在工程中的應用日益普遍。熱固性塑料，如酚醛樹脂、環氧樹脂等，具有網絡狀結構，但無晶態性狀，并不是理想的潤滑材料，與其它潤滑劑組合使用，實質上只起到粘結劑的作用。熱塑性塑料有晶態的，也有非晶態的，如聚四氟乙烯(PTFE )、尼龍(PA),聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC),聚酰亞胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )等，其中有些材料可以直接用于潤滑，有些材料則須與其它材料組合在一起而產生潤滑效果。用聚合物潤滑的主要優點是：化學穩定性好，在低溫、真空中以及各種氣氛中仍能有效潤滑，與潤滑油脂一起使用不發生干擾。其缺點則是是機械強度和承載能力低，熱傳導能力弱，只能在有限的載荷及溫度條件下使用。 軟金屬如鉛、鎘、銦、金或銀等，可用作硬質基底的表面涂層。在常規潤滑劑不起作和在極高溫以及特殊工況下，它們可以為摩擦面提供一層有效的潤滑膜。載荷由基底承受，切向運動則發生在低抗剪強度的軟金屬膜中。雖然這些軟金屬的摩擦因數要比MoS2、PTFE等材料高些，但可有效地應用于防腐蝕、耐輻射和高溫的場合。 軟金屬膜的膜厚對潤滑的有效性影響很大。在硬基底（如鋼）表面鍍敷或浸涂一層軟金屬（鉛膜或銦膜等），與鋼配對摩擦，如果軟金屬層過薄，則在承載并作相對運動的過程中很容易破裂或穿透，這時又變成基底金屬直接接觸，使摩擦增大且磨損加劇。在輕載作用下，鋼對以鉛膜覆蓋的鋼表面的摩擦因數與鋼對整塊鉛的摩擦一樣；當載荷增加到某一數值時，涂敷的軟金屬層減薄，此薄層在載荷的作用下有類似流體膜的特性，摩擦因數也同時降低。一般地說，軟金屬膜的厚度為10-6～10-7 m時，潤滑效果最佳。 來源：工業潤滑 |
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