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| 无机非金属固体润滑剂的摩擦学性能 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-01-20 11:14:02 浏览次数： |
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（中国粉体技术网/班建伟）无机非金属固体润滑剂种类较多，具有代表性的物质有石墨、氟化石墨、氮化硅、氮化硼、云母、滑石和玻璃等。无机非金属固体润滑剂具有重量轻和体积小等特点，是一种天然的优质润滑剂。
无机非金属固体润滑剂凭借自身抗氧化能力强、硬度高、耐腐蚀性强、产品尺寸精确度高，可以很好地解决高辐射、高真空、高低温和强腐蚀等特殊工况下的润滑难题等优势，已经在润滑领域得到了广泛的关注。
无机非金属固体润滑剂的研究比较多，研究面也比较广。在此主要介绍目前应用比较多的石墨、氟化石墨等无机非金属固体润滑剂的摩擦学性能。
1 石墨的摩擦学性能
石墨是碳的一种形态，外观呈黑色，有脂肪质的滑腻感，密度为2.2 g/cm3～2.3 g/cm3，熔点为3 527℃。石墨的分子结构是同一层内的碳原子牢固地结合在一起，不易破坏；层与层之间的碳原子则是由较弱的范德华力相连接，层与层的间距为0.335 nm。石墨具有龟甲状排列的碳原子平行层，在1μm 厚的结晶中就有几千层重叠的原子层，受到剪切力之后易于滑动，这就使得石墨满足固体润滑剂的要求。
石墨具有较好的高温安定性，粘着性和化学稳定性，摩擦因数为0.05～0.19。Alberts 等研究了纳米石墨在摩擦面的润滑性能。研究结果表明，在D-2 型钢表面摩擦过程中，纳米石墨能很好地降低摩擦力和比能，并且能抛光摩擦表面。
侯越峰等通过湿法化学研磨方法制备了纳米石墨滤饼，并通过相转移方法转移到润滑油中，得到了分散稳定性良好的纳米石墨润滑油。用四球摩擦磨损试验机研究了其抗磨性、承载能力和摩擦因数，并通过扫描电镜对磨斑的形貌进行了观察。
结果发现，在392N的负荷下，在基础油中加入纳米石墨后，基础油的磨斑直径由0.52 mm 下降至0.46 mm，摩擦因数由0.0867 下降至0.0612，承载能力基本保持不变。根据试验结果推测，纳米石墨在金属表面上实际上起到了“分子滚珠”的作用，降低了摩擦。
王海斗等选用无机硅水基涂料作为溶剂，石墨与金属锌粉（尺寸均为5 μm 左右）作为溶质，利用刷涂法在钢基体表面制备石墨固体润滑涂层，利用MM-200 型摩擦磨损试验机对不同石墨含量的固体润滑涂层进行了详细的摩擦学性能对比试验，选用的固体润滑层中石墨的质量分数分别为10%，26％，28％，30％，32％，34％和50％。
试验结果发现，石墨固体润滑涂层的摩擦学性能与石墨质量分数之间呈“马鞍形”变化规律，当石墨的质量分数为28％时，固体润滑涂层的减摩，抗磨性能最佳。分析其原因，当石墨质量分数太低时，不能很好地发挥固体润滑作用；当石墨的质量分数太高达到50％时，相应锌的质量分数降低（只有50％），使石墨在涂层中没有足够的附着平台，摩擦过程中容易剥落，因此润滑性能也下降。
通过以上文献可以看出，石墨作为一种性能优异的固体润滑剂在润滑摩擦领域已经获得了广泛的应用，但石墨及其衍生物的极性弱，对金属的吸附能力弱，需要一定的条件下才能发挥出良好的润滑性，因此在这方面需要进一步的研究。另外，石墨在介质中的分散稳定性比较差，这也是以后重点研究的一个方面。
2 氟化石墨的摩擦学性能
氟化石墨是一种重要的无机非金属材料，具有优良的润滑性能。在干燥或潮湿的高温环境中（400 ℃～500 ℃）的摩擦因数较小，使用寿命较长。由于氟化石墨的表面能低，层间能小，且具有良好的热安定性和化学稳定性，几乎在所有气氛中都能保持良好的润滑特性，故作为固体润滑剂，特别适合于在高温、高压、高速、高负荷和腐蚀性介质等苛刻条件下使用。最近几年，在飞机、轿车的发动机上有用氟化石墨作润滑剂的趋势。
王鹤寿等研制了粒径小于0.5 μm 的超细氟化石墨，通过使用MS-800A 四球机和俄歇电子能谱（AES） 研究超细氟化石墨的理化性能和润滑性能。研究发现，超细氟化石墨能在摩擦表面产生碳和氟，形成物理吸附膜，从而产生较好的极压抗磨作用，具有良好的开发和应用前景。
黄之杰等采用四球机研究了纳米级氟化石墨在26 号白油中的抗磨性能、减摩性能和承载能力。研究表明，纳米级氟化石墨对钢-钢摩擦副表现出良好的抗磨减摩性能，与未加添加剂的基础油相比，可使磨斑直径平均减少25％以上，摩擦因数降低35％左右，具有较好的承载能力，使用效果稍好于T321 硫化异丁烯，与T301 氯化石蜡配伍后具有增效性。
夏金童等制备氟化石墨之后，用石墨、二硫化钼和氟化石墨3 种粉末分别以85％和15％的质量分数与树脂配料，经搅拌混合、压型和固化处理，使之成为6 种滑块体。在相同条件下，用MHK-500型摩擦试验机测试样品的摩擦因数。结果表明，二硫化钼摩擦因数较高，石墨次之，氟化石墨最低，说明氟化石墨具有优良的润滑性能。
从上述研究中可以看出，氟化石墨润滑性能优于常用的石墨和二硫化钼，具有较好的应用潜力。近年来氟化石墨作为汽车和飞机发动机的润滑剂也越来越引起人们的重视。但由于其粒径较大，通常在润滑油中不能均匀分散，会产生沉淀，应用受到限制。氟化石墨在润滑油中的分散问题还有待进一步研究。
无机非金属固体润滑剂本身具有一定的缺点，比如会产生磨屑污染，有时会产生噪音和振动，不如液体润滑油那样具有较低的摩擦因数，也不像其它金属固体润滑剂那样具有一定的自修复性能等，但它凭借着自身对环境要求低，耐热性好，化学性质稳定等优势，已逐步被摩擦润滑领域所关注。而且非金属类无机固体润滑剂维修保养简单，制作成本低廉，具有巨大的应用潜力。
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