固体润滑剂—课程论文PPT演示课件

固体润滑剂及其制备方法,舒贻胜21425172,1,1、固体润滑剂基本知识2、固体润滑剂种类3、常见固体润滑剂的制备方法,目录,2,1、固体润滑剂基本知识,润滑剂根据其物质状态可以分成四类，即气体、油类、脂类和固体润滑剂。固体润滑是指利用固体粉末，薄膜或整体材料来减少作相对运动两表面的摩擦与磨损并保护表面免于损伤的润滑方法。将固体物质涂或镀于摩擦界面，降低摩擦，减少磨损。,1.1固体润滑概念,3,1、固体润滑剂基本知识,对固体润滑剂的基本性能有以下要求：（1）能与摩擦表面牢固地附着，有保护表面功能。（2）具有较低的抗剪强度。（3）稳定性好，包括物理热稳定、化学热稳定、时效稳定和不产生腐蚀及其他有害的作用。（4）要求固体润滑剂有较高的承载能力。,1.2固体润滑剂性能要求,4,1,优点：（1）固体润滑剂可以应用于高低温、高真空、强辐射等特殊工况中，以及粉尘、潮湿、海水等恶劣环境中；（2）可以在不能使用润滑油脂的运转条件和环境条件下使用；（3）重量轻、体积小、不像使用润滑油脂那样需要密封、储存罐和供液系统；（4）时效变化小，减轻了维护保养的工作量和费用。缺点：（1）摩擦因数大，一般比润滑油润滑的摩擦因数大50倍100倍；（2）热传导困难，摩擦部件的温度容易升高；（3）会产生磨屑等污染摩擦表面；（4）有时会产生噪音和振动；（5）自行修补性差。,1、固体润滑剂基本知识,1.3固体润滑剂的特点,5,（1）作成整体零部件使用某些工程塑料如聚四氟乙烯、聚甲醛等摩擦系数较低，成形加工性和化学稳定性好，可以制成整体零部件。（2）作成各种覆盖膜来使用通过不同方法将固体润滑剂覆盖在运动副摩擦表面上，使之成为具有一定自润滑性能的干膜，这是较常用的方法之一。（3）制成复合材料来使用复合材料是指由两种或两种以上的材料组合或复合起来使用的材料系统，最终目的是要获得一种性能更优越的新材料，一般都称为复合材料。（4）作为固体润滑粉末来使用将固体润滑粉末(如MoS2)以适量添加到润滑油或润滑脂中，可提高润滑油脂的承载能力及改善边界润滑状态等，这也是较常用的使用方法，如MoS2油剂。,1、固体润滑剂基本知识,1.4固体润滑剂使用方法,6,2、固体润滑剂的种类,固体润滑剂：无机物类、有机物类、软金属类、金属化合物类。,无机物类固体润滑剂,2.1无机物类,7,2.2有机物类固体润滑剂,高分子材料除了以粉末形式作为润滑添加剂加入到其他润滑剂中外，一般都作为基材，添加其他固体润滑剂(如二硫化钼等)后制作成了高分子基复合润滑材料。,热塑性树脂，如聚四氟乙烯、聚乙烯、尼龙、聚甲醛、聚苯硫醚等。热塑性材料在一定温度条件下有降低摩擦因数的能力有机钼化合物，如二烷基二硫代磷酸钼、二烷基二硫氨基甲酸钼等。作为摩擦缓和剂添加到润滑油脂中，在一定的温度、压力条件下在摩擦表面反应生成二硫化钼固体，起到润滑作用。三聚氰胺氰尿络合物一种新型的高分子有机物，可作为固体润滑剂使用蜡(石蜡、地蜡、蜂蜡等)、固体脂肪酸、固体脂肪醇、联苯、颜料和涂料(如阴丹士林、酞菁等)。,2、固体润滑剂的种类,8,2.3软金属类固体润滑剂,铅、锡、锌、金、银等。在辐射、真空、高低温和重载等条件下具有良好的润滑效果。通常，将软金属粉末制成合金材料，或用电镀等方法将其涂镀于摩擦表面，形成固体润滑膜。如宇宙飞船上的太阳能集流环，仅镀上一层06厚的银膜，就能可靠地工作。软金属固体润滑材料作为固体润滑剂是基于它的剪切强度低，能够发生晶间滑移。具有一定强度和韧性的软金属，一旦粘着于基材表面，便能牢固地粘结在一起，发挥它优异的减磨和润滑作用。,软金属可以单独或是和其他润滑剂一起使用。其应用方法有二种，一是以薄膜的形式应用，既将铅、锌、锡等低熔点软金属、合金作为干膜那样使用。另一种使用方法是将软金属添加到合金或粉末合金中作为润滑成分以利用其润滑效果，如一般的白色合金（轴承合金）、油膜轴承合金（）等就含有铅、锑、锌、锡、铟等软金属。,2、固体润滑剂的种类,9,金属氧化物二氧化铅、氧化锑、三氧化二铬、二氧化钛、三氧化二铁、氧化铝等。金属卤化物氟化钙、氟化钡、氟化硼，氯化铬、氯化镍、氯化铁、氯化硼；溴化铜；碘化钙、碘化铅、碘化汞等。金属硫化物，二硫化钼、二硫化钨、硫化铅等。金属硒化物，二硒化钨、二硒化钼、二硒化铌等。金属硼酸盐，硼酸钾等。有机磷酸盐，二烷基二硫代磷酸盐等。金属硫酸盐，硫酸银、硫酸锂等。金属有机酸盐，各种金属脂肪酸皂，如钙皂、钠皂、镁皂、铅皂等。,2.4金属化合物类固体润滑剂,2、固体润滑剂的种类,10,3、常见固体润滑剂的制备方法,无机物类：石墨、氟化石墨有机物类：聚四氟乙烯软金属类：Pb金属化合物类：MoS2,下面针对几种常用的固体润滑剂制备方法作简要介绍：,11,1）天然产出的石墨很少是纯净的，常含有1020的杂质，包括SiO2、MgO、CaO、P2O5等；2）石墨提纯的方法主要分为两类：一是湿法提纯，包括浮选法、酸碱法、氢氟酸法；二是火法提纯，包括氯化焙烧法和高温法。,3.1.1湿法提纯a）浮选法浮选法是利用石墨的可浮性对石墨进行富集提纯，主要适应于可浮性好的天然鳞片状石墨，它只能使石墨品位得到有限提高，且回收率很低，因此主要应用于石墨的初步提纯。b）酸碱法酸碱法包括碱熔过程和酸解过程。碱熔过程是将石墨中杂质如SiO2、A1203等在高温下与NaOH反应生成不溶于水的氢氧化物，部分杂质(SiO)生成溶于水的产物，用水浸取洗涤而被除去，经酸解后即可获得高纯石墨。酸碱法是当今我国高纯石墨厂家中应用最广泛的方法。c）氢氟酸法氢氟酸提纯法是利用氢氟酸能与石墨中几乎所有的杂质反应生成溶于水的化合物及挥发物，然后用水冲洗除去杂质化合物，从而达到提纯的目的。,3.1石墨,3、常见固体润滑剂的制备方法,12,3.1.2火法提纯a）氯化焙烧法氯化焙烧法是将石墨矿石在一定高温和特定的气氛下焙烧，再通入氯气进行化学反应，使石墨中杂质进行氯化反应，生成气相或凝聚物的氯化物及络合物(熔沸点较低)逸出，从而达到提纯的目的。b）高温法高温提纯法是在高温石墨化技术的基础上发展而成的。石墨的一个重要性质是具有高的熔点和沸点，石墨是自然界中熔点最高的物质之一，只要将石墨原料加热到2700以上就可以利用杂质沸点低的性质，使它们率先气化而脱除。,3、常见固体润滑剂的制备方法,13,（1）氟化石墨是碳和氟在高温下反应而生成的无机高分子化合物，其正确的名称应为聚一氟化碳，分子式一般用（CF）表示。（2）氟化石墨具有层状结构，而且其层间键能远较石墨层间键能为低，这说明氟化石墨具有较好的自润滑性。（3）作为固体润滑剂，氟化石墨优于石墨、二硫化钼，特别是在高速、高压、高温条件下使用。,3、常见固体润滑剂的制备方法,3.2氟化石墨,14,氟化石墨由碳与氟直接反应而得，其化学反应式如下：将石墨干燥，加热到374600时通入被氮气稀释的氟气而制得。这一反应为放热反应，反应在高温下进行，但温度过高则生成的氟化石墨发生分解反应，生成气态的CF，回收率低。因此合成要在一定的温度范围内进行，范围下限为氟化反应起始温度，上限为反应率最高温度。氟化反应的温度范围因原料碳的种类不同而异。其上、下限温度，均以炭黑为最低，天然石墨最高，所生成的氟化石墨的性质亦因原料碳的不同而异。氟化反应的速度与氟气压力的平方根成正比：式中，dwdt为氟化石墨合成的反应速度，K为速度常数，P为氟气压力，m为常数，因反应温度不同而异。因此，要提高氟化石墨的生产效率，关键在于反应温度的控制和氟气压力的调节。,3、常见固体润滑剂的制备方法,15,（1）聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物，英文缩写为PTFE，商品名为“特氟隆”（teflon)。基本结构为-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-。（2）聚四氟乙烯广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的,它本身对人没有毒性，（3）聚四氟乙烯是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，被美誉为“塑料之王”。它的摩擦系数极低，所以可作固体润滑剂使用。,3、常见固体润滑剂的制备方法,3.3聚四氟乙烯,3.3.1单体四氟乙烯的制备以氢氟化钙为原料，与硫酸反应生成氟化氢，再与三氯甲烷反应生成一氯二氟甲烷，将一氯二氟甲烷置于镍铬管中，在催化剂作用下，高温裂解得到四氟乙烯。,16,3.3.2聚四氟乙烯的制备PTFE由四氟乙烯经自由基聚合而生成。其聚合方法包括本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合（亦称分散聚合）等，工业生产中主要采用悬浮聚合和乳液聚合。聚合一般在4080，326kgfcm2压力下，采用无机的过硫酸盐、有机过氧化物作为引发剂进行。,（1）悬浮聚合悬浮聚合PTFE的加工方法基本步骤包括预成型、烧结和冷却三部分。预成型是将粉末状PTFE树脂压成具有一定形状的预成品；烧结是将预成品加热至树脂熔点使树脂粒子密集为均相结构；冷却是在一定的冷却速度下降温以获取一定形状的聚四氟乙烯材料。主要成型工艺有三种：PTFE挤压成型工艺、PTFE等压成型、PTFE模压成型。（2）乳液聚合分散PTFE是PTFE分散粒子经凝聚后形成的次级粒子，直径为500m，粉状，比表面积大，吸收有机溶剂后，经剪切力的作用形成糊膏状，通常采用挤压成型工艺，故称糊膏挤压成型。采用糊膏挤压成型的PTFE制品品种较多，有小口径棒、电线、薄壁管、导型材、生料带、生料棒和PTFE膨体制品。,3、常见固体润滑剂的制备方法,17,软金属固体润滑剂是以金属粉末形式存在相对运动的表面之间。其缺点是难于附着金属表面，可用有机胶合剂或无机胶合剂混入粉状的固体润滑剂中，喷射胶结于轴承内壁，硬化之后，形成一层附着力甚强的固体润滑层。,制造铅粉主要有两种方法，即球磨法和气相氧化法。3.4.1球磨法将铅球投入球磨机中，由于摩擦和铅被空气中的氧气氧化成氧化铅时放热，使筒内温度升高，只要合理地控制铅球量、鼓风量，在一定的空气湿度下，就能生产出合格的铅粉。生产工艺过程：先将纯铅熔融，用铸球机或铸粒机铸成铅球或铅粒在球磨机中研磨，经风选，生产出球磨铅粉，颗粒形状为鳞片状。,3、常见固体润滑剂的制备方法,3.4铅粉,18,3.4.2气相氧化法熔铅为“液态”提液铅液至加压气体混合器氧化仓氧化铅粉。大部数国家（包括中国）采用岛津式球磨法生产铅粉，欧美一些国家采用巴顿式铅粉机较多，巴顿式铅粉机生产效率较高。,3、常见固体润滑剂的制备方法,19,天然法是以天然辉钼精矿，经过物理、化学作用，除去有害杂质而不改变二硫化钼的天然六方晶形的生产方法。该工艺是将矿山产品(含MoS275%以上)用不同的方法进行除杂提纯，制取符合润滑要求的产品。其方法有以下几种：真空(或充氮)焙烧、酸浸除杂工艺、强化酸浸工艺。,3、常见固体润滑剂的制备方法,3.5二硫化钼,二硫化钼以其优异的润滑性能，作为固体润滑材料应用已有60多年的历史。它是优异的摩擦改进剂(减摩剂)、抗磨剂、极压剂和抗氧剂。用于汽车工业（固定器及部件）、航空航天（真空抗辐射润滑）、工业机械（普通润滑）、复合材料工业（零部件制备）、冶金工业（粉剂润滑）等，还用于各种润滑剂的添加剂。二硫化钼润滑剂生产工艺总体分为两大类型，天然法和化学合成法。,3.5.1天然法,20,化学合成法生产工艺可用下列简式表示:,合成法生产工艺较繁杂，但产品纯度高，一般含二硫化钼量均可达到99%，含杂低，颗粒细小。由于合成法生产制得的产品晶形结构为斜方晶系，润滑性能不如天然二硫化钼的六晶系好。另外，合成法工艺中要将三硫化钼在真空条件下高温脱硫，使产品易受硫污染。金属回收率较低、生产成本高是该工艺最大缺点。,3、常见固体润滑剂的制备方法,3.5.2合成法,21,（1）可以作为固体润滑剂的材料很多，根据其种类、性质和润滑机理的不同，在选用时，一定要根据润滑