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固体润滑技术的研究现状及展望 摘自能源研究与信息 润滑就是用润滑剂减少(或控制)两摩擦表面之间的摩擦力或其他形式的表面破坏的作 用。润滑剂包括润滑油、润滑脂、润滑性粉末、薄膜材料(粘结干膜、电镀、电泳、溅射、离 子镀固体润滑膜、陶瓷膜等)和整体材料(金属基、无机非金属基或塑料基自润滑材料等)。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。利用固体润滑剂进行润滑的方法称为固 体润滑。利用固体润滑剂对摩擦界面进行润滑的技术统称为固体润滑技术。当前，可作为固体润滑剂的物质有石墨和二硫化钼等层状固态物质、塑料和树脂等高分 子材料、软金属及其各种化合物等。固体润滑技术最早应用于军事工业，后来应用于一些高科 技领域解决了一些液体润滑剂难以解决的困难，现在逐渐推广到常规生产领域中，取得了良好 的效果。因而，固体润滑技术越来越受到人们的重视；加之当前全球性能源紧迫，因此将固体 润滑逐渐代替液体润滑的呼声日见高涨。目前，虽然从理论上研究固体润滑机理日益增多，应 用固体润滑技术解决日常遇到的润滑问题所取得的成效也日益显著。但各种物质的润滑机理还 有待深入研究，许多制备工艺还有待完善[1~6]，润滑技术的效果和经济效益还有待提高。本文在分析固体润滑机理的基础上，归纳评述国内外固体润滑技术的研究进展，阐明了 各种润滑方式的优缺点，以期对实际遇到的固体润滑问题有一定的参考。1 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???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，N；A 为真实接触面积，m2；Qs 为压缩屈服极限，Pa。(1)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(2) (3)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，二硫化钼溅射膜和离子镀膜相继出现，氟化石墨研制成功。在以后发射的 气象卫星、国际通讯卫星、宇宙飞船等航天工程中大量使用着各种各样的固体润滑材料。在新 兴的产业部门和新兴的技术领域中都在逐渐应用固体润滑，如以机器人和电子计算机为主的电 子机械中，其主要的润滑部分(如齿轮机构、谐和减速器、轴承、滚珠丝杠、链索和链轮等) 就是常用固体润滑剂聚四氟乙烯和二硫化钼作润滑剂2.1 常用固体润滑材料常用固体润滑材料主要是指具有层状结构的材料，如石墨，二硫化钼等无机物，以及用于250℃以上的高温润滑材料，其中有单质硫化物、氧化物、氟化物、硒化物等。具有层状结构 的物质，剪切强度低，容易粘附于基材表面。其他作为固体润滑的无机物具有低的摩擦系数和高的粘着强度，容