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【每周一讀】《規(guī)范化的設(shè)備潤(rùn)滑管理》（三）

2024-12-06 10:16設(shè)備大視野人氣：1

第二章 潤(rùn)滑劑

第一節(jié) 潤(rùn)滑劑的分類

潤(rùn)滑劑的品種繁多，分類因依據(jù)不同而異，但一般按其物理狀態(tài)可分為液體潤(rùn)滑劑，半固體潤(rùn)滑劑、固體潤(rùn)滑劑與氣體潤(rùn)滑劑四大類，每類均有其性能特點(diǎn)與適用范圍，其分類情況見圖2-1。

根據(jù)GB/T 498-1987的規(guī)定，將潤(rùn)滑劑和有關(guān)產(chǎn)品，歸類為L(zhǎng)類產(chǎn)品，因而潤(rùn)滑劑總的代號(hào)為L(zhǎng)，即所有潤(rùn)滑劑代號(hào)的第一個(gè)字母均為L(zhǎng)。

1．液體潤(rùn)滑劑

在上述四類潤(rùn)滑劑中，液體潤(rùn)滑劑是用量最大、品種最多的一類潤(rùn)滑劑，如圖2-1所示，包括有礦物潤(rùn)滑油、合成潤(rùn)滑油、動(dòng)植物油和水基液體等。液體潤(rùn)滑劑的特點(diǎn)是具有較寬廣的粘度范圍，因而對(duì)不同的負(fù)荷、速度與溫度的工作條件的摩擦副提供較寬的選擇余地。其中礦物潤(rùn)滑油是目前使用最多的液體潤(rùn)滑劑，約占90%左右，但隨著科技的發(fā)展，各種苛刻工作條件的摩擦副對(duì)潤(rùn)滑劑的要求越來越高，因而適于特殊用途的合成潤(rùn)滑油的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，發(fā)展愈來愈來快，上世紀(jì)八、九十年代就比礦物潤(rùn)滑油快一倍以上。

動(dòng)植物油是人類最早使用的潤(rùn)滑劑，而現(xiàn)在使用的動(dòng)植物油主要是菜籽油、蓖麻油、花生油、葵花籽油等植物油，其優(yōu)點(diǎn)是油性好；缺點(diǎn)則是氧化安定性、熱穩(wěn)定性較差，低溫性能也比礦物油差。不過，隨著不可再生的石油資源的逐漸短缺和環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，礦物油將受到制約，而動(dòng)植物油將重新得到重視，可以預(yù)料，當(dāng)科技發(fā)展至可以改善其熱氧化安定性與低溫性能之時(shí)，將會(huì)更多地應(yīng)用這類可以再生的植物油來代替礦物油，并可能成為重要的潤(rùn)滑劑之一。

礦物潤(rùn)滑油通常也簡(jiǎn)稱為潤(rùn)滑油，是從原油經(jīng)多道工序提煉而成。先由原油在常壓蒸餾分得汽油、煤油、柴油與重油，再用重油通過減壓蒸餾得各種餾分，并進(jìn)一步精制加工得餾分潤(rùn)滑油，余下的殘?jiān)?jīng)再進(jìn)一步的精煉得殘?jiān)鼭?rùn)滑油，而餾分潤(rùn)滑油與殘?jiān)鼭?rùn)滑油按不同比例調(diào)配則是調(diào)合潤(rùn)滑油。因而由原油煉制的礦物潤(rùn)滑油就有餾分潤(rùn)滑油、殘?jiān)鼭?rùn)滑油與調(diào)合潤(rùn)滑油三類，規(guī)格品種甚多，應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，在這基礎(chǔ)上再加入諸如抗氧化、極壓抗磨等等的添加劑后，將會(huì)大幅度改善礦物潤(rùn)滑油的性能（如在汽輪機(jī)油中加入0.1~1%的抗氧化添加劑可使其工作壽命由幾百小時(shí)提高到數(shù)千小時(shí)），從而使有添加劑的礦物潤(rùn)滑油的應(yīng)用范圍更廣。

合成潤(rùn)滑油是通過化學(xué)合成的辦法制成的潤(rùn)滑油，目前已工業(yè)化生產(chǎn)的合成潤(rùn)滑油有合成烴、有機(jī)酯、聚醚、聚硅氧烷（硅油）、含氟油、磷酸酯等六大類，每類都有其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，特定的原材料與制備工藝，并具有特殊的性能，但成本較高，價(jià)格較貴，故目前多在礦物潤(rùn)滑油不能滿足要求的特殊潤(rùn)滑條件下使用，特別是航空、航天、原子能、國(guó)防工業(yè)與尖端科學(xué)技術(shù)等部門的苛刻潤(rùn)滑條件要求的場(chǎng)合使用。不過隨著科技發(fā)展，一方面制作成本不斷下降，一方面對(duì)潤(rùn)滑要求越來越高，合成潤(rùn)滑油近來發(fā)展迅速，據(jù)一些資料介紹，在美、日、西歐等發(fā)達(dá)國(guó)家，如聚α一烯烴等合成烴的年增長(zhǎng)率達(dá)30%左右。

水基液體是含水的潤(rùn)滑劑，由水、油、乳化劑與添加劑組成。其中水是主要原料，而水是無毒、不燃、不污染環(huán)境，價(jià)格低、來源豐富、貯運(yùn)方便的物質(zhì)，具冷卻性能力，代替油可以節(jié)約能源，使用安全，有利保護(hù)環(huán)境，且成本低，這是其優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)則是表面張力大、粘度低、摩擦系數(shù)大、潤(rùn)滑性能差、凍結(jié)后膨脹、使用溫度范圍窄、易腐敗變質(zhì)、易使金屬銹蝕等。因此，水基液體的使用范圍受到限制，其中使用較多的乳化液亦主要是用于液壓油以及金屬加工中的切削、研磨、壓延、沖壓、拉拔等加工油液。不過，由于世界石油資源枯竭，節(jié)油要求日益重要、迫切，與合成潤(rùn)滑油一樣，水基液體也將會(huì)成為一種很有發(fā)展前途的潤(rùn)滑劑，用以代替礦物潤(rùn)滑油。

2．潤(rùn)滑脂

潤(rùn)滑脂在常溫常壓下呈半流動(dòng)狀態(tài)的油膏，故又稱半固體潤(rùn)滑劑，是由基礎(chǔ)潤(rùn)滑油和稠化劑按一定的比例稠化而成。按使用的稠化劑種類，潤(rùn)滑脂可分為皂基脂，烴基脂、無機(jī)脂和有機(jī)脂四類。

潤(rùn)滑脂的優(yōu)點(diǎn)是能可靠地填充于諸如滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體間的空隙，不需特殊的密封裝置也不會(huì)流失，工作持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，即可以較長(zhǎng)周期更換或添加，維護(hù)管理方便、適應(yīng)面廣等；其缺點(diǎn)則是流動(dòng)性小、散熱性差、高溫下易產(chǎn)生相變分解，換脂時(shí)甚至有些摩擦副在添加脂時(shí)也要拆卸零部件。

根據(jù)潤(rùn)滑脂的這些特點(diǎn)，一般是在有特殊條件要求的場(chǎng)合使用潤(rùn)滑脂是合理的。例如要求有良好的粘附性以免潤(rùn)滑劑流失或滴落的開放式潤(rùn)滑部位；在有塵埃、水分或有害氣體侵蝕的情況下，要求有良好的密封性、防護(hù)性和防腐蝕性的摩擦副；由于運(yùn)轉(zhuǎn)條件限制要求長(zhǎng)期不換潤(rùn)滑劑的摩擦副等等。因此，雖然潤(rùn)滑脂只占潤(rùn)滑劑總產(chǎn)量的2%左右，但仍得到廣泛應(yīng)用，尤其是中、小功率的電動(dòng)機(jī)的滾動(dòng)軸承，特別是單獨(dú)潤(rùn)滑的滾動(dòng)軸承，幾乎全是用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的，一般只有傳動(dòng)齒輪箱的滾動(dòng)軸承才依齒輪副的要求選用相應(yīng)的潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑。

3．固體潤(rùn)滑劑

固體潤(rùn)滑劑是以固體形態(tài)存在于摩擦界面間起潤(rùn)滑作用的物質(zhì)，有軟金屬、金屬化合物、無機(jī)物與有機(jī)物等四類，但其在摩擦界面的形狀則可分為固體粉末、薄膜和自潤(rùn)滑復(fù)合材料三種。

固體潤(rùn)滑劑是為解決一些極端狀態(tài)下的潤(rùn)滑需要而出現(xiàn)的一類新型潤(rùn)滑劑，目前已發(fā)展成潤(rùn)滑劑的一大分類，其突出優(yōu)點(diǎn)是耐高溫、耐低溫、抗輻射、抗腐蝕、不污染環(huán)境，并可以在無封閉有塵土的環(huán)境中使用等。其缺點(diǎn)則是摩擦系數(shù)較高、冷卻散熱性能差，且防銹與排除磨屑都不如液體潤(rùn)滑劑。因此，固體潤(rùn)滑劑主要用于那些不適宜用潤(rùn)滑油、脂或給油不方便，裝拆困難等場(chǎng)合，例如航空航天飛行器中工作溫度很高或溫度變化范圍大的摩擦副、有很強(qiáng)的高能輻射的核電站原子反應(yīng)堆的摩擦副，高真空工作的摩擦副，若使用潤(rùn)滑油脂會(huì)可能造成污梁的食品機(jī)械與紡織機(jī)械等。在一般工業(yè)設(shè)備潤(rùn)滑中最常用的固體潤(rùn)滑劑是金屬氧化物的二硫化鉬、無機(jī)物的石墨與有機(jī)物的聚四氟乙稀。

二硫化鉬是良好的固體潤(rùn)滑材料，是從輝鉬礦經(jīng)化學(xué)提純并多級(jí)粉碎后獲得的呈黑灰色粉劑。具有良好的粘附性、抗壓性和減摩性能，摩擦系數(shù)f=0.03~0.15；能在高溫（350℃）和低溫（-180℃）下使用，對(duì)酸、堿、石油、水等不溶解，與金屬表面不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不侵蝕柏膠材料。二硫化鉬粉制目前有MF-0、MF-1、MF-2三個(gè)品種供選用。

石墨是一種較好的固體潤(rùn)滑劑，呈黑色鱗片狀晶體物質(zhì)，在常壓、高溫（達(dá)400℃）下可長(zhǎng)期使用，摩擦系數(shù)f=0.05~0.19。石墨粉劑有F-1、F-2、F-3、F-4四個(gè)品種供選用。

聚四氟乙烯（PTFE）是低摩擦系數(shù)（比MoS2及石墨都低），極好化學(xué)穩(wěn)定性的固體潤(rùn)滑材料，工作溫度范圍大，在-195℃到250℃都能保持良好的性能。缺點(diǎn)是摩擦?xí)r磨損量較大。一般是做成自潤(rùn)滑復(fù)合材料的機(jī)件來使用，如用于活塞環(huán)、活塞桿密封圈等。

4．氣體潤(rùn)滑劑

與液體一樣，氣體也是流體，同樣符合流體的物理規(guī)律，因此在一定條件下氣體也可以像液體一樣成為潤(rùn)滑劑。常用的氣體潤(rùn)滑劑有空氣、氦、氮、氫等，其優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，工作溫度范圍廣，形成的潤(rùn)滑膜比液體薄，因而氣體支承間隙小，回轉(zhuǎn)精度高，在放射性和其他特殊環(huán)境中也能保持正常工作，不存在密封、堵塞和污染的問題。缺點(diǎn)則是氣體密度低，承載能力低，對(duì)使用設(shè)備的精度要求很高，甚至要用價(jià)高的特殊材料制成，且排氣噪音高。因此只能用在30~70KPa的空氣動(dòng)力裝置摩擦副與不高于100KPa的空氣靜力學(xué)裝置摩擦副中，如醫(yī)用牙鉆、精密磨床主軸、慣性導(dǎo)航陀螺等，其中空氣適用在650℃以下使用，而氮、氦等情性氣體則可在1000℃以上使用，轉(zhuǎn)速可高達(dá)10000至600000rpm甚至更高，目前在諸如精密光學(xué)儀器、測(cè)量?jī)x器、電子計(jì)算機(jī)、精密研磨設(shè)備等高速低負(fù)荷摩擦副中的應(yīng)用有增加的趨勢(shì)。不過，總的來說，目前氣體潤(rùn)滑劑在潤(rùn)滑劑的總產(chǎn)量中所占的比例仍是很少。

5．各類潤(rùn)滑劑的性能比較

上述四大類潤(rùn)滑劑的性能比較如表2-1。

從表中可以看到，四大類潤(rùn)滑劑性能各異且各有特色，適應(yīng)范圍廣闊，對(duì)于各種工作條件的摩擦副，總可以找到適用的相應(yīng)品種的潤(rùn)滑劑，以達(dá)到減摩降磨的目的。但從總的結(jié)合性能看，第一、二類的液體、半固體潤(rùn)滑劑則有明顯優(yōu)勢(shì)，兼之其品種眾多，從而得到廣泛應(yīng)用而占潤(rùn)滑劑總量98%以上，而第三、四類固體與氣體潤(rùn)滑劑只按其某些特殊性能在特殊場(chǎng)合使用。因此，后面將對(duì)潤(rùn)滑油、脂作進(jìn)一步的介紹。

來源：《規(guī)范化的設(shè)備潤(rùn)滑管理》

主編：李葆文

出版社：機(jī)械工業(yè)出版社

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