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【每周一讀】《規范化的設備潤滑管理》（三）

2024-12-06 10:16設備大視野人氣：1

第二章 潤滑劑

第一節 潤滑劑的分類

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

根據GB/T 498-1987的規定，將潤滑劑和有關產品，歸類為L類產品，因而潤滑劑總的代號為L，即所有潤滑劑代號的第一個字母均為L。

1．液體潤滑劑

在上述四類潤滑劑中，液體潤滑劑是用量最大、品種最多的一類潤滑劑，如圖2-1所示，包括有礦物潤滑油、合成潤滑油、動植物油和水基液體等。液體潤滑劑的特點是具有較寬廣的粘度范圍，因而對不同的負荷、速度與溫度的工作條件的摩擦副提供較寬的選擇余地。其中礦物潤滑油是目前使用最多的液體潤滑劑，約占90%左右，但隨著科技的發展，各種苛刻工作條件的摩擦副對潤滑劑的要求越來越高，因而適于特殊用途的合成潤滑油的應用范圍不斷擴大，發展愈來愈來快，上世紀八、九十年代就比礦物潤滑油快一倍以上。

動植物油是人類最早使用的潤滑劑，而現在使用的動植物油主要是菜籽油、蓖麻油、花生油、葵花籽油等植物油，其優點是油性好；缺點則是氧化安定性、熱穩定性較差，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保要求的日益嚴格，礦物油將受到制約，而動植物油將重新得到重視，可以預料，當科技發展至可以改善其熱氧化安定性與低溫性能之時，將會更多地應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滑劑之一。

礦物潤滑油通常也簡稱為潤滑油，是從原油經多道工序提煉而成。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，并進一步精制加工得餾分潤滑油，余下的殘渣經再進一步的精煉得殘渣潤滑油，而餾分潤滑油與殘渣潤滑油按不同比例調配則是調合潤滑油。因而由原油煉制的礦物潤滑油就有餾分潤滑油、殘渣潤滑油與調合潤滑油三類，規格品種甚多，應用場合廣泛，在這基礎上再加入諸如抗氧化、極壓抗磨等等的添加劑后，將會大幅度改善礦物潤滑油的性能（如在汽輪機油中加入0.1~1%的抗氧化添加劑可使其工作壽命由幾百小時提高到數千小時），從而使有添加劑的礦物潤滑油的應用范圍更廣。

合成潤滑油是通過化學合成的辦法制成的潤滑油，目前已工業化生產的合成潤滑油有合成烴、有機酯、聚醚、聚硅氧烷（硅油）、含氟油、磷酸酯等六大類，每類都有其獨特的化學結構，特定的原材料與制備工藝，并具有特殊的性能，但成本較高，價格較貴，故目前多在礦物潤滑油不能滿足要求的特殊潤滑條件下使用，特別是航空、航天、原子能、國防工業與尖端科學技術等部門的苛刻潤滑條件要求的場合使用。不過隨著科技發展，一方面制作成本不斷下降，一方面對潤滑要求越來越高，合成潤滑油近來發展迅速，據一些資料介紹，在美、日、西歐等發達國家，如聚α一烯烴等合成烴的年增長率達30%左右。

水基液體是含水的潤滑劑，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、不污染環境，價格低、來源豐富、貯運方便的物質，具冷卻性能力，代替油可以節約能源，使用安全，有利保護環境，且成本低，這是其優點。但缺點則是表面張力大、粘度低、摩擦系數大、潤滑性能差、凍結后膨脹、使用溫度范圍窄、易腐敗變質、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，節油要求日益重要、迫切，與合成潤滑油一樣，水基液體也將會成為一種很有發展前途的潤滑劑，用以代替礦物潤滑油。

2．潤滑脂

潤滑脂在常溫常壓下呈半流動狀態的油膏，故又稱半固體潤滑劑，是由基礎潤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，潤滑脂可分為皂基脂，烴基脂、無機脂和有機脂四類。

潤滑脂的優點是能可靠地填充于諸如滾動軸承的滾動體間的空隙，不需特殊的密封裝置也不會流失，工作持續時間長，即可以較長周期更換或添加，維護管理方便、適應面廣等；其缺點則是流動性小、散熱性差、高溫下易產生相變分解，換脂時甚至有些摩擦副在添加脂時也要拆卸零部件。

根據潤滑脂的這些特點，一般是在有特殊條件要求的場合使用潤滑脂是合理的。例如要求有良好的粘附性以免潤滑劑流失或滴落的開放式潤滑部位；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、防護性和防腐蝕性的摩擦副；由于運轉條件限制要求長期不換潤滑劑的摩擦副等等。因此，雖然潤滑脂只占潤滑劑總產量的2%左右，但仍得到廣泛應用，尤其是中、小功率的電動機的滾動軸承，特別是單獨潤滑的滾動軸承，幾乎全是用潤滑脂潤滑的，一般只有傳動齒輪箱的滾動軸承才依齒輪副的要求選用相應的潤滑劑潤滑。

3．固體潤滑劑

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

固體潤滑劑是為解決一些極端狀態下的潤滑需要而出現的一類新型潤滑劑，目前已發展成潤滑劑的一大分類，其突出優點是耐高溫、耐低溫、抗輻射、抗腐蝕、不污染環境，并可以在無封閉有塵土的環境中使用等。其缺點則是摩擦系數較高、冷卻散熱性能差，且防銹與排除磨屑都不如液體潤滑劑。因此，固體潤滑劑主要用于那些不適宜用潤滑油、脂或給油不方便，裝拆困難等場合，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、有很強的高能輻射的核電站原子反應堆的摩擦副，高真空工作的摩擦副，若使用潤滑油脂會可能造成污梁的食品機械與紡織機械等。在一般工業設備潤滑中最常用的固體潤滑劑是金屬氧化物的二硫化鉬、無機物的石墨與有機物的聚四氟乙稀。

二硫化鉬是良好的固體潤滑材料，是從輝鉬礦經化學提純并多級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f=0.03~0.15；能在高溫（350℃）和低溫（-180℃）下使用，對酸、堿、石油、水等不溶解，與金屬表面不發生化學反應，也不侵蝕柏膠材料。二硫化鉬粉制目前有MF-0、MF-1、MF-2三個品種供選用。

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

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

4．氣體潤滑劑

與液體一樣，氣體也是流體，同樣符合流體的物理規律，因此在一定條件下氣體也可以像液體一樣成為潤滑劑。常用的氣體潤滑劑有空氣、氦、氮、氫等，其優點是摩擦系數小，工作溫度范圍廣，形成的潤滑膜比液體薄，因而氣體支承間隙小，回轉精度高，在放射性和其他特殊環境中也能保持正常工作，不存在密封、堵塞和污染的問題。缺點則是氣體密度低，承載能力低，對使用設備的精度要求很高，甚至要用價高的特殊材料制成，且排氣噪音高。因此只能用在30~70KPa的空氣動力裝置摩擦副與不高于100KPa的空氣靜力學裝置摩擦副中，如醫用牙鉆、精密磨床主軸、慣性導航陀螺等，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，轉速可高達10000至600000rpm甚至更高，目前在諸如精密光學儀器、測量儀器、電子計算機、精密研磨設備等高速低負荷摩擦副中的應用有增加的趨勢。不過，總的來說，目前氣體潤滑劑在潤滑劑的總產量中所占的比例仍是很少。

5．各類潤滑劑的性能比較

上述四大類潤滑劑的性能比較如表2-1。

從表中可以看到，四大類潤滑劑性能各異且各有特色，適應范圍廣闊，對于各種工作條件的摩擦副，總可以找到適用的相應品種的潤滑劑，以達到減摩降磨的目的。但從總的結合性能看，第一、二類的液體、半固體潤滑劑則有明顯優勢，兼之其品種眾多，從而得到廣泛應用而占潤滑劑總量98%以上，而第三、四類固體與氣體潤滑劑只按其某些特殊性能在特殊場合使用。因此，后面將對潤滑油、脂作進一步的介紹。

來源：《規范化的設備潤滑管理》

主編：李葆文

出版社：機械工業出版社