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石墨潤滑

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中文名；石墨潤滑 外文名；Graphite lubricant

石墨具有片狀晶體結構，潤滑性能良好．而且還具有良好的導電、導熱、耐磨、耐壓、耐溫(溫度可高達450℃)以及化學穩定性等特點，故石墨在機械工業中廣泛用來製造各種潤滑劑。

作為潤滑劑使用，或噴塗等方式加到需要潤滑的部位」修改為：「主要是將石墨微細顆粒均勻分布於水、油或其他介質中形成穩定的膠體狀物，可以直接采甩塗擦、浸塗或噴塗等方式加到需要潤滑的部位，也可以加到各種潤滑劑中合併使用。它與金屬表面接觸，不但能形成一層牢固的潤滑薄膜，而且還能提高金屬表面對其他潤滑劑的潤濕性能，從而保持長時問的潤滑作用。另外，由於石墨是以極細微的顆粒存在，因此它極易滲入緊密吻合的滑動或轉動部件間起良好的潤滑作用。

機理

石墨是具有六方晶系的晶體結構。因為與基礎面平行的面間結合力弱，所以這些晶體在其面間都很容易剪切，亦即摩擦力小，同時能夠支持垂直於基礎面的負荷，所以承載能力強，摩擦係數小，具有作為固體潤滑劑的最佳性質。

石墨的摩擦磨損受吸附氣體的支配。石墨的磨損速度隨水蒸氣壓的上升而下降，當壓力增大到466Pa以上時，瞎損就觀察不到了，表明石墨的潤滑特性受吸附氣體的影響，見圖1。

石墨的磨損特性依賴於氣體吸附的原因在於：石墨棱面（側部面）的表面能比基礎面的高100倍，因此在真空中棱面比基礎面更容易粘着在底金屬表面上。即使切向力增大，在容易滑移的基礎面間也不會發生剪切。這就導致摩擦係數升高，磨損也增多。石墨在真空中的摩擦係數為其在空氣中的2倍，磨損甚至高達100倍。

如果存在氣體，則棱面首先吸附氣體並達到飽和，那麼它向金屬表面的粘着發生在基礎面上，在剪切力的作用下，基礎面間的滑移就變得容易。

石墨的結晶程度越高，它就越能保護被潤滑材料不受磨損。另外，雜質的含量必須控制在1%以下，否則就容易出現明顯的磨粒磨損。然而，這種作用實際上是隨着雜質種類的不同而不同的。

利用石墨容易吸附氣體的特性，可以在其層間引入氟、金屬或金屬化合物等製成層間化合物，或者通過電解氧化、還原將其製成蜂窩狀結構的物質。圖2為金屬和金屬氯化物對石墨層間化合物塗層膜壽命影響的關係示圖。作為引入層間的物質，金屬氯化物比金屬的效果好，而且包入量越多效果越明顯。可以看出，提高耐密壽命最有效的是氯化鈷（CoCl2），可使壽命延長到原石墨的5倍以上。這樣的新材料在滑動條件變化的情況下也能保持良好的潤滑特性。

應用

石墨作為固體潤滑劑，可以乾粉形態進行飛濺潤滑，可以作為添加劑製成水劑和油劑，也可以與其他多種材料組合成複合材料用於傳動中的潤滑，並可在導電工況下作耐磨部件（電刷）。

石墨潤滑劑可分為水劑和油荊膠體石墨及微粒度石墨千粉三種，其使用方法如下：

微粒度石墨粉

直接塗擦於轉動或滑動部分，或混入介質中，如煤油、汽油或輕質礦物油中以及酚醛樹脂或水玻璃中，以噴塗或浸塗等方式塗於需要潤滑或覆蓋部分，使用量按需要而定，一般為10%~20%。

把石墨粉末裝入齒輪箱中，由於齒輪的攪動作用，使粉末飛揚起來，進入各個摩擦部位，形成粉塵式潤滑。粉塵式潤滑已經在汽車底盤的變速箱和後橋差速齒輪箱中應用，並取得一定成效。

粉塵式潤滑旋工比較簡單，只要將固體潤滑劑粉末倒入傳動箱內便可。使用過程中，可以連續不斷地自動補充固體潤滑膜。並且可以長期運行，不必人工保膜，維護也比較簡單。

油劑

可直接加入原潤滑系統所使用的潤滑油中合併使用，使甩量按需要而定，一般為2~10%左右。

石墨分散在潤滑油中使用時，其潤滑性能不僅取決於石墨的潤滑特性，而且受潤滑油性能的影響。試驗證明，由石器組成的潤滑膜中，如果含有石器的7～8倍量的潤滑油則其潤滑性能最佳。分散在潤滑油中的石墨顆粒度，應根據使用要求綜合考慮。一般多用4～10μm的顆粒，因為4～5μm的磨粒磨損量最小，而1μm以下和150μm以上的磨粒磨損量最大。

由膠體石墨分散於潤滑油中組成的石墨油劑（俗稱石墨油）的性能和主要用途見表。

水劑

將石墨粉直接加入水或乳化切削液中使用，使用量按需要而定，一般為5~10%左右。

石墨分散在水、油或溶劑中的懸浮液，常用在金屬熱塑性壓力加工的潤滑脫模劑上。石墨作為潤滑脂稠化劑，可增加承載能力，抗磨損性能及耐熱性能等，且高溫粘着性好。用平均粒徑10μm的石墨製成的石墨乳應用在熱鍛上，可用到500℃以上，短時間可用到800℃的鍛造上。

例如，在鎢絲拉制過程中，石墨乳是必不可少的。石墨乳性能的優劣，直接影響鎢絲的質量（絲徑的一致性和表面缺陷等）及拉絲鑽石模孔的磨損。拉制前，石墨乳事先塗敷在被拉制的鎢絲表面，再以30～70μm/min的速度通過加熱爐（爐溫在500～850℃之間），然後通過鑽石模孔完成拉絲工序。

直流電機應用

航天器上大多數小型直流電機，只要求在真空環境中工作。但隨着航天飛機的發展，小型傳動電機必須在地面及空間環境中工作。用於各種航天器機構中的小型傳動電機的功率較小。對於定位或閉鎖裝置，只需電機作問隙的或一次性操作。可以作為電刷的候選材料有以下幾種。

碳石墨加MoS2；

人造石墨加碳酸鋰（Li2CO3）；

碳石墨，50%的Ag加MoS2；

碳石墨加30%的Ag；

碳石墨加Cu與CuS；

同樣品5，但燒結溫度較高；

碳石墨加Ag；

80%MoS2加W和Ta；

天然石墨，45%的Cu加氟化鋇（BaF2）；

天然石墨加BaF2；

石墨，塑料加MoS2。

在長期試驗的基礎上選出5種較為理想的材料，然後將選出的5種材料在試驗中的平均磨損率列在圖3中。由圖3看出，材料5明顯優於其他10種材料。7種材料（2、6、7、8、9、10和11）在大多數應用中具有令人滿意的低磨損率，其中以材料11最優。3種材料（1、3和4）具有高的磨損。

參考來源

烯潤科技石墨烯潤滑油介紹