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石墨润滑

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中文名；石墨润滑 外文名；Graphite lubricant

石墨具有片状晶体结构，润滑性能良好．而且还具有良好的导电、导热、耐磨、耐压、耐温(温度可高达450℃)以及化学稳定性等特点，故石墨在机械工业中广泛用来制造各种润滑剂。

作为润滑剂使用，或喷涂等方式加到需要润滑的部位”修改为：“主要是将石墨微细颗粒均匀分布于水、油或其他介质中形成稳定的胶体状物，可以直接采甩涂擦、浸涂或喷涂等方式加到需要润滑的部位，也可以加到各种润滑剂中合并使用。它与金属表面接触，不但能形成一层牢固的润滑薄膜，而且还能提高金属表面对其他润滑剂的润湿性能，从而保持长时问的润滑作用。另外，由于石墨是以极细微的颗粒存在，因此它极易渗入紧密吻合的滑动或转动部件间起良好的润滑作用。

机理

石墨是具有六方晶系的晶体结构。因为与基础面平行的面间结合力弱，所以这些晶体在其面间都很容易剪切，亦即摩擦力小，同时能够支持垂直于基础面的负荷，所以承载能力强，摩擦系数小，具有作为固体润滑剂的最佳性质。

石墨的摩擦磨损受吸附气体的支配。石墨的磨损速度随水蒸气压的上升而下降，当压力增大到466Pa以上时，瞎损就观察不到了，表明石墨的润滑特性受吸附气体的影响，见图1。

石墨的磨损特性依赖于气体吸附的原因在于：石墨棱面（侧部面）的表面能比基础面的高100倍，因此在真空中棱面比基础面更容易粘着在底金属表面上。即使切向力增大，在容易滑移的基础面间也不会发生剪切。这就导致摩擦系数升高，磨损也增多。石墨在真空中的摩擦系数为其在空气中的2倍，磨损甚至高达100倍。

如果存在气体，则棱面首先吸附气体并达到饱和，那么它向金属表面的粘着发生在基础面上，在剪切力的作用下，基础面间的滑移就变得容易。

石墨的结晶程度越高，它就越能保护被润滑材料不受磨损。另外，杂质的含量必须控制在1%以下，否则就容易出现明显的磨粒磨损。然而，这种作用实际上是随着杂质种类的不同而不同的。

利用石墨容易吸附气体的特性，可以在其层间引入氟、金属或金属化合物等制成层间化合物，或者通过电解氧化、还原将其制成蜂窝状结构的物质。图2为金属和金属氯化物对石墨层间化合物涂层膜寿命影响的关系示图。作为引入层间的物质，金属氯化物比金属的效果好，而且包入量越多效果越明显。可以看出，提高耐密寿命最有效的是氯化钴（CoCl2），可使寿命延长到原石墨的5倍以上。这样的新材料在滑动条件变化的情况下也能保持良好的润滑特性。

应用

石墨作为固体润滑剂，可以干粉形态进行飞溅润滑，可以作为添加剂制成水剂和油剂，也可以与其他多种材料组合成复合材料用于传动中的润滑，并可在导电工况下作耐磨部件（电刷）。

石墨润滑剂可分为水剂和油荆胶体石墨及微粒度石墨千粉三种，其使用方法如下：

微粒度石墨粉

直接涂擦于转动或滑动部分，或混入介质中，如煤油、汽油或轻质矿物油中以及酚醛树脂或水玻璃中，以喷涂或浸涂等方式涂于需要润滑或覆盖部分，使用量按需要而定，一般为10%~20%。

把石墨粉末装入齿轮箱中，由于齿轮的搅动作用，使粉末飞扬起来，进入各个摩擦部位，形成粉尘式润滑。粉尘式润滑已经在汽车底盘的变速箱和后桥差速齿轮箱中应用，并取得一定成效。

粉尘式润滑旋工比较简单，只要将固体润滑剂粉末倒入传动箱内便可。使用过程中，可以连续不断地自动补充固体润滑膜。并且可以长期运行，不必人工保膜，维护也比较简单。

油剂

可直接加入原润滑系统所使用的润滑油中合并使用，使甩量按需要而定，一般为2~10%左右。

石墨分散在润滑油中使用时，其润滑性能不仅取决于石墨的润滑特性，而且受润滑油性能的影响。试验证明，由石器组成的润滑膜中，如果含有石器的7～8倍量的润滑油则其润滑性能最佳。分散在润滑油中的石墨颗粒度，应根据使用要求综合考虑。一般多用4～10μm的颗粒，因为4～5μm的磨粒磨损量最小，而1μm以下和150μm以上的磨粒磨损量最大。

由胶体石墨分散于润滑油中组成的石墨油剂（俗称石墨油）的性能和主要用途见表。

水剂

将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，一般为5~10%左右。

石墨分散在水、油或溶剂中的悬浮液，常用在金属热塑性压力加工的润滑脱模剂上。石墨作为润滑脂稠化剂，可增加承载能力，抗磨损性能及耐热性能等，且高温粘着性好。用平均粒径10μm的石墨制成的石墨乳应用在热锻上，可用到500℃以上，短时间可用到800℃的锻造上。

例如，在钨丝拉制过程中，石墨乳是必不可少的。石墨乳性能的优劣，直接影响钨丝的质量（丝径的一致性和表面缺陷等）及拉丝钻石模孔的磨损。拉制前，石墨乳事先涂敷在被拉制的钨丝表面，再以30～70μm/min的速度通过加热炉（炉温在500～850℃之间），然后通过钻石模孔完成拉丝工序。

直流电机应用

航天器上大多数小型直流电机，只要求在真空环境中工作。但随着航天飞机的发展，小型传动电机必须在地面及空间环境中工作。用于各种航天器机构中的小型传动电机的功率较小。对于定位或闭锁装置，只需电机作问隙的或一次性操作。可以作为电刷的候选材料有以下几种。

碳石墨加MoS2；

人造石墨加碳酸锂（Li2CO3）；

碳石墨，50%的Ag加MoS2；

碳石墨加30%的Ag；

碳石墨加Cu与CuS；

同样品5，但烧结温度较高；

碳石墨加Ag；

80%MoS2加W和Ta；

天然石墨，45%的Cu加氟化钡（BaF2）；

天然石墨加BaF2；

石墨，塑料加MoS2。

在长期试验的基础上选出5种较为理想的材料，然后将选出的5种材料在试验中的平均磨损率列在图3中。由图3看出，材料5明显优于其他10种材料。7种材料（2、6、7、8、9、10和11）在大多数应用中具有令人满意的低磨损率，其中以材料11最优。3种材料（1、3和4）具有高的磨损。

参考来源

烯润科技石墨烯润滑油介绍