3Z31第三节（一）粘结型润滑材料二硫化钼-（MoS2）

文章来源：开拓者钼业

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第三节  粘结型润滑材料二硫化钼-（MoS2）

    粘结固体润滑膜是固体润滑材料的主要类型之一。因其性能优异而获得了从民用机械到空间技术等各个方面的广泛应用，几乎可以用到工程实际中所有的摩擦部件上。粘结固体润滑膜又称于膜润滑剂。它是将固体润滑剂分散于有机或无机粘结剂中，采用喷涂、刷涂或浸涂等方法施加在摩擦表面上，经固化而成膜的。干膜的厚度一般为20—50m，最厚的可大于 100llmo 干膜的摩擦系数通常在 0.05一0.20之间，最小可达0.02。干膜具有与基材相同的承载能力，这是因为负荷是通过千膜而施加在基材上的。但如果干膜太厚，它将会被压碎而降低其承截能力和耐磨性。

    粘结固体润滑膜可以在高温、高负荷、超低温、超高真空、强氧化还原和强辐射等环境条件下有效地润滑，且不会造成污染，在从 - 200℃以下的极低温到接近 1000℃的高温下，都有可供应用的干膜。例如，环氧树脂系粘结千膜的使用温度为 - 70—250℃，聚酰亚胺系粘结干膜的使用温度为- 70—380℃。并且，在使用温度范围内，于膜无相变化，摩擦系数也比较稳定。干膜具有优良的防腐性能和动密封性能，还能起到防止机械振动和噪音的作用。干膜润滑剂不仅适用于金属基材间的润滑，还适用于普通润滑油脂难以实现润滑的高分子材料(如橡胶、木质材料、纤维材料)和陶瓷材料部件等的润滑。但干腠润滑没有冷却作用，故一般不适用于高速滑动的机械零部件。

    一、有机粘结固体润滑膜

    利用有机树脂对基材表面优良的粘结能力而把固体润滑剂粘结到摩擦表面上，通常还需加入分散剂和抗氧化剂等多种添加剂。常用的有机树脂如醇酸树脂、聚氨酯、环氧树酯、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂及其改性产品、聚丙烯酸酪、有机硅树脂、芳香族杂环聚合物及其他热塑性树脂等。为了便于涂膜施工，一般还需利用有机溶剂或水作稀释剂。近年来人们又成功地开发了无溶剂型和粉末喷涂的粘结干膜润滑剂。

    有机粘结干膜是目前品种最多、应用面最广的一类粘结固体润滑膜，其品种和用量约占到80%以上。通过不同种类的固体润滑剂与树脂体系的相互组合，可以制备出具有不同性能特点的粘结干膜。本节仅介绍几种典型的粘结干腠润滑剂。

    1. 环氧树脂粘结干膜

    以环氧树脂 (6101)为粘结剂，以EMR 固化剂、邻苯二甲酸二丁酯为添加剂与固体润滑剂MoSz所组成的干膜具有较好的摩擦学性能。按配比称好料后搅拌均匀即可喷涂。有时为了便于喷涂，可加溶剂 (如丙酮等)进行稀释。喷涂的基材为不锈钢 (RaO.32 一0.63μm)，经喷砂清洗后即可在其上喷涂，然后在常温下固化 5天。在MHK-500型环-块试验机上进行摩擦学性能测定。试验条件为：转速l000r/min，负荷327N。其试验结果列于表 3-34。

    为了提高干膜的摩擦学性能，根据“协同效应”，在MoSz 中添加石墨。用同样的制备方法和同样的测试条件所得到的干膜性能数据列于表 3-35 中。表中的组成：环氧树脂：邻苯二甲酸二丁酯：固化剂：(MoS2 +石墨)(质量)均为 1：0.07：0.072：3.5，不同的仅是 MoS2

与石墨的配比差异。

    几种环氧树脂粘结于膜在不同的基材上，采用不同的团化条件，以及环境条件对性能的影响见表 3-36。由表 3-36可见，固化时间延长，干膜的耐磨寿命也随之增加。不同的基材影响着干膜的粘着强度，因而也影响其耐磨寿命。干膜如果浸泡在油中，将会降低其耐磨寿命。

 

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    表3-36中EM-1干膜的组成为：环氧树脂 (6101)：MoSz为1：2(质量)，固化剂邻苯二甲酸酐的添加量为环氧树脂的 36%，丙酮作稀释剂。采用高温固化。

    进一步研究基材对于膜性能的影响见表 3-37。固化时间均为室温9天。

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    在高温三号试验机上对EMR-3于膜进行了耐高温性能的测定。见表3-38。试验条件为：转速500r/min，负荷20N。可见，在100℃时，EMR-3干膜的耐磨性能与室温时相同，摩擦系数有所减小；但当温度继续升高时，耐磨性能将下降。

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    以环氧树脂为粘结剂，环氧丙烷丁基醚为固化剂，邻苯二甲酸二丁酯为添加剂，并添加各种填充剂和固体润滑剂所组成的HNT涂层系列配方见表 3-39。基材表面涂敷HNT涂层后，在常温下固化24h以上即可投入使用。为了使涂层与基材结合牢固，在涂层固化时，应

对涂层加压 (压力为约0.lMPa)。使用表明，在龙门铣床的铸铁导轨表面涂敷HNT涂层，按正常条件运行，其年磨损量为 5—7μm。

    2. 聚酰亚胺粘结干膜

    聚酰亚胺树脂在 - 200—260℃范围内具有优良的机械性能，优良的化学稳定性，耐辐射，与金属之间有较高的粘结强度，因此聚酰亚胺可以作为耐高温、耐辐射和耐腐蚀干膜的粘结剂。但该树脂的合

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成工艺复杂，成本高，加工困难，因而限制了它的应用。为此，首先合成了聚 (氨基)双马来酰亚胺树脂。该树胎具有聚酰亚胺树脂的优良性质，且合成工艺简单，原料来源广泛，价格低。更重要的是聚双马来酰亚胺树脂能溶解在一些有机溶剂中。例如，以聚双马来酰亚胺为粘结剂，MoSz为润滑剂，二亚乙基酰亚胺为溶剂的粘结干膜；填充石墨、MOs2和PTFE以及氟化石墨等作润滑剂，二甲基甲酰胺为溶剂的粘结干膜都有良好的综合性能。

    以聚双马来酰亚胺树脂为粘结剂，固体润滑剂为氟化石墨、MoSz和石墨。用二甲基甲酰胺为稀释剂。喷涂在不锈钢表面后静置l2h，然后在240℃温度下固化 3h。在室温下于三号试验机上进行摩擦学性能测定。其结果见表 3-40。试验条件为：负荷 25MPa，滑动速度1.25m/s。可见，IF-3干膜有较优良的摩擦学性能。

    由 3种不同的固体润滑剂组成的聚双马来酰亚胺粘结膜在高真空条件 (133.322xl0-6Pa)测得的摩擦学性能见表 3-41。试验条件为：负荷25MPa，滑动速度 1.25m's。可见，在真空环境下，氟化石墨粘结膜的性能不如MoS2粘结膜，但优于石墨粘结膜。

    以聚双马来酰亚胺树脂为粘结剂，固体润滑剂氟化石墨和MoS2，用同样的工艺制备的干膜称为 IF-1 干胺。以聚双马来酰亚胺树脂为粘结剂，固体润滑剂氟化石墨和石墨，用同样的工艺制备的干

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膜称为 IF-2干膜。它们的使用温度可达300℃，蒸发率低，且有抗辐射能力。在高温三号试验机上，以负荷550N、速度 1.25m's的条件进行试验，其摩擦系数为 0.03—0.08，膜层的耐磨寿命达 63一68min。IF干膜已成功地应用于航天工业机械的防冷焊和润滑。

    以改性聚酰亚胺树脂为粘结剂，、在固体润滑剂 MOSz 中添加Sb203，在300℃高温下固化 2h所制备的干膜称为 PI干膜。其组成(质量)为：聚酰亚胺：MoSz：Sb203 =1：3：1。这类干膜蒸发率低，与液氢液氧相容，可用于 一 178—300℃的温度范围及 133.322x nPa真空条件下，其磨损寿命为 270m小m。

    用环氧树脂来改性聚双马来酰亚胺可以改变聚合物的结构，从而使整个聚合物的综合性能进一步提高。为此进行了对比试验。

 

 

以坏氧树腊改性聚双马来酰亚胺作粘结剂，MoS2作润滑剂，二

    甲苯和间甲酚为溶剂，在经过喷砂等处理的金属基材表面喷涂，然后在200℃温度下化3h，自然冷却后成膜 (膜厚20—30m)，该膜称为 DMI-2干膜。为了对比，以聚双马来酰亚胺作粘结剂，润滑剂、溶剂和制备过程均与前者相同，仅固化条件改为 240℃、3h，膜厚也相同，该膜称为 DMI-1 干膜。两种干膜在 MHK-500型试验机上进行摩擦学性能测定。基材和对偶均为30CrMnSi铜。转速l000r/min (滑动速度2.6m/s)。其摩擦系数和磨损寿命与负荷的关系见图 3-97。

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可见，两种干膜的摩擦系数和耐磨性能均随负荷的增加而减小；但在每一负荷条件下，DMI-2干膜的耐磨性能都比DMI-1干膜的好。在负荷为 300N 时，其摩擦系数和磨损寿命与速度的关系见图 3-98。可见，两种干膜的摩擦系数均

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随速度的增加而减小，耐磨性能都有所提高；在同一速度条件下，DMI-2干膜的耐磨性能要比 DMI-1 干膜的好。

    如果基材不同，两种干膜的耐磨性能也会产生差异。见图 3-99。该试验的对偶均为 GCrl5 钢 (HRc58—62)，试验条件为i 转速 1000r/min，负荷300N。其摩擦系数都在0.08 ~ 0.14 之间。由图 3-99 可见，在不同基材上，DMI-2 干膜的耐磨性能都比DMI-1 干膜的好。

    不同温度时的摩擦学性能测定是

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在高温三号试验机上进行的。基材和对偶均为不锈钢。转速800r/min，负荷500N。结果见表 3-42。可见，在不同温度下，DMI-2 干膜的耐磨性能都比DMI-1干膜的好。

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    在真空度为 133.322xlO -6Pa条件下，在CZM高真空试验机上测#导 的 DMI-2 干膜的摩擦系数为 0.04—0.10 之间，磨损寿命为l7000rm。其测定条件为：基材和对偶均为不锈钢，转速 800r/min，负荷 300N，室温。说明DMI-2干膜在真空条件下也有较好的摩擦学性能。

    3. 聚苯硫醚粘结干膜

    聚苯硫醚树脂 (PPS)是白色粉末，具有高度结晶的线型结构，是一种新颖的热塑性合成材料。可在320—390℃范围内进行固化交联。在170℃以下不溶于任何常用的溶剂，只能用悬浮液喷涂。酒精是其很好的分散剂，但无水酒精在使用中很易挥发，故需加入一定比

例的水。经验表明：水：酒精的体积比以4：10为最佳，冬季因酒精挥发量减小，比例可改为 4：8。以 PPS树脂为粘结剂，MoS2和 Sb203为固体润滑剂及抗磨添加剂 (树脂与润滑剂的质量比为 45：55)，喷涂在不锈钢基材上，然后在370℃温度下固化 lh，随炉冷却。该粘结膜被称为 PPS-1 干膜。在TimKen试验机上进行摩擦学性能测定。负荷315N，滑动速度2.5m/s。测得的摩擦系数为 0.08—0.11。'这种干膜在相当宽的膜厚范围内 (70—l301Am)，其耐磨寿命随着膜厚的增厚而增加，但其平均磨损寿命相当接近，其值为 338mm。

    虽然PPS-1干膜的耐磨寿命较长，但膜不易喷薄，膜厚几乎都大于70m，且膜的表面有些折皱和针孔。为了改善其表面状况，可在固化后的PPS-1干膜上再喷涂上PI 干膜作覆盖腠。然后按PI膜的固化条件 (300℃/2h)固化，随炉冷却。PPS-PI复合膜的耐磨性试验结果见表 3-43。摩擦开始时，复合膜的摩擦系数主要取决于PI膜的性能，因而较低 (0.06—0.09)。而复合膜的耐磨寿命则取决于PPS膜的厚度。PPS-1和PPS-P[干膜有良好的化学稳定性，在液氢中使用安全，在液氮和液氨的温度下磨损寿命较长。

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    以熔融粘度为 522泊的PPS为粘结剂，MoSz为润滑剂，酒精和水为分散剂，并在380—390℃固化 1.5h的干膜称为 PPS-2干膜。与PPS-1 干膜相比较，PPS-2 膜细，无针孔，膜厚在 61—76μm范围内，平均磨损寿命为 340mm。在相同的测试条件下，其摩擦学性能见图 3-100。在室温条件下，当负荷为 300N，滑动速度为 lm/s时，其平均摩擦系数为 0.07，平均磨损寿命为 2446mm。在高温三号试验机上，负荷 200N，速度0.64m's 的条件下，PPS-2干膜的温度特性见图 3-101。在200℃以前，磨损寿命随着温度的上升而迅速下降；在200℃以后则下降缓慢。试验证明，PPS-2干膜在 350℃时仍有一定的耐磨性。

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    干膜的最佳膜厚因膜的类型和评价方法的不同而不同。为了考察PPS-2干膜的最佳膜厚，在 TimKen 试验机上，以负荷 315速度2.5m's的条件进行试验。其结见图 3-102。图中曲线表明：PPS-2干膜的最佳厚度在70μm左右。当膜厚大于 100什m时仍能保持较好的耐磨性能，说明此时膜的强度及其与基材的Fli结强度仍然较好。

    为了改善PPS-2干膜的摩擦学性能，可在千膜中添加金属氧化物或金属微粉。表 3-44和图 3-103是其试验结果。由此可见，3种)÷加物对提高干膜的耐磨性能没有明显的效果。但 Sb203的加入可以明显降低干膜的摩擦系数。

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PPS树脂靠分子间物理吸附力和静电作用对金属或硅酸盐材料表面有优良的粘结性能，但在高温下与易氧化的金属则粘结不好。为此，在370℃'s. 5h、390℃/lh的团化条件下考察了 5种金属基材对千膜耐磨性能的影响。见表 3-45。尽管 PPS-2干膜在 5 种基材上的蠖损寿命都大于300mm，但难氧化的未浚N合金钢和不锈钢的耐磨性能较佳，其余基材因氧化严重粘结不好而影响了它的磨损寿命。

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    以PPS树脂为粘结剂，PTFE为润滑剂 (PPS：PTFE二 3：1 (质量)，酒精-异丁醇 (体积比 10：1—3)为分散剂组成的悬浮液，喷涂在经过处理的不锈钢基材表面，并经 380℃/2.5h 固化所获得的干膜称为 PF-1 干膜。在TimKen和MHK-500型试验机上测定其摩擦学性能。试验条件为：负荷 318N，滑动速度 1.25m's。其试验结果见图 3-104。试样的膜厚为 43μm。可见，摩擦系数始终保持稳定。在摩擦的最初阶段，磨损较快，随后渐趋平缓。在膜厚20—80m范围内，其耐磨寿命与膜厚成比例。见图 3-105。

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    PTFE的含量对于膜的摩擦系数有较大的影响。见图 3-106。随着PTFE含量的增加，摩擦系数逐渐下降。当其含量达到25 %以后，该值趋于稳定，即使将 PTFE增至50%也不再降低。25% PTFE含量的干膜摩擦系数低而稳定 (0.19)，这时的耐磨性能也最好。

    PF-1干膜对不同金属基材的适应性见表 3-46。与不锈钢相比，Ti合金和渗C钢基材对干膜的耐磨性能影响不大。另 5种基材对于膜的耐磨性能有不同程度的降低。唯锡青铜在高温时严重氧化难以成膜。

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    将涂有PF-1干膜的试样分别浸入水、汽油、苯、柴油及航空煤油中二个月，20 号机械油及合成CaNa脂中半年以上，取出观测，干膜粘结性没有发现变化。为了比较，以 20号机械油、合成CaNa脂为润滑介质，测定了PF-1干膜与锡青铜材料的摩擦学性能。见图3-107和图 3-108。随着速度的增大，两者的摩擦系数都逐渐下降；在低负荷时锡青铜的摩擦系数比PF-1 干膜的低一些，在高负荷时PF-1 干膜的摩擦系数明显低于锡青铜。随着负荷的增大，锡青铜的摩擦系数逐渐上升，继而超过PF-1干膜，而干膜的摩擦系数始终稳定在0.1左右。

    4. 粉末喷涂粘结干膜

    粉末喷涂聚合物基固体润滑粘结膜具有与悬浮液涂层膜相同的摩擦学性能。可以实现 100% 固体粉末的喷涂。膜厚较厚 (100一300μm)，有较好的弹性和韧性。粉末喷涂的工艺一般包括基材表面的预处理 (喷砂、除油、活化、磷化或打底漆等)，粉末的预处理(粉碎、过筛和除湿等)，粉末喷涂和涂层的后处理 (热处理、机械加工等)。喷涂的方法较多，如流化床法、高压静电喷枪法、高压静电流化床法、粉末电泳法、氧-乙炔焰喷涂法等。用作粘结剂的聚合物

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