-
一、润滑油、润滑脂的定义
所谓润滑剂，
简单地说是介于两个相对运动的物体之间，
具有减少因接触而产生的摩擦
与磨损的物质。例如，润滑油与润滑脂都是润滑剂的一种
。
润滑剂最重要的功能是减少摩擦与磨损，
但在不同的应用上除具备这两项最重要的润
滑功能外，
<
/p>
还具备其它不同的功能。润滑剂也因具动力媒介，热传导与绝缘等性能而
< br>用于非相对运动体的一种纯功能性油。综合其所具备的功能如下：
● 减少摩擦。
● 液压传动。
●
减少磨损。
● 防震。
● 降低温度。
●
密封。
● 防止生锈与腐蚀。
● 热传导。
●
清净。
●
绝缘。
二、润滑剂的种类
润滑剂若依其物理状态可分为下列四大类：
1.
固体润滑剂（
Solid
Lubricants
）
2.
气体润滑剂（
Gaseous
Lubricants
）
3.
液体润滑剂（
Liquid
Lubricants
）
4.
半固体润滑剂（
Semi-
Solid Lubricants
）
图表
1.
依
物理状态之润滑剂分类
固体润滑剂
气体润滑剂
润
滑
剂
半固体润滑剂
石墨粉、二硫化钼粉等
空气、油雾等
1.
矿物性液体润滑剂－各种润滑油
液体润滑剂
2.
合成液体润滑剂－合成润滑油
3.
非石油基润滑剂－煞车油等
4.
动植物油脂－牛油、猪油等
润滑脂
液体润滑剂与固体润滑剂，在
某些情况下会因温度的变化而有物理或化学上性状改变。
例如：
目前常用的活性极压润滑剂（
Active Extreme
Pressure Lubricants
）是液体润滑剂，但
在润滑过程中，
油中所含的活性化合物会因金属相互接触产生高温与金属表面发生化学<
/p>
反应，生成一层固体的润滑保护膜，结附（
Plate
）其上，有效减低机件的摩擦。
另有一种「块状润滑脂」（
Block Grease
），常温下为固体，须用刀切后加入轴承中，
但加入轴承之后，即因热而
熔化，成为液体润滑机件。
（一）
固体润滑剂
固体润滑剂为两个相对运
动的接触面间，可以减少磨擦与磨损的任何固体物质。它可以
分成四大类：结构性、机械
性、皂类、与化学活性的固体润滑剂。这些固体润滑剂的主
要目的是要在磨擦面间建立连
续与黏附的坚硬或柔软的薄膜，
而铺施薄膜可以用机械方
式、化
学、电子化学、或以物理过程的方式，如滴漏、涂抹、喷漆、浸润、电解、电泳、
烧结、
烘烤、与喷雾等方式。石墨、二硫化钼与
PTFE
是使用最广泛
也最常使用的固体
润滑剂，其它的固体润滑剂在工业界仍未广泛使用。
< br>
1.
结构性固体润滑剂：
石墨粉（
Graphite
）
石墨是一种黑色光泽性的固体，性滑腻，供
润滑剂使用时都研磨成极细的粉末。
石墨粉对金属表面的吸着
力强，
能有效填补轴承或齿轮表面的微细凹痕，使机件运转时
平
稳而少杂音，且减低磨耗。
供润滑用的石墨粉有二种，一是天然石墨（
Natural G
raphite
），呈片状或无定形状，
来自于地下的石墨矿；
二是人造石墨（
Artificial Graphite
），
采用电炉法于高温下处理
精制的焦碳而成。
石墨粉的特点是它可耐很高的温度。例如，军用汽轮机减阻轴
承在
1000
℉的温度下操
作，曾使用
石墨粉润滑，有良好效果的记录。
石墨粉在空气中使用时，温
度虽高至
400
℃（
752
℉），也没有氧化现象。温度再高时，
稍有氧化的可能，但其生成物为无害
无毒的二氧化碳气体。在
600
℃左右的温度下仍能
有效润滑机件，在惰性气体中可耐到
1000
℃的
高温。
石墨的低磨擦并不是单以其结晶的结构为基础，
它也依赖水汽下提供了表面低的胶黏，
所以在大气中以及水汽存在下，发展出
最好的润滑效能。但在真空中，润滑作用不良，
故石墨粉不宜用于真空及太空机件的润滑
。
石墨粉的品质高低不一，价格也
高低不等。供润滑用者，必须采用灰份低与杂质少的片
状石墨。供填函（
Packing
）用的填函级石墨粉（
Packing
Grade Graphite
）也是良好
的润滑用品级。石墨
粉多调配于润滑脂或轻质油后加入机件中，供润滑之用。例如，高
温下的锅炉自动给煤炉
栅链销，用二号或三号之杯脂，调入
5
～
10
﹪的石墨粉润滑，杯
脂虽遇热熔化或碳化，但仍留下固体
的石墨润滑剂，发挥其润滑效能。
二硫化钼粉（
MoS
2
）
二硫化钼（
Molybdenum
Disulfide
，简称
Molysulfide
），为一种无机性的矿物，呈蓝黑
色，在电子显微镜下观察，也是片状的结
晶，为近年来发展很快的固体润滑剂。
在
350
℃温度下，二硫化钼无明显的氧化作用，在真空及惰性气体中，至少可耐
600
℃
的高温。
无论在大气中，水汽下，或真空中，二硫化钼均能有效润滑机件，此点较石墨粉为优，<
/p>
故可用于太空等真空中作业的机件。
由
于二硫化钼中所含的硫份对于钢铁等金属表面具有良好的吸附特性，
且能有效填盖机
件的微小凹陷部份，故有利于磨损或变形机件的润滑。
又因二硫化钼粉对金属表面具有良好的附着特性，故可调入润滑油中供轴承、齿轮、及
滑动面
（
Slideway
）
之润滑；
以及混入高级润滑油脂中，
供高温及大型而低速之滑动面，
如车辆的球形接头（
Ball
Joint
），货柜车的转向架（又称转向盘）等的润滑。
<
/p>
二硫化钼粉的纯度对于润滑效果影响亦大，
故应选用结晶粒子小，
纯度高的二硫化钼粉，
且不含磨擦性杂质者为主要要求。
二硫化钨（
WoS
2
）
二硫化钨（
Tungsten Disulfide
）也是耐高温的固体润滑剂，因含硫份，效果与二硫化
钼相同，但耐温可达
900
～
1000
℃（
1,652
～
1,832
℉）。
结构性固体润滑剂有各种不同的产品，如图表二：
图表二
结构性固体润滑剂
名称
石墨
氟化石墨
二硫化钼
二硒化钼
二硫化钨
二硒化钨
二硫化铌
二硒化铌
二硫化钽
二硒化钽
二硫化钛
鍗化钛
氟化铈
Graphite
Graphite
fluoride
Molybdenum
disulfide
Molybdenum
diselenide
Tungsten
disulfide
Tungsten
diselenide
Niobium
disulfide
Niobium
diselenide
Tantalum
disulfide
Tantalum
diselenide
Titanium
disulfide
Titanium
telluride
Cerium
fluoride
英文名称
C
(CFx)n
MoS2
MoSe2
WS2
WSe2
NbS2
NbSe2
TaS2
TaSe2
TiS2
TiTe2
CeF3
化学式
氢氧化钡
氯化镉
氯化钴
氯化锆
氯化铅
碘化铅
氮化硼
硫酸银
硼砂
滑石
云母
Barium
hydroxide
Cadmium
chloride
Cobalt
chloride
Zirconium
chloride
Lead
chloride
Lead
iodide
Boron
nitride
Silver
sulfate
Borax
Talc
Mica
Ba(OH)2
CdCl2
CoCl2
ZrCl2
PbCl2
PbI2
BN
Ag2SO4
Na2B4O7
Mg3(OH)2Si2O10
KAI2(Si3Al)O10(OH)2
2.
机械性固体润滑剂：
该分类中有不同种类的物质其润滑效果是以不同的物理，机械性能或特殊情况而定。
有机化合物（
PTFE
）
聚四氟乙烯（
Poly-tetrafluoroethyle
ne
），简称「
PTFE
」及聚氟氯乙
烯
（
Poly-chloro-fluoroethylene
）为耐高温润滑剂，性能优异。图表三列出一些使用的自
身润滑
有机化合物
图表三
自身润滑有机化合物
线型聚合物
(
热塑型类
)
Polytetrafluoroethylene
(PTFE)
Fluoroethylenepropylene
(FEP)
Perfluoroalkoxy
(PFA)
Polyethylene
(PE)
Polypropylene
(PP)
Polyurethane
(PU)
Polyamide
Polyacetals
Polyterephthalate
Polysiloxanes
Nylon
交联聚合物
(
热固型类
)
Phenol-formaldehyde
Urea-melamine-formaldehyde
Epoxy resin
Phenolic resin
Unsaturated polyester resin
Polyimides
聚合物的滑动特性视其化学本性与其聚合的配对伙伴而定，负荷能力大小与热消散有
关，聚合物的磨擦特性受温度变化影响很小。加入二硫化钼、石墨与金属粉末能改善聚
合物的磨擦特性与增加其硬度，石墨也可增加
PTFE
体的弹性度。
金属薄膜
硬质机件表面附着的软性金属膜，可防止硬质金属的直接接触而能够减低摩擦。例如在
工具钢上涂以
4
×
10
-4cm
之金属铱薄膜，即具有良好的减磨特性。金属面涂一层软性
金属薄膜可减低磨擦，
磨擦的大小视软性金属薄膜的剪切力而定；耐久性则视其薄膜
的
硬度、同构型、与黏附性而定；软性金属薄层的润滑效果因其熔点而有所限制。除铱外
其它软性金属薄膜的使用金属如图表四：
图表四
自身润滑金属薄膜
铅
锡
银
铟
钡
金
铝
镍
铜
锌
化学面层（转换薄膜）
除了一些暴露
于空气下所自然形成的金属氧化物外，
还有因化学或电子化学作用能在金
属表面形成固体的润滑薄膜。化学表面薄层如锌、铁、或磷酸镁的作用类似柔软的金属
< br>保护膜，但它已不是金属物质而是金属盐。以磷酸处理在金属表面会产生一层薄膜，微
晶、具极黏附性的磷酸盐层，它可以降低磨擦系数与磨合期间咬死的危险，它的厚度通
常只有
2-
5μm
。
玻璃
玻璃的润滑性视其组
成而定，在特定温度下的磨擦系数与黏度、热传导性、剪切率、剪
切面积、溶解润滑面上
的氧化物能力、与金属接触面的角度有关，因为这些因子会决定
玻璃对金属的润湿能力，
使用玻璃为润滑剂的重要性特别在操作温度约于
1500
°
C
时
的金属成形操作下可以看出。
无机化合物
硫化物
、氟化物、磷酸盐、与氢氧化物被视为是支持剂或是能产生减低磨擦与磨损层的
一种催化
剂。
例如氢氧化钙协助钢铁磨擦面间氧化铁薄层的生成。这个氧化物有较佳的
磨润性能，
也许是因为它的较有利的立体密叠的薄层结构，薄层的生成视钢
铁表面的化
学组成成分而定。硫磺粉（
Sulfur Flou
r
）为淡黄色的粉末，具特殊臭味，一般润滑并不
多用，但多加
入切削油中供难于切削的钢铁合金之用。此外，亦多用于发烧的轴承。当
轴承因缺油而发
烧时，残留的油料甚或发出白烟，但轴承合金尚未熔化或损坏时，可立
即将硫磺粉调入高
黏度的润滑油后加入轴承中，可有效降低温度。此时乃利用硫磺与钢
铅层
锡层
银层
铟层
钡层
黄金层
铝层
镍与镍铬合金
铜与铜合金
锌与锌合金
铁，在高温下发生化学反应，生成硫化铁合金膜的效果。
其它的无机化合物如下图表
五：
图表五
无机化合物需一种支持介质
硫化金属
氟化金属
磷酸金属
ZnS, SnS2,
FeS
CaF2 LiF
Zn2P2O7 Ca3(PO4)2
Fe2P2O7
PbO ZnO
FeO Fe2O3
氢氧化金属
Ca(OH)2 Mg(OH)2 Zn(OH)2
氧化金属
金属粉末
相对于结构性润滑剂与自身
润滑的机械性润滑剂，
其它的机械润滑剂的润滑特性主要是
以媒
介物质与胶合剂的支持效果为基础的，这些媒介物质如铅、锡、锌、铜、银与铟的
主要目
的是要改善非自身润滑的机械性润滑剂的黏附与凝结的性能。
粉状固体润滑剂的
缺点是难于附着金属表面。为补救此一缺点，除使用媒介物外，亦可用有机胶合剂
（
Organic
Binders
）或无机胶合剂
(Inorganic Bin
ders)
混入粉状的固体润滑剂中，喷射
胶结于轴承内壁，硬
化之后，形成一层附着力甚强的固体润滑层，特称「胶结润滑剂涂
膜」（
Boned-solid Lubricant
Coatings
）或「干膜润滑剂」（
Dry Film L
ubricant
）。常
用的有机胶合剂为压克型树脂（
Alksd Resin
），酚型树脂（
Ph
enolics
）及环氧聚酯树
脂（
E
poxy Resin
）。无机胶合剂为硅酸盐与磷酸盐。
<
/p>
胶结润滑膜系由固体润滑粉末均匀分散于树脂及溶剂中，
然后涂于
轴承上。
其涂法与涂
刷油漆相同，俟溶剂挥发后，将轴承烘热，
树脂即固化而形成润滑膜。
此种润滑膜的成本大、费用高，而
且不能换新或补充，故使用难于推广普遍，但却特别
适用于下列情况：
< br>
● 摩擦表面容易熔化、咬死、或漏电腐蚀者。
● 长期无法加油者。
●
使用任何润滑油脂均失效者。
●
使用任何润滑油脂均有污染困扰者。
以硬度为基础的闲接润滑性物质
氧化物、硼化物、氮化物或硅酸盐的蒸气积垢
(Vapor -
deposited, VD)
涂膜通常都有较
高的磨擦系数值
，
但在高温时可防止磨擦面咬死并提供极优的抗磨损能力。
另一
较新的
薄膜层，且已被证实具有良好的磨润性能的是钻石般无固定形式的碳，被指为是<
/p>
DLC
(Diamond-Like Carbon)
，它的硬度在
500
到
13000 HV
之间，视其氢化的多寡而不同，
由零至
50%
不等。
3.
皂类
皂类是较高的饱和的与非饱和的
脂肪酸与树脂酸的金属盐类，
他们有时也包括环烷基酸
与合成脂
肪酸盐，
最有效的是那些具有长键分子的活性组群的极性化合物。
可能是因为
那些反应的组群黏附在润滑面并阻止被移除有关，
他们通常提供固体润滑剂可获取的最
低的磨擦系数值，
但在高于
其熔点温度或高负荷下则无法使用。
皂类在润滑技术的主要
功能
是用于制造润滑油脂上。
白蜡
（
Par
affin wax
）
又称石蜡、
微晶
蜡
（
Micro crystalline
wax
）、蜂蜡（
Bees wax<
/p>
）、合成蜡、猪油、牛油、硬脂酸以及硬脂的金属皂，如铝皂、
钙
皂、锌皂、钠皂、锂皂等均为固体的软质润滑剂，油腻性甚强，多用于负荷较低的机
件。
4.
化学活性润滑剂
这个分类包括极压与
抗磨损添加剂与一些能与金属接触面形成一个保护膜。
动物性脂肪
为一种具有四千年历史的知名润滑剂。
其特点为可与金属表面发生化学作用而生成固体
润滑油金属皂（
Metallic soaps
），而防止金属与金属的咬损。但因其熔点低，不适于
高温的作业。
温度高而负荷大时，摩擦温度亦高，必须采用熔点远较金属皂为高的固体
润滑膜。多种
活性氯、
硫及磷的化合物均具有此种特性，
于较高摩擦温度时，
易与金属发生化学作用，
于金属表面形成润滑效能优异的固体保护膜，亦称为金属硫化物、金属氯化物、或金属
磷
化物的合金保护膜。各种极压添加剂的作用，即为此例。
所谓摩擦温度（
Frictional temperatur
e
）者，指由于金属表面相互摩擦而生成之温度。
一般极压添加
剂在常温时对金属都无化学作用，
但当机械运转而机件金属表面互相接触
摩擦，产生局部热量，引起局部温度升高时，极压添加剂才与金属发生化学作用，形成
< br>合金保护膜。
图表六．石墨、二硫化钼及
PTFE
性能之比较
分
解
温
度
℉
加热膨胀系数，
< br>@70
℉，每
℉
导热系数，
Btu/m/(
℉
/ft)
硬
度
抗伸强度
,70
℉，
Psi
65-97
1-2(Moh''''s)
1,700
2,500
-
1-2.5(Moh''''s)
-
-
0.14
D55(Shore)
3000
分解
石
墨
6,330
2.2×
10-6
二硫化钼
2,010
-
PTFE
620
5.5×
10-6
1,000
℉
,
Psi
3,000
5,000
分解
分解
分解
分解
2,000
℉
,
Psi
4,500
℉
,
Psi
抗压强度
,
Psi
在空气中最高适用温度
,
℉
PV
限度
,
干燥情况
(Psi
×
fpm)
迅速氧化之温度
,
℉
对金属之附着力
,mg
氧化后产物
电阻性
,ohm-
cm
3.9×
103
1,000
15,000
850
0.7
CO,CO2
50.3×
10-11
-
750
-
800
51
MoO3 ,SO2
不导电
500
600
3,000
900(
焦化
)
-
C2F4,C3F6
109
710(10-1cm/
年
)
高
度
真
空
下
之
最
高
适
用
温
3,400(10-1
cm/
年
)
2,700(10-1cm/
年
)
度
,
℉
真空下之摩擦系数
低温下润滑性
(
液体氮
)
G
amma
射
线
下
之
摩
擦
系
数
,80
℉
耐化学药品性
密度
,
公克
/cm3
颜
色
一般情形
高度辐射情况
高度真空
高温
(600
°
F
以上
< br>)
中温
低温
(-20
°
F)
以上
最佳
1.4-1.73
灰黑色
可
可
-
良
良
-
可以
4.85-5.0
灰黑色
可
可
可
良
良
可
高
高
(0.8)
增
43%
不定
高
(0.68)
增
50%
低
低
(0.04)
-
最佳
2.1-2.3
白色
可
-
可
-
良
良
高负荷
(200
磅以上
)
中负荷
低负荷
(2
磅以下
)
高速
(200
呎
/
分以上
)
中速度
低速
(20
呎
/
分以下
)
?
（二）气体润滑剂
可
良
良
良
良
可
良
良
良
良
良
可
-
良
可
可
良
良
空气、水蒸气、氮气都是气体，亦为一种流体，因此比重极低、黏度极小，而且几乎无
污染性，故适用于特殊情况的润滑而代替液体润滑剂；但因其负荷能力极低，而且稳定
性较差，故使用不广。使用气体作润滑剂时，必须采用特殊设计而以气体来润滑的「气
体轴承」（
Gas
bearings
）。
至于油雾式或
喷雾式润滑，严格说仍属液体润滑剂，仅其粒子极细而已。
（三）液体润滑剂
液体润滑剂（
Liquid Lubricants
）具有挤入轴承间隙，形成油压动力润滑，有效分开轴颈
与轴承，
避免金属与金属直接摩擦的特性；
而且传热与散热容易，
故常用于机械的润滑。
各种矿物油、合成油、植物油、动物油、水、甘油、液体
氧气，甚至于熔融的玻璃等，
均为液体润滑剂。
1.
动植物油脂
动物性或植物性油类，通称为「天然油脂」，简称为「脂肪油
」（
Fatty oils
），加热至
高温时分解而挥发，故不能以蒸馏的方法精制，因而又称为「固定油」（
Fixed o
il
），
故有别于可以蒸馏的矿物油。
动植物油脂最常见者有下列数种：
A.
牛油
牛油（
Tallow
）虽具润滑性，但
高温下黏度甚低，必须与高黏度润滑油调合使用。牛油
加入机油中后，油膜可耐水，对金
属表面附着力强，且加强机油的油腻性。但机油中最
多只能溶化
12
﹪的牛油。加有动植物油的机油常称为「复合油」（
Com
pounded oil
）。
供润滑
及加入机油中用之牛油，必须新鲜之精制品，色白而有甜味，通称为无酸牛油
（
Acidless
tallow
）。