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| 特殊机械的润滑特点 |
 出处：天津摩通润滑技术有限公司 发布日期：2007/10/29 15:47:52 浏览次数：484 |
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特殊机械设备包括在原子能、宇航、电子等新兴领域，并有特殊要求的机械设备的润滑。由于这些机械工作环境和条件与一般常规机械不同，而要用具有如耐辐射，耐化学药品，而高、低温，耐高真空等特殊性能的润滑剂。
特殊环境下的机械润滑
1) 极低温机件润滑 火箭燃料液氧 (-183℃)、液氢 (-253℃) 由贮罐向燃烧室泵送时，泵的低温润滑用聚四氟乙烯加铜粉末制成的自己润滑轴承，滚动轴承的保持器用含MoS2的85%PTFE+15%玻璃纤维，运转中形成转移润滑膜而保持润滑。也有用WC (炭化钨)被膜的[1]。密封面也有用MoS2的。
2) 超高真空中机件润滑 800km高空的大气压约为133x10-10Pa[10-10Torr],而航天机械在超高真空中运转，需用蒸发性极小的润滑剂。在大气中摩擦系数最大也只有1~2左右，而超真空中的摩擦系数可到10~100以上，有时大到足以烧结的程度。超高真空中润滑，现阶段主要用①金、银、铅等薄膜；②MoS2薄膜；③PTFE复合材料；④MoS2,WS2等和金属的复合材料。
3) 高温下的机械润滑 一般石油系润滑油最高用到250℃，合成系润滑油最高用到350℃，而固体润滑剂PbO能用到700℃，CaF2可用到1000℃左右。MoS2在空气中只能用到350℃，但在真空中或惰性气体中则可用到800℃左右。
4) 过电状态下润滑 电厂的开关发电机炭刷子和电车或电力机车的集电系统(摩擦板和架空电线)等带电摩擦部件的摩擦润滑，摩擦磨损易放电电流和电弧火花的影响，适当的润滑可致离线率降低而防止电弧火花[4]。试验证明以粘度(40℃)32mm2/s的烷基苯油的磨损量[9]较低(电线0.5、滑板0.30)，而加1%MoS的35mm2/s的石蜡基油最低(电线0.48、滑板0.30)[5],因而常用含MoS2石蜡油滑板和石墨化炭刷子。电接触点的润滑主要有石墨或石墨Ag-Pd复合材料，因MoS2、WS2均系绝缘体而不能用[6]。
5) 清净环境机械润滑 宇宙工程、半导体、原子、电信、情报、精密测量、医疗等前沿学科，需要无尘或控制尘埃粒度0.1µm以下，或无活体气体等，特别是半导体元件的高密度化而要求生产过程的清净度大大提高，因而要求所用润滑剂低蒸发低尘化。一般应用低蒸气压的过氟烷基聚乙醚油，或高分子过氟聚醚和稠化硅油脂，或单独用含卤素硅油。在密封上用磁性流体润滑轴承[7]。
6) 水下机械的润滑 需用含MoS2、油性剂、极压剂的高粘度、粘附性强憎水性且密度与水相近的耐水脂，或高粘度混脂油。某些氟醚油的密度大于1而可用于水下。
原子能发电机械的润滑
选择这种润滑剂时首先要考虑辐射和耐射解(radiolysis)问题，要求比常规润滑剂大1000倍以上的耐射解性能。发生辐射重要条件是吸收能，习惯上以拉得(rad)表示，即吸收100erg/g(=1rad/g)的吸收体(1rad=0.01 Gy=0.0J/kg)。国际单位制吸收剂量gray戈[瑞]Gy=100rad。
原子电站一般分3个辐射区，第1 区是原子反应堆周围包围生物防护屏的射强和温度最高，第二区是换热区，比一区较低，三区是生物防护屏以外的，包括汽轮机、发电机、泵等运转设备需要润滑。原子电站设备的辐射剂量率如下表：
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设备名称 |
剂量率，Gy (rad) |
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控制棒牵引设备
燃料操纵设备
主冷却泵及附属装置
辅助冷却泵及马达
封闭及调节(block and throttle)阀
汽轮机 |
1~107(102~109)
1~2X107(102~2X109)
10~2X107(103~2X109)
10~106(103~108)
105~2X107(107~2X109)
0~102(0~104) |
辐射中润滑油射解机理 辐射使润滑剂有机物变质，通过两种竞争反应(competing reaction)：交联(cross-linking) 或聚合及解离(cleavage)。而且主要是解离。射解产生氢、低分子烃等气体，解离后的活性有机物发生交联或聚合而粘度增大，如润滑脂等固体润滑剂，则致变硬或变脆。如继续受辐射，则所有的有机质润滑剂都致变成硬和脆的固体。
宇航器机械的润滑
宇航的特点是极高温(800℃)、极低温(操纵液氧-183℃液氢-253℃)和超过133X10-10Pa的超高真空[接近月球的星际空间133X10-13~133X10-17Pa(10-13~10-17Torr) ] 与强辐射107Gy(109rad),而且在失重下进行工作。因此与地球上机械润滑大不相同。要求同时具备能承受这几种特点的高性能润滑剂。
典型人造卫星系统需要润滑的部分，包括有遮热罩、太阳能天线驱动装置、传感器、扭矩马达、陀螺、星球跟踪装置、扫描器、天线驱动装置、辐射计、闸板机构、步进马达、磁带录音机、活塞、万向接头、闭锁(latch)机构，及铰链(hinges)等机件。而且火箭发射时受音响、振动、强热、冲击及失重等影响。
航天飞机上广泛使用的润滑油、润滑脂和固体润滑剂也具有独特的性能。也用聚四氟乙烯和聚胺酯等作为自润滑的复合填充材料。
宇航卫星的齿轮润滑主要用MoS2烧成膜，镀铅膜，镀金膜，银离子镀膜等固体润滑膜[10]。
1) 润滑油和润滑脂 宇航用润滑油必需具有低蒸气和低蒸发性，低的表面张力和防脱离金属表面性，硅油具有较良好的性能。甘油20℃的蒸气压为小于399X10-6(3X10-6)，而相对分子质量570，25℃时50mm2/s的硅油DC703的蒸气压(20℃)为798X10-9(6X10-9)，而间双(间苯氧-苯氧)苯基醚[m-bis-(m-phenoxy-phenoxy)-phenylether]的蒸气压(20℃)为10-12，双间(间苯氧-苯氧)苯基醚只为133X10-15Pa(10-15torr)[8]。
真空状态下的天线驱动装置，曾用含亲油性石墨/铅组分的特殊石油与合成酯油和脂进行润滑。宇航器的轴承、飞轮、天线机构及动量轮流体动力学轴承的磁性密封等的润滑都能用润滑油和脂。
2) 固体润滑剂 固体润滑剂(MoS2,Au,Ag,PTFE,TiN,TiC,Si3N4等) 具有蒸气压低、化学及热安定性好、耐辐射和极好的高负荷低速下和边界润滑性能，使用温度从-100℃以下到1000℃以上，而在宇航工程和人造卫星上有很大的发展前途。而且降低摩擦对节能和易起动都有利[12][13]。在卫星上除用PTFE和硅？油外，主要用Au,Ag等软金属和MoS2,TiN,特夫隆及它们的复合材料[14]。
(1) 石墨和氮化硼(BN) 石墨是宇航工程常用的润滑剂，由于具有导电性能，而是某些特殊滑动部位必需的，某些轻负荷接触的炭刷子。石墨在真空中接近300K时，即润滑性不良，而产生摩擦和磨损。但由于具有导电特性，而某些情况下必需使用。解决的办法是加部分MoS2,或组成银和石墨组合物[8]。BN和石墨是同晶体和等电子的，石墨的摩擦系数在空气中0.18~0.19，真空中0.44~0.5，BN是0.25和0.7。石墨蒸气压是2~6X10-9，而BN是2X10-9。
(2) MoS2和WS2 二硫化钼也是宇航中最常用的润滑剂。MoS2和石墨不同之处是易受周围气体的影响，但宇航上则没有这方面问题，而得到广泛的应用。太阳能电池轴承用铅润滑，滑动环刷子用Ag+Cu+MoS2复合剂润滑，环用银润滑[11]。
WS2的摩擦系数在极高真空中不比空气中低，但到133X10-5Pa(10-5 Torr)时就和MoS2差不多，而达到最小。
用硅酸钠粘结MoS2在真空中耐磨试验结果很好，但不及液体润滑剂。
宇航在几百到几千公里的高空的超真空133X10-9~133X10-13Pa(10-9~10-13Torr)润滑剂的蒸发损失是大问题，因而一般要用金、银、铅等薄膜或MoS2薄膜，PTFE复合材料，MoS2,WS2和金属的复合材料等润滑。
MoS2 在真空中蒸发极少，而且由于无氧化问题，而可用到800℃的高温。并用阴极真空喷镀固定MoS2膜。
宇航工程的航天飞机推进器需用耐1000℃以上的CeF2润滑剂，试验舱门开关机构需在-130~150℃条件下动作，需用MoS2的金属组合物润滑[7]。
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