技术

 1.引言

    摩擦与磨损在材料加工过程中是一大障碍，它们损害刀具，增加功率消耗，并且磨损的磨粒污染了加工材料。在切削加工过程中，刀具的前、后刀面不断与切屑和工件发生剧烈摩擦，接触区处于高温、高压状态。发生在刀具上的摩擦与磨损会造成刀具钝化失效，使切削无法进行，发生在工件上的剧烈摩擦则会使加工表面质量恶化。为减轻切削加工时的摩擦与磨损，普遍采用的方法是在切削加工中进行润滑。润滑的主要作用是改善切削过程的摩擦润滑状态，降低切削温度，从而延长刀具寿命、提高加工表面质量。
    早在19世纪，固体润滑剂就应用于低速运转的机器上，由于摩擦性能优良、承载能力和耐磨性较高、良好的宽温特性和时效性等特点，可以应用在不能使用润滑油脂的地方、环境恶劣及无需维护的场合下。由于固体润滑剂的优良特性，切削加工中也广泛应用固体润滑剂来改善摩擦的润滑情况。对切削加工进行润滑的方法主要有三种：①采用具有润滑功能的切削液；②在刀具表面进行润滑涂层；③使用自润滑刀具。在切削液中，固体润滑剂只是以添加剂的形式起辅助作用，来提高切削液的性能；而在后两种润滑方法中固体润滑剂是其发挥润滑作用的主要因素。
    固体润滑剂的种类很多，有晶体为层状结构的石墨，MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、BN等；有质地较软的金属，如Ag、Pb、Sn、In等；有金属氧化物、氟化物、磷酸盐等。在这些固体润滑剂中，有仅适用于大气中润滑的，如石墨、BN等；有适于真空润滑的，如MoS₂，WS₂，Pb等。

    2.固体润滑机理

    如果硬金属在软金属表面滑移，在负荷的作用下，硬金属压入软金属中，使真实接触面积增加，摩擦力也随之增大，将发生犁沟现象。如果硬金属在硬金属表面滑移，尽管硬金属间的接触面积不会增加，但是硬金属的屈服强度大，摩擦力也将增大，由于摩擦表面的升温，容易发生咬合现象。这两种情况的摩擦系数都较大。
    如果在硬金属基材表面涂敷一层剪切强度很小的薄膜，使摩擦副间的接触面积既不增加，又能使剪切强度降低的很多，摩擦力和摩擦系数也都有较大的降低，这就起到了固体润滑的作用。但是，如果这层薄膜涂敷在软金属表面，薄膜则不能起到润滑作用。
    因此，在硬金属之间的摩擦表面粘着一层剪切强度很小的薄膜能够起到减摩的润滑作用。如果这层薄膜由固体润滑剂来填充，则可称该物质为固体润滑剂。而这层极薄的膜称为固体润滑膜。

    3.固体润滑剂在切削液中的应用

    切（磨）削加工通常使用液体润滑，以润滑油、乳化液和水基合成切削液为基础添加各种添加剂，以解决切削加工中的润滑冷却问题。在流体润滑状态下，降低润滑油粘度就可以降低摩擦能量损失，但在边界润滑条件下，降低摩擦最有效途径是选择恰当的润滑油添加剂——极压抗磨剂和摩擦改进剂(FM)。摩擦改进剂有两大类：一类是化学摩擦改进剂，其中大部分是极性的或含活性元素(硫、磷和氯)的油溶性大分子化合物；另一类是所谓的机械摩擦改进剂，这类添加剂主要是非油活性的、悬浮在油中的固体微粒，如石墨、二硫化相(MoS₂)、聚四氟乙烯(PTFE)粉末和三聚氰胺氰尿酸络合物(MCA)等是其中最常用的固体润滑剂添加剂。
    在生产实践中，人们也逐渐发现固体润滑剂在切削加工中所起的作用有时比常规液体润滑还要好。通常，加入切削液的固体润滑剂有石墨、MoS₂和红丹粉（Pb₃O₄）等。尤其在油基或水基切削液中添加了二硫化钼（MoS₂）后，效果更为显著。切削韧性材料时，可用含胶体石墨或MoS2的切削油；切削脆性材料时，可用含胶体石墨的乳化液。比如，重量0.5％石墨(或二硫化钼)、10％～12％磺酸钠，其余为润滑油组成的乳化油(另加少量的钝化剂)，用水将浓度稀释在1％以下，可用于超硬金属的切削加工，而且该液在各种金属切削加工中均有较好的效果。
    在润滑油中加入铅皂、胶体石墨或二硫化钼等组成的膏状物，可用于有跳动或弹性振动的切削状况，也可用于切削速度较低的加工。使用时，可直接涂抹在刀具上，也可配成乳化液使用。
    二硫化钼只要在金属表面形成1μm厚的润滑膜，就有很高的粘着力和承裁能力。如将它与硬脂酸、石腊混合制成油膏，涂于刀具表面，就可以大大提高刀具的使用寿命。如