1.引言

    摩擦與磨損在材料加工過(guò)程中是一大障礙，它們損害刀具，增加功率消耗，并且磨損的磨粒污染了加工材料。在切削加工過(guò)程中，刀具的前、后刀面不斷與切屑和工件發(fā)生劇烈摩擦，接觸區(qū)處于高溫、高壓狀態(tài)。發(fā)生在刀具上的摩擦與磨損會(huì)造成刀具鈍化失效，使切削無(wú)法進(jìn)行，發(fā)生在工件上的劇烈摩擦則會(huì)使加工表面質(zhì)量惡化。為減輕切削加工時(shí)的摩擦與磨損，普遍采用的方法是在切削加工中進(jìn)行潤(rùn)滑。潤(rùn)滑的主要作用是改善切削過(guò)程的摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)，降低切削溫度，從而延長(zhǎng)刀具壽命、提高加工表面質(zhì)量。
    早在19世紀(jì)，固體潤(rùn)滑劑就應(yīng)用于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器上，由于摩擦性能優(yōu)良、承載能力和耐磨性較高、良好的寬溫特性和時(shí)效性等特點(diǎn)，可以應(yīng)用在不能使用潤(rùn)滑油脂的地方、環(huán)境惡劣及無(wú)需維護(hù)的場(chǎng)合下。由于固體潤(rùn)滑劑的優(yōu)良特性，切削加工中也廣泛應(yīng)用固體潤(rùn)滑劑來(lái)改善摩擦的潤(rùn)滑情況。對(duì)切削加工進(jìn)行潤(rùn)滑的方法主要有三種：①采用具有潤(rùn)滑功能的切削液；②在刀具表面進(jìn)行潤(rùn)滑涂層；③使用自潤(rùn)滑刀具。在切削液中，固體潤(rùn)滑劑只是以添加劑的形式起輔助作用，來(lái)提高切削液的性能；而在后兩種潤(rùn)滑方法中固體潤(rùn)滑劑是其發(fā)揮潤(rùn)滑作用的主要因素。
    固體潤(rùn)滑劑的種類(lèi)很多，有晶體為層狀結(jié)構(gòu)的石墨，MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、BN等；有質(zhì)地較軟的金屬，如Ag、Pb、Sn、In等；有金屬氧化物、氟化物、磷酸鹽等。在這些固體潤(rùn)滑劑中，有僅適用于大氣中潤(rùn)滑的，如石墨、BN等；有適于真空潤(rùn)滑的，如MoS₂，WS₂，Pb等。

    2.固體潤(rùn)滑機(jī)理

    如果硬金屬在軟金屬表面滑移，在負(fù)荷的作用下，硬金屬壓入軟金屬中，使真實(shí)接觸面積增加，摩擦力也隨之增大，將發(fā)生犁溝現(xiàn)象。如果硬金屬在硬金屬表面滑移，盡管硬金屬間的接觸面積不會(huì)增加，但是硬金屬的屈服強(qiáng)度大，摩擦力也將增大，由于摩擦表面的升溫，容易發(fā)生咬合現(xiàn)象。這兩種情況的摩擦系數(shù)都較大。
    如果在硬金屬基材表面涂敷一層剪切強(qiáng)度很小的薄膜，使摩擦副間的接觸面積既不增加，又能使剪切強(qiáng)度降低的很多，摩擦力和摩擦系數(shù)也都有較大的降低，這就起到了固體潤(rùn)滑的作用。但是，如果這層薄膜涂敷在軟金屬表面，薄膜則不能起到潤(rùn)滑作用。
    因此，在硬金屬之間的摩擦表面粘著一層剪切強(qiáng)度很小的薄膜能夠起到減摩的潤(rùn)滑作用。如果這層薄膜由固體潤(rùn)滑劑來(lái)填充，則可稱(chēng)該物質(zhì)為固體潤(rùn)滑劑。而這層極薄的膜稱(chēng)為固體潤(rùn)滑膜。

    3.固體潤(rùn)滑劑在切削液中的應(yīng)用

    切（磨）削加工通常使用液體潤(rùn)滑，以潤(rùn)滑油、乳化液和水基合成切削液為基礎(chǔ)添加各種添加劑，以解決切削加工中的潤(rùn)滑冷卻問(wèn)題。在流體潤(rùn)滑狀態(tài)下，降低潤(rùn)滑油粘度就可以降低摩擦能量損失，但在邊界潤(rùn)滑條件下，降低摩擦最有效途徑是選擇恰當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油添加劑——極壓抗磨劑和摩擦改進(jìn)劑(FM)。摩擦改進(jìn)劑有兩大類(lèi)：一類(lèi)是化學(xué)摩擦改進(jìn)劑，其中大部分是極性的或含活性元素(硫、磷和氯)的油溶性大分子化合物；另一類(lèi)是所謂的機(jī)械摩擦改進(jìn)劑，這類(lèi)添加劑主要是非油活性的、懸浮在油中的固體微粒，如石墨、二硫化相(MoS₂)、聚四氟乙烯(PTFE)粉末和三聚氰胺氰尿酸絡(luò)合物(MCA)等是其中最常用的固體潤(rùn)滑劑添加劑。
    在生產(chǎn)實(shí)踐中，人們也逐漸發(fā)現(xiàn)固體潤(rùn)滑劑在切削加工中所起的作用有時(shí)比常規(guī)液體潤(rùn)滑還要好。通常，加入切削液的固體潤(rùn)滑劑有石墨、MoS₂和紅丹粉（Pb₃O₄）等。尤其在油基或水基切削液中添加了二硫化鉬（MoS₂）后，效果更為顯著。切削韌性材料時(shí)，可用含膠體石墨或MoS2的切削油；切削脆性材料時(shí)，可用含膠體石墨的乳化液。比如，重量0.5％石墨(或二硫化鉬)、10％～12％磺酸鈉，其余為潤(rùn)滑油組成的乳化油(另加少量的鈍化劑)，用水將濃度稀釋在1％以下，可用于超硬金屬的切削加工，而且該液在各種金屬切削加工中均有較好的效果。
    在潤(rùn)滑油中加入鉛皂、膠體石墨或二硫化鉬等組成的膏狀物，可用于有跳動(dòng)或彈性振動(dòng)的切削狀況，也可用于切削速度較低的加工。使用時(shí)，可直接涂抹在刀具上，也可配成乳化液使用。
    二硫化鉬只要在金屬表面形成1μm厚的潤(rùn)滑膜，就有很高的粘著力和承裁能力。如將它與硬脂酸、石臘混合制成油膏，涂于刀具表面，就可以大大提高刀具的使用壽命。如