一、潤滑油、潤滑脂的定義
        所謂潤滑劑，簡單地說是介于兩個相對運動的物體之間，具有減少因接觸而產生的摩擦與磨損的物質。例如，潤滑油與潤滑脂都是潤滑劑的一種。
        潤滑劑最重要的功能是減少摩擦與磨損， 但在不同的應用上除具備這兩項最重要的潤滑功能外， 還具備其它不同的功能。潤滑劑也因具動力媒介，熱傳導與絕緣等性能而用于非相對運動體的一種純功能性油。綜合其所具備的功能如下：

● 減少摩擦。       ● 液壓傳動。

● 減少磨損。       ● 防震。

● 降低溫度。       ● 密封。

● 防止生銹與腐蝕。 ● 熱傳導。

● 清凈。    　 　  ● 絕緣。

二、潤滑劑的種類

潤滑劑若依其物理狀態可分為下列四大類：

1.      固體潤滑劑（Solid Lubricants）

2.        氣體潤滑劑（Gaseous Lubricants）

3.        液體潤滑劑（Liquid Lubricants）

4.        半固體潤滑劑（Semi-Solid Lubricants）

圖表1.依物理狀態之潤滑劑分類

潤 滑 劑	固體潤滑劑	石墨粉、二硫化鉬粉等
	氣體潤滑劑	空氣、油霧等
	液體潤滑劑	1.      礦物性液體潤滑劑－各種潤滑油 2.        合成液體潤滑劑－合成潤滑油 3.        非石油基潤滑劑－煞車油等 4.      動植物油脂－牛油、豬油等
	半固體潤滑劑	潤滑脂

液體潤滑劑與固體潤滑劑，在某些情況下會因溫度的變化而有物理或化學上性狀改變。例如：

目前常用的活性極壓潤滑劑（Active Extreme Pressure Lubricants）是液體潤滑劑，但在潤滑過程中，油中所含的活性化合物會因金屬相互接觸產生高溫與金屬表面發生化學反應，生成一層固體的潤滑保護膜，結附（Plate）其上，有效減低機件的摩擦。

另有一種「塊狀潤滑脂」（Block Grease），常溫下為固體，須用刀切后加入軸承中，但加入軸承之后，即因熱而熔化，成為液體潤滑機件。

（一） 固體潤滑劑

固體潤滑劑為兩個相對運動的接觸面間，可以減少磨擦與磨損的任何固體物質。它可以分成四大類：結構性、機械性、皂類、與化學活性的固體潤滑劑。這些固體潤滑劑的主要目的是要在磨擦面間建立連續與黏附的堅硬或柔軟的薄膜，而鋪施薄膜可以用機械方式、化學、電子化學、或以物理過程的方式，如滴漏、涂抹、噴漆、浸潤、電解、電泳、燒結、烘烤、與噴霧等方式。石墨、二硫化鉬與PTFE是使用最廣泛也最常使用的固體潤滑劑，其它的固體潤滑劑在工業界仍未廣泛使用。

1. 結構性固體潤滑劑：

石墨粉（Graphite）

石墨是一種黑色光澤性的固體，性滑膩，供潤滑劑使用時都研磨成極細的粉末。
石墨粉對金屬表面的吸著力強，能有效填補軸承或齒輪表面的微細凹痕，使機件運轉時平穩而少雜音，且減低磨耗。
供潤滑用的石墨粉有二種，一是天然石墨（Natural Graphite），呈片狀或無定形狀，來自于地下的石墨礦；二是人造石墨（Artificial Graphite），采用電爐法于高溫下處理精制的焦碳而成。

石墨粉的特點是它可耐很高的溫度。例如，軍用汽輪機減阻軸承在1000℉的溫度下操作，曾使用石墨粉潤滑，有良好效果的記錄。
石墨粉在空氣中使用時，溫度雖高至400℃（752℉），也沒有氧化現象。溫度再高時，稍有氧化的可能，但其生成物為無害無毒的二氧化碳氣體。在600℃左右的溫度下仍能有效潤滑機件，在惰性氣體中可耐到1000℃的高溫。
石墨的低磨擦并不是單以其結晶的結構為基礎， 它也依賴水汽下提供了表面低的膠黏，所以在大氣中以及水汽存在下，發展出最好的潤滑效能。但在真空中，潤滑作用不良，故石墨粉不宜用于真空及太空機件的潤滑。

石墨粉的品質高低不一，價格也高低不等。供潤滑用者，必須采用灰份低與雜質少的片狀石墨。供填函（Packing）用的填函級石墨粉（Packing Grade Graphite）也是良好的潤滑用品級。石墨粉多調配于潤滑脂或輕質油后加入機件中，供潤滑之用。例如，高溫下的鍋爐自動給煤爐柵鏈銷，用二號或三號之杯脂，調入5～10﹪的石墨粉潤滑，杯脂雖遇熱熔化或碳化，但仍留下固體的石墨潤滑劑，發揮其潤滑效能。

二硫化鉬粉（MoS₂）

二硫化鉬（Molybdenum Disulfide，簡稱Molysulfide），為一種無機性的礦物，呈藍黑色，在電子顯微鏡下觀察，也是片狀的結晶，為近年來發展很快的固體潤滑劑。

在350℃溫度下，二硫化鉬無明顯的氧化作用，在真空及惰性氣體中，至少可耐600℃的高溫。

無論在大氣中，水汽下，或真空中，二硫化鉬均能有效潤滑機件，此點較石墨粉為優，故可用于太空等真空中作業的機件。

由于二硫化鉬中所含的硫份對于鋼鐵等金屬表面具有良好的吸附特性，且能有效填蓋機件的微小凹陷部份，故有利于磨損或變形機件的潤滑。

又因二硫化鉬粉對金屬表面具有良好的附著特性，故可調入潤滑油中供軸承、齒輪、及滑動面（Slideway）之潤滑；以及混入高級潤滑油脂中，供高溫及大型而低速之滑動面，如車輛的球形接頭（Ball Joint），貨柜車的轉向架（又稱轉向盤）等的潤滑。

二硫化鉬粉的純度對于潤滑效果影響亦大，故應選用結晶粒子小，純度高的二硫化鉬粉，且不含磨擦性雜質者為主要要求。

二硫化鎢（WoS₂）

二硫化鎢（Tungsten Disulfide）也是耐高溫的固體潤滑劑，因含硫份，效果與二硫化鉬相同，但耐溫可達900～1000℃（1,652～1,832℉）。

結構性固體潤滑劑有各種不同的產品，如圖表二：

圖表二 結構性固體潤滑劑

2. 機械性固體潤滑劑：

該分類中有不同種類的物質其潤滑效果是以不同的物理，機械性能或特殊情況而定。

有機化合物（PTFE）

聚四氟乙烯（Poly-tetrafluoroethylene），簡稱「PTFE」及聚氟氯乙烯（Poly-chloro-fluoroethylene）為耐高溫潤滑劑，性能優異。圖表三列出一些使用的自身潤滑有機化合物

圖表三 自身潤滑有機化合物

聚合物的滑動特性視其化學本性與其聚合的配對伙伴而定，負荷能力大小與熱消散有關，聚合物的磨擦特性受溫度變化影響很小。加入二硫化鉬、石墨與金屬粉末能改善聚合物的磨擦特性與增加其硬度，石墨也可增加PTFE體的彈性度。

金屬薄膜

硬質機件表面附著的軟性金屬膜，可防止硬質金屬的直接接觸而能夠減低摩擦。例如在工具鋼上涂以4×10-4cm之金屬銥薄膜，即具有良好的減磨特性。金屬面涂一層軟性金屬薄膜可減低磨擦，磨擦的大小視軟性金屬薄膜的剪切力而定；耐久性則視其薄膜的硬度、同構型、與黏附性而定；軟性金屬薄層的潤滑效果因其熔點而有所限制。除銥外其它軟性金屬薄膜的使用金屬如圖表四：

圖表四 自身潤滑金屬薄膜

化學面層（轉換薄膜）

除了一些暴露于空氣下所自然形成的金屬氧化物外，還有因化學或電子化學作用能在金屬表面形成固體的潤滑薄膜�；瘜W表面薄層如鋅、鐵、或磷酸鎂的作用類似柔軟的金屬保護膜，但它已不是金屬物質而是金屬鹽。以磷酸處理在金屬表面會產生一層薄膜，微晶、具極黏附性的磷酸鹽層，它可以降低磨擦系數與磨合期間咬死的危險，它的厚度通常只有2-5μm。

玻璃

玻璃的潤滑性視其組成而定，在特定溫度下的磨擦系數與黏度、熱傳導性、剪切率、剪切面積、溶解潤滑面上的氧化物能力、與金屬接觸面的角度有關，因為這些因子會決定玻璃對金屬的潤濕能力，使用玻璃為潤滑劑的重要性特別在操作溫度約于1500°C時的金屬成形操作下可以看出。

無機化合物

硫化物、氟化物、磷酸鹽、與氫氧化物被視為是支持劑或是能產生減低磨擦與磨損層的一種催化劑。例如氫氧化鈣協助鋼鐵磨擦面間氧化鐵薄層的生成。這個氧化物有較佳的磨潤性能，也許是因為它的較有利的立體密疊的薄層結構，薄層的生成視鋼鐵表面的化學組成成分而定。硫磺粉（Sulfur Flour）為淡黃色的粉末，具特殊臭味，一般潤滑并不多用，但多加入切削油中供難于切削的鋼鐵合金之用。此外，亦多用于發燒的軸承。當軸承因缺油而發燒時，殘留的油料甚或發出白煙，但軸承合金尚未熔化或損壞時，可立即將硫磺粉調入高黏度的潤滑油后加入軸承中，可有效降低溫度。此時乃利用硫磺與鋼鐵，在高溫下發生化學反應，生成硫化鐵合金膜的效果。 其它的無機化合物如下圖表五：

圖表五 無機化合物需一種支持介質

金屬粉末

相對于結構性潤滑劑與自身潤滑的機械性潤滑劑，其它的機械潤滑劑的潤滑特性主要是以媒介物質與膠合劑的支持效果為基礎的，這些媒介物質如鉛、錫、鋅、銅、銀與銦的主要目的是要改善非自身潤滑的機械性潤滑劑的黏附與凝結的性能。粉狀固體潤滑劑的缺點是難于附著金屬表面。為補救此一缺點，除使用媒介物外，亦可用有機膠合劑（Organic Binders）或無機膠合劑(Inorganic Binders)混入粉狀的固體潤滑劑中，噴射膠結于軸承內壁，硬化之后，形成一層附著力甚強的固體潤滑層，特稱「膠結潤滑劑涂膜」（Boned-solid Lubricant Coatings）或「干膜潤滑劑」（Dry Film Lubricant）。常用的有機膠合劑為壓克型樹脂（Alksd Resin），酚型樹脂（Phenolics）及環氧聚酯樹脂（Epoxy Resin）。無機膠合劑為硅酸鹽與磷酸鹽。

膠結潤滑膜系由固體潤滑粉末均勻分散于樹脂及溶劑中，然后涂于軸承上。其涂法與涂刷油漆相同，俟溶劑揮發后，將軸承烘熱，樹脂即固化而形成潤滑膜。

此種潤滑膜的成本大、費用高，而且不能換新或補充，故使用難于推廣普遍，但卻特別適用于下列情況：

● 摩擦表面容易熔化、咬死、或漏電腐蝕者。

● 長期無法加油者。

● 使用任何潤滑油脂均失效者。

● 使用任何潤滑油脂均有污染困擾者。

以硬度為基礎的閑接潤滑性物質

氧化物、硼化物、氮化物或硅酸鹽的蒸氣積垢(Vapor - deposited, VD)涂膜通常都有較高的磨擦系數值，但在高溫時可防止磨擦面咬死并提供極優的抗磨損能力。另一較新的薄膜層，且已被證實具有良好的磨潤性能的是鉆石般無固定形式的碳，被指為是DLC (Diamond-Like Carbon)，它的硬度在500到13000 HV之間，視其氫化的多寡而不同，由零至50%不等。

3. 皂類

皂類是較高的飽和的與非飽和的脂肪酸與樹脂酸的金屬鹽類，他們有時也包括環烷基酸與合成脂肪酸鹽，最有效的是那些具有長鍵分子的活性組群的極性化合物�？赡苁且驗槟切┓磻�的組群黏附在潤滑面并阻止被移除有關，他們通常提供固體潤滑劑可獲取的最低的磨擦系數值，但在高于其熔點溫度或高負荷下則無法使用。皂類在潤滑技術的主要功能是用于制造潤滑油脂上。白蠟（Paraffin wax）又稱石蠟、微晶蠟（Micro crystalline wax）、蜂蠟（Bees wax）、合成蠟、豬油、牛油、硬脂酸以及硬脂的金屬皂，如鋁皂、鈣皂、鋅皂、鈉皂、鋰皂等均為固體的軟質潤滑劑，油膩性甚強，多用于負荷較低的機件。

4. 化學活性潤滑劑

這個分類包括極壓與抗磨損添加劑與一些能與金屬接觸面形成一個保護膜。動物性脂肪為一種具有四千年歷史的知名潤滑劑。其特點為可與金屬表面發生化學作用而生成固體潤滑油金屬皂（Metallic soaps），而防止金屬與金屬的咬損。但因其熔點低，不適于高溫的作業。

溫度高而負荷大時，摩擦溫度亦高，必須采用熔點遠較金屬皂為高的固體潤滑膜。多種活性氯、硫及磷的化合物均具有此種特性，于較高摩擦溫度時，易與金屬發生化學作用，于金屬表面形成潤滑效能優異的固體保護膜，亦稱為金屬硫化物、金屬氯化物、或金屬磷化物的合金保護膜。各種極壓添加劑的作用，即為此例。

所謂摩擦溫度（Frictional temperature）者，指由于金屬表面相互摩擦而生成之溫度。一般極壓添加劑在常溫時對金屬都無化學作用，但當機械運轉而機件金屬表面互相接觸摩擦，產生局部熱量，引起局部溫度升高時，極壓添加劑才與金屬發生化學作用，形成合金保護膜。

圖表六．石墨、二硫化鉬及PTFE性能之比較

·  （二）氣體潤滑劑

空氣、水蒸氣、氮氣都是氣體，亦為一種流體，因此比重極低、黏度極小，而且幾乎無污染性，故適用于特殊情況的潤滑而代替液體潤滑劑；但因其負荷能力極低，而且穩定性較差，故使用不廣。使用氣體作潤滑劑時，必須采用特殊設計而以氣體來潤滑的「氣體軸承」（Gas bearings）。

至于油霧式或噴霧式潤滑，嚴格說仍屬液體潤滑劑，僅其粒子極細而已。

（三）液體潤滑劑

液體潤滑劑（Liquid Lubricants）具有擠入軸承間隙，形成油壓動力潤滑，有效分開軸頸與軸承，避免金屬與金屬直接摩擦的特性；而且傳熱與散熱容易，故常用于機械的潤滑。各種礦物油、合成油、植物油、動物油、水、甘油、液體氧氣，甚至于熔融的玻璃等，均為液體潤滑劑。

1.動植物油脂

動物性或植物性油類，通稱為「天然油脂」，簡稱為「脂肪油」（Fatty oils），加熱至高溫時分解而揮發，故不能以蒸餾的方法精制，因而又稱為「固定油」（Fixed oil），故有別于可以蒸餾的礦物油。

動植物油脂最常見者有下列數種：

A.牛油

牛油（Tallow）雖具潤滑性，但高溫下黏度甚低，必須與高黏度潤滑油調合使用。牛油加入機油中后，油膜可耐水，對金屬表面附著力強，且加強機油的油膩性。但機油中最多只能溶化12﹪的牛油。加有動植物油的機油常稱為「復合油」（Compounded oil）。
供潤滑及加入機油中用之牛油，必須新鮮之精制品，色白而有甜味，通稱為無酸牛油（Acidless　tallow）。

B.豬油
豬油為極佳之油膩劑（Oiliness agent），加入機油中后可提高油料之油膩性，增加對金屬表面之附著力，減低摩擦系數。加用15-25﹪豬油之機油雖污染布匹，亦易洗除，故多用于紡織機械之潤滑。豬油加熱時可吸收14﹪之硫磺而化合成硫化豬油（Sulfurized lard oil），供切削難加工金屬之用。

C.羊毛脂

羊毛脂（Wool grease or Degras）加入蒸汽汽缸油后，可增加油膜韌度，更能耐水，特別供溫度極高之蒸汽機汽缸潤滑之用。

D.蓖麻油

蓖麻油不溶于礦物油中，但可溶于酒精等醇類化合物中，對金屬表面之附著力極強，有效減低金屬面之摩擦，且潤滑能力亦強，其黏度約為SAE 50號，過去曾用于航空引擎之潤滑，但因不能與一般礦物性潤滑油混合使用，又極易氧化成堅韌之膠狀物，故現多不采用。

各種動植物油脂均有下列各共通之優點及缺點：

·  各動植物油脂均為脂肪酸之甘油脂，且經常有游離脂肪酸共存。就分子結構上言，為極性之化合物，對金屬表面附著力強，油膩性（Oiliness）佳，有利于界面潤滑。

·  在高溫下游離脂肪酸腐蝕金屬甚強。

·  化學安定性不佳，久用后不但黏度增加，而且部份變成堅韌之橡皮性膠質，有礙潤滑系統。

2.石油基及合成液體潤滑劑

液體潤滑劑為最常見，使用最普遍的潤滑劑，其中石油基及合成基潤滑劑，幾乎占有目前交通與工業方面使用各類產品之98%以上市場，一般所稱之潤滑油，幾乎都是此類產品，由于種類繁多，

各種石油基潤滑產品簡介

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（四）半固體潤滑劑--潤滑脂

潤滑脂（Lubricating grease）為潤滑油與金屬皂（Metallic soap）或其它稠化劑（Thickener）制成之半固體制品。近年來亦有以合成潤滑油代替石油基潤滑油，制成合成潤滑脂，供特殊用途之制品。其摻配過程及性狀與液體潤滑劑又有不同，將于第二章說明