Lubrifianţii sunt substanţe sau amestecuri de substanţe care au proprietatea de a micşora forţele de frecare între doua suprafeţe metalice în contact, diminuând uzura acestora şi preluând o parte din căldura produsă în timpul frecării. În afara rolurilor amintite, lubrifianţii protejează suprafeţele împotriva fenomenului de coroziune, îndepărtează corpurile străine formate în timpul frecării, împiedică pătrunderea corpurilor străine între suprafeţele lubrifiate, corpuri capabile să producă uzură prin abraziune.
Frecarea este un proces complex de natura moleculară, mecanică şi energetică care se manifestă între două suprafeţe de contact aflate în mişcare relativă. Procesele de frecare - ungere - uzură sunt studiate de ştiinţa denumită tribologie (tribos = frecare, logos = ştiinţa). Termenul a fost propus, pentru prima data, de savantul englez O.Tabor în anul 1954.
Frecarea apare datorită mişcării şi are sens opus acesteia. Se disting două tipuri de frecare: frecarea statică, la pornire şi frecarea cinematică datorată menţinerii mişcării. Forţa de frecare, Ff, este proporţională cu încărcarea, W, şi nu depinde de aria de contact între suprafeţele supuse fenomenului. Valoarea acestei forţe se poate aproxima cu 1/3 din valoarea componentei normale a încărcării, Wn.
Cantitativ, se defineşte un
coeficient de fricţiune, m,
ca raportul dintre efortul de forfecare şi efortul de deformare. Coeficientul de
fricţiune este o caracteristică de materiale şi are pentru metale o valoare de
aproximativ 0,2. Frecarea între două suprafeţe metalice are loc în mod real,
pentru majoritatea metalelor, între peliculele de oxid care acoperă aceste
suprafeţe. Aceşti oxizi au coeficienţi de fricţiune net diferiţi de ai metalelor
iar forţele reale de frecare sunt mai mici decât cele teoretice (mCu
= 6,8 iar mCu
– aer = 0,8).
Comportamentul suprafeţelor depinde de aderenţa peliculei de oxid pe suprafaţă
şi de forţa de încărcare care determină apariţia frecării. Materialele
cristaline izotrope (săruri, diamante, materiale solide nemetalice) pot avea un
comportament diferit la frecare: materialele “moi” cum sunt sărurile, kryptonul
etc. au coeficienţi de fricţiune de 0,5..1 iar materialele mai dure au
coeficienţi de fricţiune mai mici de 0,1…0,6. Materialele anizotrope,
stratificate cum sunt grafitul, talcul, sulfura de molibden, (MoS2),
pot fi lubrifianţi foarte buni în anumite condiţii, dacă se ţine seama că
valorile coeficienţilor de fricţiune diferă pe direcţiile spaţiului. Considerând
o structură cu straturi orizontale, aceste materiale au coeficienţii de
fricţiune orizontali mult mai mici decât cei pe direcţie verticală,
datorită efectului de “bilă de rulment” care constă în
desprinderea unui strat superficial şi rularea lui la contactul cu o suprafaţă
dură. Materialele polimerice amorfe ca teflonul, polistirenul sau
poliacrilonitrilul sunt tot mai mult utilizate în tehnică drept înlocuitori de
metale. Aceste materiale au coeficienţii de fricţiune statici mai mari decât cei
cinematici şi pot suferi deformări plastice sau deformări elastice. În acest din
urmă caz ei pot acţiona şi ca lubrifianţi deoarece la interfaţa polimer-metal
coeficienţii de fricţiune sunt mici.