I lubrificanti secchi sono composti chimici solidi, solitamente sotto forma di rivestimento in polvere o pellicola, utilizzati per ridurre l’attrito tra le parti in movimento. I tre tipi più popolari di composti utilizzati per i lubrificanti secchi a partire dal 2011 sono grafite, C; bisolfuro di molibdeno, MoS2; e politetrafluoroetilene, (C2F4)n. Altri tipi di lubrificanti solidi comunemente usati includono nitruro di boro, BN e disolfuro di tungsteno, WS2. I vantaggi che i lubrificanti secchi offrono rispetto ai lubrificanti standard realizzati con prodotti petroliferi come grasso e oli includono la capacità di resistere a temperature significativamente più elevate senza subire rotture termiche, nonché di agire come barriere di attrito molto più sottili e gestire alte pressioni. Le temperature di esercizio tipiche per i lubrificanti secchi variano fino a 662° Fahrenheit (350° Celsius).
Il tipo di lubrificante secco scelto dipende dall’applicazione specifica. Il bisolfuro di molibdeno, ad esempio, può resistere a un livello di calore fino a 2,012° Fahrenheit (1,100° Celsius) e alcuni lubrificanti secchi possono resistere a temperature fredde nell’intervallo criogenico che liquefarebbe gas come l’azoto. Quando i lubrificanti secchi vengono applicati come film sottili, vengono spesso utilizzati per rivestire i cuscinetti a sfera e il rivestimento stesso è durevole con uno spessore di soli 0.0001 – 0.003 pollici (da 0.00254 a 0.0762 millimetri). Altre condizioni estreme che alcuni lubrificanti secchi possono sopportare includono pressioni di 250,000 libbre per pollice quadrato (17,237 bar) in un ambiente sotto vuoto totale in cui viene spesso effettuato lo stoccaggio di ossigeno liquido.
La caratteristica principale di queste sostanze chimiche che conferisce loro l’incredibile capacità di ridurre i livelli di attrito è la cosiddetta struttura lamellare. Ciò significa che le particelle all’interno del lubrificante formano una serie di lamelle sovrapposte, o strati paralleli, su scala molecolare. Questi strati scorrono l’uno contro l’altro evitando che le due superfici che i lubrificanti secchi separano entrino in contatto diretto, anche in condizioni estreme. Diversi composti sono stati testati per la loro capacità lamellare e un esempio di lubrificante a film secco che è stato utilizzato per molti anni, oltre alla semplice grafite, è il talco, o silicato di magnesio idrato, Mg3(Si4O10)(OH)2.
Le quattro principali applicazioni per le quali vengono utilizzati i lubrificanti a secco coinvolgono tutte condizioni estreme, come pressioni di contatto molto elevate e temperature elevate. In tali condizioni, grafite e MoS2 sopravviveranno, mentre i lubrificanti a base di petrolio liquido no. I lubrificanti secchi sono anche utilizzati principalmente nei macchinari in cui è presente un movimento alternativo, che spremerebbe i lubrificanti liquidi fuori dal punto di contatto principale. La ceramica è l’altra area in cui i lubrificanti solidi hanno un uso speciale, in quanto possono essere personalizzati per avere le reazioni chimiche desiderate con le parti che stanno proteggendo.
Due nuovi composti utilizzati anche a partire dal 2011 includono fluoruro di calcio, CaF2 e fluoruro di cerio, CeF3. Questi composti non sono così comuni a causa della spesa ad essi associata. Il fluoruro di cerio ne è un esempio, poiché il cerio stesso è un metallo delle terre rare e tali metalli di norma sono noti per essere sostanze abbastanza tossiche. Tuttavia, a partire dal 3, sono stati effettuati pochi test diretti di tossicità per CeF2011, a causa della difficoltà di ottenere quantità di campioni sufficienti per l’analisi.