二硫化鉬的潤滑特性

1、二硫化鉬的潤滑特性摘要二硫化鉬不僅在常規(guī)環(huán)境，而且能在重載荷、高真空或低溫、高速或低速、強(qiáng)輻射等惡劣環(huán)境里，充分發(fā)揮出低摩擦系數(shù)、高磨損壽命和潤滑可靠等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用。主題詞：二硫化鉬 潤滑特性 抗報壓 真空潤滑1. 二硫化鉬的理化特性：分子式：MoS2分子量：16008顏色：蘭-灰到黑色密度 /cm3:4.8-5.0(或4.85 -5.0、4.8)熔點(diǎn) ：約1500（或大于1800、1185）硬度：mosh1-1.5（或knnop12-60）顯微硬度：基礎(chǔ)面3.136×102Mpa，棱面 8.82×103Mpa表面能：基礎(chǔ)面2.4×10-2J/M2，棱面7.

2、0× 10-1J/M2熱脹系數(shù)：10-7×10-6/K溫度穩(wěn)定性：空氣中-184400（或-180400 400、399、450）。真空或惰性氣體中，大于1100（或1200、1800）摩擦系數(shù)：約0.05-6.10（或0.04，沒有氣體吸附層時為0.03-0.06）承載能力，大于2.8×103Mpa(或大于3.45×103Mpa)?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：氧化：干燥空氣中，從417（750F）（或370、400、399、350、450）開始氧化后。560后（或540）劇烈氧化。潮濕空氣中，室溫即發(fā)現(xiàn)有氧化，但很微弱，在濕度與酸值都很高時，氧化才變得明顯。氧化產(chǎn)物為

3、MoO3與So2，氧化系放熱反應(yīng)H=-266.7kcal/mol。分解：真空或惰性氣體里，1100（或1200、真空9821093、氬氣中13501472）后開始分解。分解產(chǎn)物為Mo與S。能耐除王水，熱而濃的鹽酸、硫酸、硝酸外的任何酸，在氟、氯中可分解，但在無水HF中不分解，能與液氧相容。能腐蝕堿金屬（如Li、Na、K、Rb、Cs、Fe等）。在水、石油制品和各種合成潤滑劑中不溶解，能按任意比例混合使用。2、 二硫化鉬與載荷工件表面微觀是不平整的，一旦彼此間發(fā)生滑動，真是接觸僅局限于一些很小的高點(diǎn)上。用電阻法或其他方法估測，真實(shí)接觸面還不到表觀面積的萬分之一。因而，即使施以很小載荷，接觸點(diǎn)局部壓

4、強(qiáng)也會很大，載荷加大，會因壓強(qiáng)過大而升溫，甚至熔化。潤滑目的即在于防止工件間直接接觸。油脂潤滑時，當(dāng)載荷過大，潤滑膜會被“壓破”或溫度上升潤滑油流失，這將導(dǎo)致潤滑膜破裂，工建直接接觸而發(fā)生黏著（熔合）磨損。用二硫化潤滑，當(dāng)載荷上升時，潤滑效果非旦不下降，還會提高。即使超過了鋼鐵屈服壓強(qiáng)的重載荷3.45×103Mpa下，潤滑依舊。2.1 二硫化鉬良好抗報壓潤滑作用Milne在多種條件下，對多種二硫化鉬潤滑膜作了深入研究，當(dāng)載荷有0.09Mpa上升至4.3Mpa時，摩擦系數(shù)卻由0.10.5下降至0.020.05或更低。Bielak等人測定，二硫化鉬在2.4×103Mpa下，摩擦

5、系數(shù)僅0.025。Boyn和Rober等人在大氣，室溫里，對比多種潤滑材料在2.8×103Mpa重載荷下的摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)二硫化鉬比其他潤滑材料摩擦系數(shù)都要低。西村元在對比二硫化鉬、鋁、聚四氟乙烯等涂層的磨損過程后發(fā)現(xiàn)，無論在哪種氣氛下，二硫化鉬的磨損都非常少，摩擦系數(shù)也最低。漢沽石油化學(xué)廠用四球機(jī)測定，當(dāng)鋰基脂中添加3%的MoS2后，PB值由40kg上升到66kg以上。重載荷下，二硫化鉬不僅具有很高的穩(wěn)定性，極低的摩擦系數(shù)，還具有很高的磨損壽命。Magie測定二硫化鉬在2.4×102Mpa下，磨損壽命（往復(fù)周期）達(dá)13萬次，二硫化鉬復(fù)合油脂可達(dá)159萬次，二硫化鉬樹脂黏結(jié)膜

6、可達(dá)986萬次。Stupp亦對比了幾種常用固體潤滑材料的磨損壽命，氮化硼360次。磨損壽命依然數(shù)二硫化鉬最高。高穩(wěn)定性，低摩擦系數(shù)，高磨損壽命，使二硫化鉬成為最佳“抗報壓”潤滑材料。2.2 二硫化鉬抗報壓機(jī)理探討B(tài)arrg、Binkelman發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)環(huán)境中濕度較大時，才出現(xiàn)載荷加大，二硫化鉬摩擦系數(shù)下降的現(xiàn)象。濕度較低，起始摩擦系數(shù)就很低，隨著載荷上升而下降的趨勢就變得不甚明顯。Karpe、Gansheimer、Solomon等人指出：隨載荷加大，二硫化鉬吸附水蒸氣層減少甚至消失，其摩擦系數(shù)亦下降，更接近無吸附的最低點(diǎn)。3、 二硫化鉬與真空真空，尤其真空高溫環(huán)境中，二硫化鉬顯示出比它在大氣

7、中更優(yōu)良的潤滑效果，使它在六十年代勃起的宇宙航行中嶄露頭角。3.1 油脂和石墨對真空潤滑的局限性潤滑油脂的基礎(chǔ)油是用減壓升溫蒸餾法生產(chǎn)的。所以，它在真空，尤其真空高溫環(huán)境下，它會因汽水逸失而變質(zhì)。而且，油蒸汽還會污染儀表和宇航器極有限的空間。潤滑油允許的極限蒸發(fā)率為10-7g/cm2。真空中，石墨雖無數(shù)蒸發(fā)之慮。但石墨的潤滑，滑動主要發(fā)生在晶體間的蒸汽吸附層內(nèi)，真空使它失去了賴以滑動的蒸汽，摩擦系數(shù)也猛升到0.80。顯然，油脂或石墨都不適宜真空潤滑。3.2 二硫化鉬良好的真空穩(wěn)定性真空中，二硫化鉬既不會蒸發(fā)，亦不會因失去蒸汽而潤滑惡化。真空中二硫化鉬變質(zhì)的原因?yàn)椤盁岱纸狻?。能使二硫化鉬熱分解的

8、溫度很高，真空里為9821093，惰性氣體中為13501470。低于該溫度，二硫化鉬是相當(dāng)穩(wěn)定的。3.3 二硫化鉬良好的真空潤滑性與石墨相反，真空中的二硫化鉬，其摩擦系數(shù)明顯下降。表一 石墨與二硫化鉬潤滑特性對比表潤滑材料摩擦系數(shù)熱穩(wěn)定溫度大氣內(nèi)惰性氣體中真空中大氣中真空中濕度高濕度低石墨0.150.250.50.500.45100072000MoS20.100.250.100.040.020.110.050.057502000顯然，真空里的二硫化鉬不僅溫度適應(yīng)范圍大，而且很穩(wěn)定，低于800時，摩擦系數(shù)不隨溫度升高而提高，高于1000后，摩擦系數(shù)才開始隨溫度升高而舉證，潤滑開始劣于石墨。Bre

9、wel測出在10-9Pa高真空里的二硫化鉬摩擦涂膜潤滑的滾動軸承，摩擦系數(shù)僅0.0016；而10-6Pa、3000r/min、2kg負(fù)荷下，二硫化鉬濺射膜潤滑的軸承，工作壽命已超過1500時。3.4 二硫化鉬真空潤滑機(jī)理探討二硫化鉬的潤滑與它顯微變化一致：Flom在光學(xué)顯微鏡下觀測到，二硫化鉬在真空中的劈開面光滑，在大氣中的劈開面不光滑，津合裕子用電鏡發(fā)現(xiàn)，摩擦都會使二硫化鉬晶體微觀晶化，而真空中微晶化程度遠(yuǎn)比大氣中低得多。不難理解，真空中二硫化鉬潤滑比大氣中時好得多。再深入探討，許多學(xué)者將這些現(xiàn)象又歸結(jié)到濕度的影響，氣壓境地，二硫化鉬表面水蒸氣吸附層減少甚至消失，水蒸氣對潤滑干擾隨之降低或消

10、失，真空潤滑效果自然會提高。4. 二硫化鉬與環(huán)境溫度環(huán)境溫度對潤滑劑穩(wěn)定性和潤滑效果影響很大。真空中溫度影響前已做了闡述，下邊主要講大氣中溫度的影響。4.1 油脂對潤滑溫度的局限性太低的溫度會使油脂凍結(jié)。而高溫下潤滑油會因蒸發(fā)、氧化、極性變化而變質(zhì)，潤滑脂亦會因凝縮分油而變質(zhì)。事實(shí)上，在遠(yuǎn)高于凍結(jié)溫度或遠(yuǎn)低于變質(zhì)溫度之前，溫度已通過粘度變化干擾到油脂的潤滑效果。溫度下降，油脂黏度上升而變得粘稠；溫度上升，油脂黏度下降而變得稀薄。當(dāng)溫度升高到稀薄的油脂無法保持完整的潤滑膜；或者，當(dāng)溫度下降到粘稠的油脂無法形成連續(xù)的潤滑膜時，都將使?jié)櫥?。常?guī)里，潤滑油允許使用的溫度上限，應(yīng)低于他閃點(diǎn)20-30

11、，溫度下限應(yīng)高于它凝點(diǎn)約5-10。實(shí)用中，用于-45（高級冷凍機(jī)油）到250（高級航空硅油）間。潤滑脂低溫范圍很嚴(yán)，更易凝固，溫度上限應(yīng)低于其滴點(diǎn)20-30。實(shí)用中，鈣基脂80、鋇基脂120、鋰基脂120。在高于上限或低于下限的溫度范圍里，油脂將無法正常潤滑。4.2 二硫化鉬良好的溫度穩(wěn)定性二硫化鉬無汽水、黏度之慮。溫度對它的干擾僅體現(xiàn)在熱分解與氧化上。熱分解溫度比氧化溫度高。大氣中，不待熱分解已氧化完了。所以，大氣中以氧化為主，真空中也以熱分解為主。低溫只能延緩二硫化鉬的氧氣，所以，它的低溫穩(wěn)定性很好。即使 -184仍潤滑自如。大氣中，二硫化鉬隨溫度上升，氧化加劇，它受溫度和空氣流量變化影響

12、很大。干燥空氣中，二硫化鉬在400以下是比較穩(wěn)定的。400開始氧化，540后氧化加劇。對濕度、酸度較高的環(huán)境，起始氧化溫度要低的多。但是，輕微的氧化對二硫化鉬潤滑的影響并不大。4.3 二硫化鉬良好高溫潤滑作用大氣中，二硫化鉬的摩擦系數(shù)與溫度，摩擦?xí)r間的關(guān)系。顯然，實(shí)踐證明，加二硫化鉬后的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)比沒潤滑劑的干摩擦好得多。當(dāng)溫度低于350時，二硫化鉬的摩擦系數(shù)隨溫度升溫而下降，或隨摩擦?xí)r間延長而下降，潤滑更有效。當(dāng)溫度高于350后，摩擦系數(shù)隨溫升和時間延長而上升，潤滑開始惡化；溫度高于400，該變化明顯；溫度高于540后，變化顯著，潤滑明顯惡化。Lancaster也指出，二硫化鉬與石墨不同，在

13、溫度不太高時，潤滑幾乎不隨摩擦?xí)r間的延長而變化。5、 二硫化鉬與速度在很低速度或設(shè)備啟動時，潤滑油脂出現(xiàn)“黏滑”與“冷焊”。Stribeck曲線和相應(yīng)方程看出：當(dāng)滑動速度0時，摩擦系數(shù)顯著升高。（k軸承參數(shù)，n黏度，p載荷），軸承處于混合摩擦狀態(tài)出現(xiàn)磨損。速度過高，摩擦系數(shù)也開始上升，直至超出工作范圍上限。二硫化鉬對超低或特別高速干擾不明顯，適應(yīng)性很強(qiáng)。各種二硫化鉬膜對應(yīng)速度變化，摩擦系數(shù)互不同，但低速（0）時的值不太高，而高速（3040m/s）時值很低，使二硫化鉬對速度適應(yīng)范圍大大拓展開來。另外，已形成的二硫化鉬膜，其磨損壽命很高，對低速和高速環(huán)境工作的可靠性良好。這是油脂潤滑無法比擬的。6

14、 二硫化鉬與幅照幅照之下，潤滑油脂會變質(zhì)，粘度指數(shù)和酸值也將發(fā)生變化。這與放射線使其不飽和鍵或極性鍵交聯(lián)、氧化有關(guān)。岡野測定了不同機(jī)油耐幅照能力。使其黏度或酸值變化25%所需的放射量分別為：聚苯5000×106rad，礦油或甲苯硅油100×106rad，烷基雙酯油50×106rad，烷基硅油或烯烴5×106rad。他發(fā)現(xiàn)，隨輻射量的增加，磨損也明顯增加。強(qiáng)幅照下，二硫化鉬表現(xiàn)出遠(yuǎn)比潤滑油高得多的穩(wěn)定性。在7×108R（1.8×105c/kg）照輻射前后，二硫化鉬的摩擦與磨損并無明顯變化。表二 幅照對MoS2潤滑的影響靜摩擦系數(shù)動摩擦系數(shù)磨損量×10-3cm³幅照前0.130.140.110.12306.1幅照后0