施凱烽，謝 鳳

(空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

二硫化鉬潤滑添加劑摩擦學(xué)性能研究現(xiàn)狀

施凱烽，謝 鳳

(空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

二硫化鉬是具有良好潤滑性能的六方晶層狀物質(zhì)。概述了二硫化鉬作為潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能。二硫化鉬在潤滑油及其它潤滑介質(zhì)中均表現(xiàn)出良好的抗磨減摩性能。

二硫化鉬； 潤滑添加劑； 摩擦學(xué)性能

過渡金屬的硫族化合物MX2(M：Mo，W；X：S，Se)具有類石墨的片層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)是較強(qiáng)的共價鍵結(jié)合，層間是較弱的范德華力，層與層之間易發(fā)生滑動且易剝離，因此具有良好的各向異性和較低的摩擦系數(shù)。過渡金屬硫化物尤其是MoS2，它是鉬最常見的自然形態(tài)，自然界天然產(chǎn)出的“鉬輝礦”就是晶體MoS2，二硫化鉬在自然界中主要來源于鉬輝礦。

二硫化鉬是一種常見天然礦物，早在17世紀(jì)，就被作為固體潤滑劑得以應(yīng)用。二硫化鉬具有六方晶層狀結(jié)構(gòu)，其層狀結(jié)構(gòu)決定了其良好的潤滑性能，且其作為潤滑劑具有諸多優(yōu)點(diǎn)：耐磨性好、附著性強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高、摩擦因數(shù)低；且具有較好的成膜結(jié)構(gòu)特性，形成的膜在高壓下具有良好穩(wěn)定性；在高溫、高壓、高真空、高轉(zhuǎn)速和超低溫條件下仍具有高效的潤滑性能；在多數(shù)溶劑中可保持較好的穩(wěn)定性；對于有色金屬具有較好的親和吸附力。因此，二硫化鉬作為固體潤滑劑、潤滑油及潤滑脂添加劑在抗磨減摩領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用[1]。

近年來，大量學(xué)者對二硫化鉬添加劑的摩擦學(xué)性能開展了廣泛研究，并取得了相應(yīng)成果，對二硫化鉬添加劑在實(shí)際產(chǎn)品中應(yīng)用的改進(jìn)意義重大。

1 二硫化鉬在潤滑油中的摩擦學(xué)性能

各類潤滑油是各行各業(yè)最常用的潤滑劑，在潤滑油中添加二硫化鉬能顯著改善摩擦學(xué)性能，提高其抗磨減摩性能。

白鴿玲等[2]采用表面活性劑促助法，以PEG-20000作為包覆劑，制備出粒度約100nm的MoS2納米球。以Span-80為分散劑，分別制得1%二硫化鉬納米球和市售超細(xì)二硫化鉬微米粉末復(fù)合潤滑油。并用四球磨機(jī)考察其摩擦性能。結(jié)果表明，二硫化鉬納米球比市售超細(xì)二硫化鉬粉末，具有更加良好的綜合摩擦性能，一方面，納米級顆粒表面活性高，易吸附，能有效提高抗負(fù)荷能力；另一方面，其自身特殊的“滾動摩擦”機(jī)制能有效減少摩擦磨損。

李斌等[3]以油酸作為表面活性劑，通過超聲分散30min，制得不同濃度納米MoS2潤滑油，并采用四球磨機(jī)和掃描電鏡考察納米二硫化鉬在潤滑油中的摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明，納米二硫化鉬在潤滑油中具有良好的抗磨及減摩性能，尤其是在0.01%濃度時，二硫化鉬表現(xiàn)出的抗磨性能和在高負(fù)荷下的減摩性能更為突出。當(dāng)納米二硫化鉬濃度增大時，隨著負(fù)荷的增大，納米顆粒易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，形成較大磨粒，從而失去應(yīng)有的抗磨減摩效果。此外，納米二硫化鉬對于基礎(chǔ)油的極壓性能沒有明顯的改善作用。

羅仁芝等[4]通過對柴油發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)和行車實(shí)驗(yàn)，對不同工況下自制納米MoS2車用機(jī)油添加劑在柴油發(fā)動機(jī)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米MoS2車用機(jī)油添加劑在發(fā)動機(jī)不同轉(zhuǎn)速和不同負(fù)載下均能在一定程度降低發(fā)動機(jī)的油耗，并且可以明顯減少發(fā)動機(jī)尾氣中NOx及固體顆粒物含量。行車實(shí)驗(yàn)表明，納米MoS2車用機(jī)油添加劑能使燃油耗油量明顯下降(約14.4%)，并可以一定程度上降低發(fā)動機(jī)運(yùn)行時的噪音，此外還使發(fā)動機(jī)排放的有害氣體(NOx)減少34.8%～51%。

陳九菊等[5]以超聲化學(xué)方法制備的類球形MoS2為前驅(qū)物，最終得到黑色的MoS2類球形納米顆粒。通過超聲和攪拌制得1%的MoS2復(fù)合潤滑油樣品。通過屏顯式材料端面高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)在不同載荷下對樣品進(jìn)行潤滑特性研究，在轉(zhuǎn)速為300r/min、試驗(yàn)力300～2000N范圍內(nèi)的摩擦系數(shù)明顯低于純潤滑油。MoS2納米顆粒能顯著提高潤滑油的潤滑性能。

石華強(qiáng)等[6]通過萃取-溶劑熱法在汽油中直接制備出有機(jī)膦酸萃取劑Cyanex 301表面修飾的二硫化鉬微球，將其和商業(yè)級膠體二硫化鉬分別添加到基礎(chǔ)油500SN中，并采用四球摩擦磨損機(jī)和SRV微動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對比研究這兩種不同體系的極壓性和抗磨減摩性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面，萃取劑Cyanex 301對二硫化鉬有良好的表面修飾作用；制備的二硫化鉬微球添加到基礎(chǔ)油中能顯著提高極壓性和抗磨減摩性能，與商業(yè)級相比具有更好的潤滑性能。

沃恒洲等[7]以硫化鈉和鉬酸鈉為原材料，制得三硫化鉬膏狀沉淀，在氫氣氛圍中煅燒制得納米二硫化鉬顆粒，用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)其作為N46機(jī)械油添加劑的摩擦性能，并用掃描電鏡等手段探討其抗磨減摩機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制得的納米二硫化鉬顆粒作為N46機(jī)械油的摩擦學(xué)性能明顯優(yōu)于普通二硫化鉬顆粒，這是由于納米二硫化鉬更易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在摩擦副表面形成含三氧化鉬的表面膜，使得其極壓性能、抗磨減摩性能要優(yōu)于普通二硫化鉬。

以上文獻(xiàn)表明，二硫化鉬添加到潤滑油中能有效改善抗磨減摩性能，納米二硫化鉬比普通二硫化鉬微米粉末明顯具有更優(yōu)良的摩擦學(xué)性能。納米級顆粒表面活性高，易吸附，能有效提高抗負(fù)荷能力，其自身特殊的“滾動摩擦”機(jī)制能有效減少摩擦磨損，此外還能在摩擦副表面形成化學(xué)反應(yīng)膜，提高摩擦學(xué)性能。而且，使用加入了二硫化鉬添加劑的潤滑油還能有效降低發(fā)動機(jī)油耗、噪音，且能明顯降低污染物的排放。

2 二硫化鉬在其他潤滑介質(zhì)中的摩擦學(xué)性能

除了潤滑油，還有很多常用的潤滑介質(zhì)，如：離子液體、水、凡士林、脂類等，在這些潤滑介質(zhì)中加入二硫化鉬也可以在一定程度改善摩擦性能，提高其潤滑性能。

張麗麗等[8]采用了電化學(xué)剝離法制備了類石墨烯MoS2片層，并利用真空摩擦試驗(yàn)機(jī)對含類石墨烯二硫化鉬添加劑離子液體(IL-MoS2)的摩擦學(xué)性能進(jìn)行測試，與純離子液體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，利用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡等手段對IL-MoS2摩擦前后的化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，IL-MoS2對鋼/鋼摩擦副具有優(yōu)秀的減摩抗磨作用，在發(fā)生摩擦?xí)r，納米尺寸二硫化鉬會在鋼/鋼摩擦副界面發(fā)生吸附，形成保護(hù)層，避免了摩擦副之間的直接接觸，降低了摩擦磨損。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在摩擦過程中，離子液體與類石墨烯二硫化鉬具有相互協(xié)同作用，離子液體在鋼/鋼摩擦副表面發(fā)生摩擦化學(xué)作用，形成穩(wěn)定的化學(xué)反應(yīng)膜。

王廷梅等[9]用插層法制備了單層MoS2在水中的懸濁液，用四球長時摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對單層MoS2在水中的懸濁液的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了考察，并用電子掃描電鏡對其摩擦表面進(jìn)行表征。結(jié)果表明，合成的單層MoS2懸濁液在一定添加量范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩能力，其在鋼球磨損表面生成含F(xiàn)eS保護(hù)膜，從而表現(xiàn)出良好的減摩能力，但保護(hù)膜剪切強(qiáng)度較低，易發(fā)生剪切剝落，但活性S易造成鋼過度腐蝕而導(dǎo)致抗磨性能變差。

孟慶娟等[10]以自制的四硫代鉬酸銨為原料，以乙二醇作為還原劑和溶劑，制得了水分散性納米二硫化鉬，并采用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測定其在水分散體系中的摩擦學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制得的MoS2納米球形微粒在水和乙醇中具有良好的分散性，且具有優(yōu)秀的抗磨減摩性能，在MoS2含量為0.03%時，抗磨減摩性能為最佳。

閆玉濤等[11]以鉬酸銨和硫化氨作為原材料，通過化學(xué)沉淀法制得了納米二硫化鉬顆粒，利用電子顯微鏡和X射線衍射對其進(jìn)行表征，并使用立式萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對納米二硫化鉬的摩擦學(xué)性能進(jìn)行測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制得的納米二硫化鉬是粒徑為40～50nm的球形顆粒，比普通二硫化鉬固體潤滑劑具有更優(yōu)秀的減摩耐磨性能，尤其是在高負(fù)荷長磨過程中。具有大量懸空鍵、很高的表面活性以及化學(xué)活性，作為固體潤滑劑能明顯降低摩擦系數(shù)，提高摩擦副表面耐磨性能，易于在摩擦副表面形成穩(wěn)定的吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜。

胡坤宏等[12]以硫化鈉和鉬酸鈉為原材料，制得非晶態(tài)三硫化鉬，在氫氣氛圍中煅燒制得納米二硫化鉬，并研究了其優(yōu)化工藝條件。在超聲和加熱條件下，將制得的納米二硫化鉬和市場購買的二硫化鉬分散于凡士林中，通過四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測試其摩擦學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制備的納米二硫化鉬作為凡士林添加劑，能顯著改善極壓抗磨性能。

程亞洲等[13]利用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察了納米二硫化鉬和微米二硫化鉬在自制的高聚-α-烯烴潤滑脂中的摩擦學(xué)性能，并用光學(xué)顯微鏡等手段對磨損表面進(jìn)行分析。結(jié)果表明，微米級和納米級二硫化鉬都能為高聚-α-烯烴潤滑脂提供較好的減摩抗磨性能，但納米二硫化鉬的性能明顯更好。納米二硫化鉬在鋼球磨損表面形成含納米微粒的復(fù)合潤滑膜，能顯著改善潤滑脂的減摩抗磨性能。

以上文獻(xiàn)表明，二硫化鉬能在一定程度改善離子液體、水、凡士林、脂類等潤滑劑的摩擦學(xué)性能。由于二硫化鉬具有較高的表面活性和化學(xué)活性，能明顯降低摩擦副表面的摩擦系數(shù)，但由于活性S易造成摩擦副表面過度腐蝕而導(dǎo)致抗磨性能變差。在合適濃度下，二硫化鉬能輔助潤滑劑在摩擦副表面有效形成含納米微粒的復(fù)合潤滑膜，改善抗磨減摩性能。

3 結(jié)束語

二硫化鉬作為一種固體潤滑添加劑，具有良好的抗磨減摩性能，尤其在高溫和高負(fù)荷下能顯著提高潤滑性能。但是，由于二硫化鉬的六方晶層狀結(jié)構(gòu)，高表面能，大比表面積等特點(diǎn)，在潤滑油中極易集聚沉淀，影響其潤滑性能的發(fā)揮。盡管二硫化鉬已經(jīng)使用了半個多世紀(jì)，一些產(chǎn)品性能也早已穩(wěn)定，但其合成技術(shù)工藝和配方研究還在不斷改進(jìn)。從二硫化鉬自身結(jié)構(gòu)出發(fā)，找到合適的制備方式和分散方式，二硫化鉬在油、脂以及無機(jī)和有機(jī)流體中的應(yīng)用將更加廣闊。

[1] 沃恒洲.納米潤滑級二硫化鉬摩擦學(xué)特性研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2003.

[2] 白鴿玲，吳壯志.二硫化鉬納米球的制備及其摩擦性能研究[J].潤滑與密封，2013,38(4):93-96.

[3] 李 斌，謝 鳳，張蒙蒙，等.納米二硫化鉬作為潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能研究[J].潤滑與密封，2014,39(9)：91-95.

[4] 羅仁芝，毛大恒，石 琛.納米MoS2車用機(jī)油添加劑在柴油發(fā)動機(jī)的應(yīng)用效果研究[J].現(xiàn)代制造工程，2010, 01(27)：36-40.

[5] 陳九菊，修可白，孟慶剛.二硫化鉬納米顆粒的制備與潤滑性能研究[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報，2010,24(3)：72-75.

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[8] 張麗麗，蒲吉斌，張廣安，等.類石墨烯二硫化鉬的制備及其真空摩擦學(xué)性能研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報，2015, 35(6)：746-753.

[9] 王延梅，劉維民，呂晉軍，等.單層MoS2懸濁液制備及其摩擦學(xué)行為研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報，2003,23(3):192-196.

[10] 孟慶娟，張晟卯，余來貴，等.水分散性納米級二硫化鉬的制備及其摩擦學(xué)性能評價[J].摩擦學(xué)學(xué)報，2011,31(2)：144-149.

[11] 閆玉濤，胡廣陽，李 夜，等.納米二硫化鉬粉體制備及其摩擦學(xué)性能[].東北大學(xué)學(xué)報，2009,30(3)：414-417.

[12] 胡坤宏，胡獻(xiàn)國，田 明，等.納米二硫化鉬制備工藝及其潤滑性能研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006,38(增)：201-204.

[13] 程亞洲，胡坤宏，徐玉福，等.納米二硫化鉬在聚-α-烯烴潤滑脂中的摩擦學(xué)性能[J].合成潤滑材料，2011,38(3)：1-4.

(本文文獻(xiàn)格式：施凱烽，謝 鳳.二硫化鉬潤滑添加劑摩擦學(xué)性能研究現(xiàn)狀[J].山東化工，2017，46(04)：55-56，58.)

Research Status About Tribological Characteristics of Molybdenum Disulfide Lubricant Additive

ShiKaifeng，XieFeng

(Air Force Service College，Xuzhou 221000，China)

Molybdenum disulfide is a hexagonal lattice layered substance with lubricity. The tribological characteristics of molybdenum disulfide were overviewed as lubricant additive. The molybdenum disulfide showed good anti-wear property and friction-reducing property both in lubricating oils and other lubricating medium.

molybdenum disulfide; lubricant additive; tribological characteristics

2016-12-30

施凱烽(1993-),浙江東陽人，空軍勤務(wù)學(xué)院在讀碩士研究生，主要從事航空油料應(yīng)用技術(shù)的研究工作。

TB383

A

1008-021X(2017)04-0055-02