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，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：耐磨性好、附著性強、抗壓強度高、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際產(chǎn)品中應(yīng)用的改進意義重大。

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二硫化鉬微米粉末復(fù)合潤滑油。并用四球磨機考察其摩擦性能。結(jié)果表明，二硫化鉬納米球比市售超細二硫化鉬粉末，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，能有效提高抗負荷能力；另一方面，其自身特殊的“滾動摩擦”機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荷下的減摩性能更為突出。當納米二硫化鉬濃度增大時，隨著負荷的增大，納米顆粒易發(fā)生團聚現(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)動機臺架試驗和行車實驗，對不同工況下自制納米MoS2車用機油添加劑在柴油發(fā)動機的應(yīng)用效果進行分析。實驗結(jié)果表明，納米MoS2車用機油添加劑在發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速和不同負載下均能在一定程度降低發(fā)動機的油耗，并且可以明顯減少發(fā)動機尾氣中NOx及固體顆粒物含量。行車實驗表明，納米MoS2車用機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)動機運行時的噪音，此外還使發(fā)動機排放的有害氣體(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機在不同載荷下對樣品進行潤滑特性研究，在轉(zhuǎn)速為300r/min、試驗力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。

石華強等[6]通過萃取-溶劑熱法在汽油中直接制備出有機膦酸萃取劑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和SRV微動摩擦磨損試驗機對比研究這兩種不同體系的極壓性和抗磨減摩性能。實驗結(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機其作為N46機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理。實驗結(jié)果表明，制得的納米二硫化鉬顆粒作為N46機械油的摩擦學(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，能有效提高抗負荷能力，其自身特殊的“滾動摩擦”機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機對含類石墨烯二硫化鉬添加劑離子液體(IL-MoS2)的摩擦學(xué)性能進行測試，與純離子液體的實驗結(jié)果進行對比，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)進行了表征。實驗結(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機對單層MoS2在水中的懸濁液的摩擦學(xué)性能進行了考察，并用電子掃描電鏡對其摩擦表面進行表征。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保護膜，從而表現(xiàn)出良好的減摩能力，但保護膜剪切強度較低，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機測定其在水分散體系中的摩擦學(xué)性能。實驗結(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射線衍射對其進行表征，并使用立式萬能摩擦磨損試驗機對納米二硫化鉬的摩擦學(xué)性能進行測定。實驗結(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機測試其摩擦學(xué)性能。實驗結(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機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，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，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。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、脂以及無機和有機流體中的應(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車用機油添加劑在柴油發(fā)動機的應(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.

[6] 石華強，傅 洵，周曉東，等.自制二硫化鉬微球在500SN中的摩擦磨損性能研究[J].潤滑與密封，2007,32(2)：75-77.

[7] 沃恒洲，胡坤宏，胡獻國.納米二硫化鉬作為機械油添加劑的摩擦學(xué)特性研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報，2004,24(1)：33-36.

[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