二硫化钼地润滑特性

二硫化钼的润滑特性

摘要

二硫化钼不仅在常规环境，而且能在重载荷、高真空或低温、高速或低速、强辐射等恶劣环境里，充分发挥出低摩擦系数、高磨损寿命和润滑可靠等优点，而被广泛应用。

主题词：二硫化钼润滑特性抗报压真空润滑

1.二硫化钼的理化特性：

分子式：MoS2

分子量：16008

颜色：兰-灰到黑色

密度α/cm3:4.8-5.0(或4.85 --5.0、4.8)

熔点℃：约1500℃（或大于1800℃、1185℃）

硬度：mosh1--1.5（或knnop12--60）

显微硬度：基础面3.136×102Mpa，棱面8.82×103Mpa

表面能：基础面2.4×10-2J/M2，棱面7.0×10-1J/M2

热胀系数：10-7×10-6/K

温度稳定性：空气中-184~400℃（或-180℃~400℃400℃、399℃、450℃）。真空或惰性气体中，大于1100℃（或1200℃、1800℃）摩擦系数：约0.05--6.10（或0.04，没有气体吸附层时为0.03--0.06）承载能力，大于2.8×103Mpa(或大于3.45×103Mpa)。

化学稳定性：

氧化：干燥空气中，从417℃（750F）（或370℃、400℃、399℃、

350℃、450℃）开始氧化后。560℃后（或540℃）剧烈氧化。潮湿空气中，室温即发现有氧化，但很微弱，在湿度与酸值都很高时，氧化才变得明显。氧化产物为MoO3与So2，氧化系放热反应H=-266.7kcal/mol。

分解：真空或惰性气体里，1100℃（或1200℃、真空982~1093℃、氩气中1350~1472℃）后开始分解。分解产物为Mo与S。

能耐除王水，热而浓的盐酸、硫酸、硝酸外的任何酸，在氟、氯中可分解，但在无水HF中不分解，能与液氧相容。

能腐蚀碱金属（如Li、Na、K、Rb、Cs、Fe等）。

在水、石油制品和各种合成润滑剂中不溶解，能按任意比例混合使用。

2、二硫化钼与载荷

工件表面微观是不平整的，一旦彼此间发生滑动，真是接触仅局限于一些很小的高点上。用电阻法或其他方法估测，真实接触面还不到表观面积的万分之一。因而，即使施以很小载荷，接触点局部压强也会很大，载荷加大，会因压强过大而升温，甚至熔化。润滑目的即在于防止工件间直接接触。

油脂润滑时，当载荷过大，润滑膜会被“压破”或温度上升润滑油流失，这将导致润滑膜破裂，工建直接接触而发生黏着（熔合）磨损。

用二硫化润滑，当载荷上升时，润滑效果非旦不下降，还会提高。即使超过了钢铁屈服压强的重载荷3.45×103Mpa下，润滑依旧。

2.1 二硫化钼良好抗报压润滑作用

Milne在多种条件下，对多种二硫化钼润滑膜作了深入研究，当载荷有0.09Mpa上升至4.3Mpa时，摩擦系数却由0.1~0.5下降至0.02~0.05或更低。Bielak等人测定，二硫化钼在2.4×103Mpa下，摩擦系数仅0.025。

Boyn和Rober等人在大气，室温里，对比多种润滑材料在2.8×103Mpa重载荷下的摩擦系数，发现二硫化钼比其他润滑材料摩擦系数都要低。

西村元在对比二硫化钼、铝、聚四氟乙烯等涂层的磨损过程后发现，无论在哪种气氛下，二硫化钼的磨损都非常少，摩擦系数也最低。

汉沽石油化学厂用四球机测定，当锂基脂中添加3%的MoS2后，PB值由40kg上升到66kg以上。

重载荷下，二硫化钼不仅具有很高的稳定性，极低的摩擦系数，还具有很高的磨损寿命。

Magie测定二硫化钼在2.4×102Mpa下，磨损寿命（往复周期）达13万次，二硫化钼复合油脂可达159万次，二硫化钼树脂黏结膜可达986万次。Stupp亦对比了几种常用固体润滑材料的磨损寿命，氮化硼360次。磨损寿命依然数二硫化钼最高。

高稳定性，低摩擦系数，高磨损寿命，使二硫化钼成为最佳“抗报压”润滑材料。

2.2 二硫化钼抗报压机理探讨

Barrg、Binkelman发现，只有当环境中湿度较大时，才出现载荷

加大，二硫化钼摩擦系数下降的现象。湿度较低，起始摩擦系数就很低，随着载荷上升而下降的趋势就变得不甚明显。

Karpe、Gansheimer、Solomon等人指出：随载荷加大，二硫化钼吸附水蒸气层减少甚至消失，其摩擦系数亦下降，更接近无吸附的最低点。

3、二硫化钼与真空

真空，尤其真空高温环境中，二硫化钼显示出比它在大气中更优良的润滑效果，使它在六十年代勃起的宇宙航行中崭露头角。

3.1 油脂和石墨对真空润滑的局限性

润滑油脂的基础油是用减压升温蒸馏法生产的。所以，它在真空，尤其真空高温环境下，它会因汽水逸失而变质。而且，油蒸汽还会污染仪表和宇航器极有限的空间。

润滑油允许的极限蒸发率为10-7g/cm2。

真空中，石墨虽无数蒸发之虑。但石墨的润滑，滑动主要发生在晶体间的蒸汽吸附层，真空使它失去了赖以滑动的蒸汽，摩擦系数也猛升到0.80。

显然，油脂或石墨都不适宜真空润滑。

3.2 二硫化钼良好的真空稳定性

真空中，二硫化钼既不会蒸发，亦不会因失去蒸汽而润滑恶化。真空中二硫化钼变质的原因为“热分解”。

能使二硫化钼热分解的温度很高，真空里为982~1093℃，惰性气体中为1350~1470℃。低于该温度，二硫化钼是相当稳定的。

3.3 二硫化钼良好的真空润滑性

与石墨相反，真空中的二硫化钼，其摩擦系数明显下降。

表一石墨与二硫化钼润滑特性对比表

显然，真空里的二硫化钼不仅温度适应围大，而且很稳定，低于800℃时，摩擦系数不随温度升高而提高，高于1000℃后，摩擦系数才开始随温度升高而举证，润滑开始劣于石墨。

Brewel测出在10-9Pa高真空里的二硫化钼摩擦涂膜润滑的滚动轴承，摩擦系数仅0.0016；而10-6Pa、3000r/min、2kg负荷下，二硫化钼溅射膜润滑的轴承，工作寿命已超过1500时。

3.4 二硫化钼真空润滑机理探讨

二硫化钼的润滑与它显微变化一致：Flom在光学显微镜下观测到，二硫化钼在真空中的劈开面光滑，在大气中的劈开面不光滑，津合裕子用电镜发现，摩擦都会使二硫化钼晶体微观晶化，而真空中微晶化程度远比大气中低得多。不难理解，真空中二硫化钼润滑比大气

中时好得多。

再深入探讨，许多学者将这些现象又归结到湿度的影响，气压境地，二硫化钼表面水蒸气吸附层减少甚至消失，水蒸气对润滑干扰随之降低或消失，真空润滑效果自然会提高。

4.二硫化钼与环境温度

环境温度对润滑剂稳定性和润滑效果影响很大。真空中温度影响前已做了阐述，下边主要讲大气中温度的影响。

4.1 油脂对润滑温度的局限性

太低的温度会使油脂冻结。而高温下润滑油会因蒸发、氧化、极性变化而变质，润滑脂亦会因凝缩分油而变质。

事实上，在远高于冻结温度或远低于变质温度之前，温度已通过粘度变化干扰到油脂的润滑效果。温度下降，油脂黏度上升而变得粘稠；温度上升，油脂黏度下降而变得稀薄。

当温度升高到稀薄的油脂无法保持完整的润滑膜；或者，当温度下降到粘稠的油脂无法形成连续的润滑膜时，都将使润滑失败。

常规里，润滑油允许使用的温度上限，应低于他闪点20-30℃，温度下限应高于它凝点约5-10℃。实用中，用于-45℃（高级冷冻机油）到250℃（高级航空硅油）间。润滑脂低温围很严，更易凝固，温度上限应低于其滴点20-30℃。实用中，钙基脂≤80℃、钡基脂≤120℃、锂基脂≤120℃。在高于上限或低于下限的温度围里，油脂将无常润滑。

4.2 二硫化钼良好的温度稳定性

二硫化钼无汽水、黏度之虑。温度对它的干扰仅体现在热分解与氧化上。热分解温度比氧化温度高。大气中，不待热分解已氧化完了。所以，大气中以氧化为主，真空中也以热分解为主。

低温只能延缓二硫化钼的氧气，所以，它的低温稳定性很好。即使-184℃仍润滑自如。

大气中，二硫化钼随温度上升，氧化加剧，它受温度和空气流量变化影响很大。

干燥空气中，二硫化钼在400℃以下是比较稳定的。400℃开始氧化，540℃后氧化加剧。对湿度、酸度较高的环境，起始氧化温度要低的多。但是，轻微的氧化对二硫化钼润滑的影响并不大。

4.3 二硫化钼良好高温润滑作用

大气中，二硫化钼的摩擦系数与温度，摩擦时间的关系。显然，实践证明，加二硫化钼后的摩擦系数远比没润滑剂的干摩擦好得多。当温度低于350℃时，二硫化钼的摩擦系数随温度升温而下降，或随摩擦时间延长而下降，润滑更有效。当温度高于350℃后，摩擦系数随温升和时间延长而上升，润滑开始恶化；温度高于400℃，该变化明显；温度高于540℃后，变化显著，润滑明显恶化。

Lancaster也指出，二硫化钼与石墨不同，在温度不太高时，润滑几乎不随摩擦时间的延长而变化。

5、二硫化钼与速度

在很低速度或设备启动时，润滑油脂出现“黏滑”与“冷焊”。Stribeck曲线和相应方程看出：当滑动速度ω→0时，摩擦系数μ显

著升高。（k－轴承参数，n－黏度，p－载荷），轴承处于混合摩擦状态出现磨损。速度ω过高，摩擦系数也开始上升，直至超出工作围上限。

二硫化钼对超低或特别高速干扰不明显，适应性很强。各种二硫化钼膜对应速度变化，摩擦系数互不同，但低速（ω→0）时的值不太高，而高速（30~40m/s）时值很低，使二硫化钼对速度适应围大大拓展开来。

另外，已形成的二硫化钼膜，其磨损寿命很高，对低速和高速环境工作的可靠性良好。这是油脂润滑无法比拟的。

6 二硫化钼与幅照

幅照之下，润滑油脂会变质，粘度指数和酸值也将发生变化。这与放射线使其不饱和键或极性键交联、氧化有关。冈野测定了不同机油耐幅照能力。使其黏度或酸值变化25%所需的放射量分别为：聚苯5000×106rad，矿油或甲苯硅油100×106rad，烷基双酯油50×106rad，烷基硅油或烯烃5×106rad。他发现，随辐射量的增加，磨损也明显增加。

强幅照下，二硫化钼表现出远比润滑油高得多的稳定性。在7×108R（1.8×105c/kg）照辐射前后，二硫化钼的摩擦与磨损并无明显变化。

表二幅照对MoS2润滑的影响