二硫化钼地润滑特性

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1、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a /cm3：或、熔点 C：约 1500C（或大于 1800C、1185C）硬度：（或 knnop12-60）显微硬度：基础面X102Mpa，棱面 X 103Mpa表面能：基础面XIO-2J/M2，棱面X 10-1J/M2热胀系数： 10-7X 10-6/K温度稳定性：空气中-184400C （

2、或-180C400C 400C、399C、450 C ）。真空或惰性气体中，大于1100 C （或1200 C、 1800C）摩擦系数：约（或，没有气体吸附层时为）承载能力，大于X103Mpa（或大于X103Mpa）。化学稳定性：氧化：干燥空气中，从 417C （750F）（或 370C、400C、399C、 350C、450C）开始氧化后。560C后（或540C ）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二mol。分解：真空或惰性气体里，1100C （或1200C、真空9821093C、氩气中13

3、501472C ）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

4、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X1O3Mpa下，润滑依旧。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 载荷有上升至时，摩擦系数却由下降至或更低。Bielak等人测定， 二硫化钼在X103Mpa下，摩擦系数仅。Boyn和Rober等人在大气，室温里，对比多种润滑材料在X 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

5、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X102Mpa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。二硫化钼抗报压机

6、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。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。

7、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内，真空使它失去了赖以滑动的蒸汽，摩擦系数 也猛升到。显然，油脂或石墨都不适宜真空润滑。 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9821093C，惰性 气体中为13501470C。低于该温度，二硫化钼是相当稳定的。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

8、润滑特性对比表润 滑材 料摩擦系数热稳定温度C大气内惰性气体中真空中大气中真空中湿度咼湿度低石墨100072000M0S27502000显然，真空里的二硫化钼不仅温度适应范围大，而且很稳定，低于800C时，摩擦系数不随温度升高而提高，高于1000C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；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。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

9、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。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

10、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20-30C, 温度下限应高于它凝点约5-10C。实用中，用于-45C（高级冷冻机 油）到250C （高级航空硅油）间。润滑脂低温范围很严，更易凝固， 温度上限应低于其滴点20-30C。实用中，钙基脂W80C、钡基脂W 120C、锂基脂W120C。在高于上限或低于下限的温度范围里，油脂 将无法

11、正常润滑。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-184C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400C以下是比较稳定的。400C开始 氧化，540C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。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

12、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350C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350C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400C，该变化 明显；温度高于540C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30时，摩擦系数卩显 著升高。（k轴承参数，n 黏度，

13、p载荷），轴承处于混合摩擦状 态出现磨损。速度3过高，摩擦系数也开始上升，直至超出工作范围 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（3-0）时的值不 太高，而高速（3040m/s）时值很低，使二硫化钼对速度适应范围大 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

14、苯 5000X106rad,矿油或甲苯硅油100X106rad,烷基双酯油50X106rad， 烷基硅油或烯烃5X106rad。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7X 108R （X105c/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 润滑的影响静摩擦系数动摩擦系数磨损量X10-3cm3幅照前幅照后382F甚至摩擦系数远比幅照前低。对于照辐射状态的原子反应堆，要求维修周期长、润滑可靠。因 而常选用二硫化钼作润滑。比如：英国“龙”高温气冷核反应堆的转 动密闭在充氮干套管中，其轴承喷绘二硫化钼后，摩擦系数保持唉， 磨损也很小，西德AVR高温球床核反应堆。美国高温气核反应堆的转 动机械也都采用二硫化钼对轴承进行可靠的润滑。二硫化钼以其良好的润滑特性，从六十年代以来，发展迅猛，一 直雄踞“固体润滑之王”而被普遍应用。