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固體潤滑劑二硫化鉬

發(fā)布時間:2011-05-26

    固體潤滑是指利用某種固體的粉末、薄膜或整體材料來減少進(jìn)行相對運動的兩個表面間的摩擦與磨損并保護(hù)表面免于損傷的作用。在固體潤滑過程中,固體潤滑劑和周圍介質(zhì)要與摩擦表面發(fā)生物埋、化學(xué)反應(yīng),生成固體潤滑膜從而降低摩擦磨損。
    固體潤滑劑概念應(yīng)用較晚,二硫化鉬是在20世紀(jì)30年代才第一次用作潤滑劑的。目前固體潤滑劑已在許多機(jī)械產(chǎn)品中應(yīng)用,多種特殊、嚴(yán)酷工況條件下如高溫、高負(fù)荷、超低溫、超高真空、強(qiáng)氧化或還原氣氛、強(qiáng)輻射等環(huán)境條件下,常以固體潤滑劑作有效潤滑,成為航天航空與原子能工業(yè)發(fā)展所必不可少的技術(shù)。以固體潤滑劑作的極壓、抗摩添加劑配制的潤滑油、脂或膏,成為標(biāo)準(zhǔn)商品則也問市已久。
設(shè)備潤滑最常用的固體潤滑劑包括二硫化鉬、石墨和聚四氟乙烯等幾種。允許在設(shè)備潤滑中的使用量占固體潤滑劑全部使用量的大部份。本文對二硫化鉬先行重點介紹。
一、 硫化鉬(MoS2)的結(jié)構(gòu)與潤滑機(jī)理
    作為固體潤滑劑二硫化鉬早負(fù)盛名。它是從輝鉬礦提純得到的一種礦物質(zhì),外觀和顏色近似鉛粉和石墨。二硫化鉬是呈層狀六方晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)(其晶體結(jié)構(gòu)和晶體層狀結(jié)構(gòu)見圖示),是由硫-鉬-硫三個平面層構(gòu)成,由薄層單 元所組成。每個鉬原子被三菱形分布的硫原子所包 圍,它們是以強(qiáng)的共價鍵聯(lián)系在一起。鄰近的二硫化鉬層均以硫?qū)痈糸_,且間距較遠(yuǎn)。硫與硫原子結(jié)合較弱,其結(jié)合力主要是范德華力,因而很容易受剪切。二硫化鉬層重迭起來就構(gòu)成了二硫化鉬晶體。也即是按硫-鉬-硫-硫-鉬-硫(S-Mo-S-S-Mo-S)的順 序相鄰排列而構(gòu)成的晶體。據(jù)推算,一層厚度僅為0。025  m的二硫化鉬層就有40個分子層和39個低剪切力的滑動面。正是這些低剪切力的滑動面粘附在   金屬表面,使原來兩個金屬面間的摩擦轉(zhuǎn)化為MoS2層狀結(jié)構(gòu)間的滑移,從而降低摩擦力和減少了磨損,達(dá)到了潤滑的目的。 


 二.二硫化鉬的主要性能 


⑴.低摩擦特性。  從二硫化鉬層狀結(jié)構(gòu)可知,在每組硫-鉬-硫中,把原子拖住的力是相當(dāng)強(qiáng)的共價鍵。而在相鄰的兩層硫原子之間的力,則是較弱的范德華力。其結(jié)果是硫原子的相鄰面易於活動,這就是二硫化鉬低摩擦特性的來由。

 

⑵.高承載能力。在極高壓力(如2000MPa)下,一般潤滑膜早被壓破,形成干摩擦,致使金屬表面拉毛或熔接。如在金屬表面上加入二硫化鉬,試驗表明壓力增至2812MPa時,金屬表面仍不發(fā)生咬合或熔接現(xiàn)象。往往還會因壓力增大而使二硫化鉬的摩擦系數(shù)進(jìn)一步降低。


⑶.良好的熱安定性。  大氣中,MoS2在399℃下可短期使用,在349℃下可長期使用。一般地說MoS2在空氣中于-184~+400℃下都具有低摩擦的潤滑特性。但是,在與空氣充分接觸條件下,當(dāng)溫度超達(dá)450℃后,二硫化鉬會發(fā)生明顯氧化。尤其在溫度超達(dá)538℃時氧化作用將急劇進(jìn)行。
真空條件下溫度達(dá)840~1000℃時二硫化鉬開始分解,在氮氣盧需達(dá)1350~1550℃才分解,分解產(chǎn)物是三氧化鉬和氧化鉬等。高溫下二硫化鉬在金屬表面的附著能力低於常溫,而其在低溫下的使用性能卻十分突出。

 
⑷. 強(qiáng)的化學(xué)安定性。  抗酸腐蝕性很強(qiáng)。對堿性水溶液要在PH值大于10時才發(fā)生緩慢氧化。但對各種強(qiáng)氧化劑不安定,將被氧化為鉬酸。對油、脂、醇的化學(xué)安定性卻很高。

 
⑸. 抗輻照性。  若將二硫化鉬制成抗輻照的固體潤滑膜,則可在
-180~+649℃范圍內(nèi)使用。這種抗輻照的固體潤滑膜對于外層空間的應(yīng)用而言具有重大意義。

 
⑹.耐高真空性。  二硫化鉬是在超高真空和極低溫度條件下仍有效的潤滑材料,這對于尖端科學(xué)技術(shù)有著非常重要的作用。將二硫化鉬和環(huán)氧樹脂等材料所制成的軸承就常用于衛(wèi)星上的儀表和控制系統(tǒng)。
 三.二硫化鉬的基本性狀 
外觀                           灰黑色、無光澤、有一定脂肪感
硬度                           莫氏1。0~1。5
密度/(g/cm3)                 4。7~4。8
熔點℃                         1800
相對分子質(zhì)量                   160。08
摩擦系數(shù)                       隨條件而變化,一般使用條件下為0。04~0。1左右
負(fù)荷能力/MPa                   超過2745
可溶性                         不溶於水、石油產(chǎn)品、合成潤滑劑
磁性                           無(抗磁性)