二硫化钼润滑添加剂摩擦学性能研究现状

施凯烽，谢 凤

(空军勤务学院，江苏 徐州 221000)

二硫化钼润滑添加剂摩擦学性能研究现状

施凯烽，谢 凤

(空军勤务学院，江苏 徐州 221000)

二硫化钼是具有良好润滑性能的六方晶层状物质。概述了二硫化钼作为润滑添加剂的摩擦学性能。二硫化钼在润滑油及其它润滑介质中均表现出良好的抗磨减摩性能。

二硫化钼； 润滑添加剂； 摩擦学性能

过渡金属的硫族化合物MX2(M：Mo，W；X：S，Se)具有类石墨的片层状结构，层内是较强的共价键结合，层间是较弱的范德华力，层与层之间易发生滑动且易剥离，因此具有良好的各向异性和较低的摩擦系数。过渡金属硫化物尤其是MoS2，它是钼最常见的自然形态，自然界天然产出的“钼辉矿”就是晶体MoS2，二硫化钼在自然界中主要来源于钼辉矿。

二硫化钼是一种常见天然矿物，早在17世纪，就被作为固体润滑剂得以应用。二硫化钼具有六方晶层状结构，其层状结构决定了其良好的润滑性能，且其作为润滑剂具有诸多优点：耐磨性好、附着性强、抗压强度高、摩擦因数低；且具有较好的成膜结构特性，形成的膜在高压下具有良好稳定性；在高温、高压、高真空、高转速和超低温条件下仍具有高效的润滑性能；在多数溶剂中可保持较好的稳定性；对于有色金属具有较好的亲和吸附力。因此，二硫化钼作为固体润滑剂、润滑油及润滑脂添加剂在抗磨减摩领域得以广泛应用[1]。

近年来，大量学者对二硫化钼添加剂的摩擦学性能开展了广泛研究，并取得了相应成果，对二硫化钼添加剂在实际产品中应用的改进意义重大。

1 二硫化钼在润滑油中的摩擦学性能

各类润滑油是各行各业最常用的润滑剂，在润滑油中添加二硫化钼能显著改善摩擦学性能，提高其抗磨减摩性能。

白鸽玲等[2]采用表面活性剂促助法，以PEG-20000作为包覆剂，制备出粒度约100nm的MoS2纳米球。以Span-80为分散剂，分别制得1%二硫化钼纳米球和市售超细二硫化钼微米粉末复合润滑油。并用四球磨机考察其摩擦性能。结果表明，二硫化钼纳米球比市售超细二硫化钼粉末，具有更加良好的综合摩擦性能，一方面，纳米级颗粒表面活性高，易吸附，能有效提高抗负荷能力；另一方面，其自身特殊的“滚动摩擦”机制能有效减少摩擦磨损。

李斌等[3]以油酸作为表面活性剂，通过超声分散30min，制得不同浓度纳米MoS2润滑油，并采用四球磨机和扫描电镜考察纳米二硫化钼在润滑油中的摩擦学性能。结果表明，纳米二硫化钼在润滑油中具有良好的抗磨及减摩性能，尤其是在0.01%浓度时，二硫化钼表现出的抗磨性能和在高负荷下的减摩性能更为突出。当纳米二硫化钼浓度增大时，随着负荷的增大，纳米颗粒易发生团聚现象，形成较大磨粒，从而失去应有的抗磨减摩效果。此外，纳米二硫化钼对于基础油的极压性能没有明显的改善作用。

罗仁芝等[4]通过对柴油发动机台架试验和行车实验，对不同工况下自制纳米MoS2车用机油添加剂在柴油发动机的应用效果进行分析。实验结果表明，纳米MoS2车用机油添加剂在发动机不同转速和不同负载下均能在一定程度降低发动机的油耗，并且可以明显减少发动机尾气中NOx及固体颗粒物含量。行车实验表明，纳米MoS2车用机油添加剂能使燃油耗油量明显下降(约14.4%)，并可以一定程度上降低发动机运行时的噪音，此外还使发动机排放的有害气体(NOx)减少34.8%～51%。

陈九菊等[5]以超声化学方法制备的类球形MoS2为前驱物，最终得到黑色的MoS2类球形纳米颗粒。通过超声和搅拌制得1%的MoS2复合润滑油样品。通过屏显式材料端面高温摩擦磨损试验机在不同载荷下对样品进行润滑特性研究，在转速为300r/min、试验力300～2000N范围内的摩擦系数明显低于纯润滑油。MoS2纳米颗粒能显著提高润滑油的润滑性能。

石华强等[6]通过萃取-溶剂热法在汽油中直接制备出有机膦酸萃取剂Cyanex 301表面修饰的二硫化钼微球，将其和商业级胶体二硫化钼分别添加到基础油500SN中，并采用四球摩擦磨损机和SRV微动摩擦磨损试验机对比研究这两种不同体系的极压性和抗磨减摩性能。实验结果表面，萃取剂Cyanex 301对二硫化钼有良好的表面修饰作用；制备的二硫化钼微球添加到基础油中能显著提高极压性和抗磨减摩性能，与商业级相比具有更好的润滑性能。

沃恒洲等[7]以硫化钠和钼酸钠为原材料，制得三硫化钼膏状沉淀，在氢气氛围中煅烧制得纳米二硫化钼颗粒，用四球摩擦磨损试验机其作为N46机械油添加剂的摩擦性能，并用扫描电镜等手段探讨其抗磨减摩机理。实验结果表明，制得的纳米二硫化钼颗粒作为N46机械油的摩擦学性能明显优于普通二硫化钼颗粒，这是由于纳米二硫化钼更易发生化学反应并在摩擦副表面形成含三氧化钼的表面膜，使得其极压性能、抗磨减摩性能要优于普通二硫化钼。

以上文献表明，二硫化钼添加到润滑油中能有效改善抗磨减摩性能，纳米二硫化钼比普通二硫化钼微米粉末明显具有更优良的摩擦学性能。纳米级颗粒表面活性高，易吸附，能有效提高抗负荷能力，其自身特殊的“滚动摩擦”机制能有效减少摩擦磨损，此外还能在摩擦副表面形成化学反应膜，提高摩擦学性能。而且，使用加入了二硫化钼添加剂的润滑油还能有效降低发动机油耗、噪音，且能明显降低污染物的排放。

2 二硫化钼在其他润滑介质中的摩擦学性能

除了润滑油，还有很多常用的润滑介质，如：离子液体、水、凡士林、脂类等，在这些润滑介质中加入二硫化钼也可以在一定程度改善摩擦性能，提高其润滑性能。

张丽丽等[8]采用了电化学剥离法制备了类石墨烯MoS2片层，并利用真空摩擦试验机对含类石墨烯二硫化钼添加剂离子液体(IL-MoS2)的摩擦学性能进行测试，与纯离子液体的实验结果进行对比，利用光学显微镜和扫描电镜等手段对IL-MoS2摩擦前后的化学状态进行了表征。实验结果表明，IL-MoS2对钢/钢摩擦副具有优秀的减摩抗磨作用，在发生摩擦时，纳米尺寸二硫化钼会在钢/钢摩擦副界面发生吸附，形成保护层，避免了摩擦副之间的直接接触，降低了摩擦磨损。此外，研究还发现，在摩擦过程中，离子液体与类石墨烯二硫化钼具有相互协同作用，离子液体在钢/钢摩擦副表面发生摩擦化学作用，形成稳定的化学反应膜。

王廷梅等[9]用插层法制备了单层MoS2在水中的悬浊液，用四球长时摩擦磨损试验机对单层MoS2在水中的悬浊液的摩擦学性能进行了考察，并用电子扫描电镜对其摩擦表面进行表征。结果表明，合成的单层MoS2悬浊液在一定添加量范围内表现出优异的减摩能力，其在钢球磨损表面生成含FeS保护膜，从而表现出良好的减摩能力，但保护膜剪切强度较低，易发生剪切剥落，但活性S易造成钢过度腐蚀而导致抗磨性能变差。

孟庆娟等[10]以自制的四硫代钼酸铵为原料，以乙二醇作为还原剂和溶剂，制得了水分散性纳米二硫化钼，并采用四球摩擦磨损试验机测定其在水分散体系中的摩擦学性能。实验结果表明，制得的MoS2纳米球形微粒在水和乙醇中具有良好的分散性，且具有优秀的抗磨减摩性能，在MoS2含量为0.03%时，抗磨减摩性能为最佳。

闫玉涛等[11]以钼酸铵和硫化氨作为原材料，通过化学沉淀法制得了纳米二硫化钼颗粒，利用电子显微镜和X射线衍射对其进行表征，并使用立式万能摩擦磨损试验机对纳米二硫化钼的摩擦学性能进行测定。实验结果表明，制得的纳米二硫化钼是粒径为40～50nm的球形颗粒，比普通二硫化钼固体润滑剂具有更优秀的减摩耐磨性能，尤其是在高负荷长磨过程中。具有大量悬空键、很高的表面活性以及化学活性，作为固体润滑剂能明显降低摩擦系数，提高摩擦副表面耐磨性能，易于在摩擦副表面形成稳定的吸附膜和化学反应膜。

胡坤宏等[12]以硫化钠和钼酸钠为原材料，制得非晶态三硫化钼，在氢气氛围中煅烧制得纳米二硫化钼，并研究了其优化工艺条件。在超声和加热条件下，将制得的纳米二硫化钼和市场购买的二硫化钼分散于凡士林中，通过四球摩擦磨损试验机测试其摩擦学性能。实验结果表明，制备的纳米二硫化钼作为凡士林添加剂，能显著改善极压抗磨性能。

程亚洲等[13]利用四球摩擦磨损试验机考察了纳米二硫化钼和微米二硫化钼在自制的高聚-α-烯烃润滑脂中的摩擦学性能，并用光学显微镜等手段对磨损表面进行分析。结果表明，微米级和纳米级二硫化钼都能为高聚-α-烯烃润滑脂提供较好的减摩抗磨性能，但纳米二硫化钼的性能明显更好。纳米二硫化钼在钢球磨损表面形成含纳米微粒的复合润滑膜，能显著改善润滑脂的减摩抗磨性能。

以上文献表明，二硫化钼能在一定程度改善离子液体、水、凡士林、脂类等润滑剂的摩擦学性能。由于二硫化钼具有较高的表面活性和化学活性，能明显降低摩擦副表面的摩擦系数，但由于活性S易造成摩擦副表面过度腐蚀而导致抗磨性能变差。在合适浓度下，二硫化钼能辅助润滑剂在摩擦副表面有效形成含纳米微粒的复合润滑膜，改善抗磨减摩性能。

3 结束语

二硫化钼作为一种固体润滑添加剂，具有良好的抗磨减摩性能，尤其在高温和高负荷下能显著提高润滑性能。但是，由于二硫化钼的六方晶层状结构，高表面能，大比表面积等特点，在润滑油中极易集聚沉淀，影响其润滑性能的发挥。尽管二硫化钼已经使用了半个多世纪，一些产品性能也早已稳定，但其合成技术工艺和配方研究还在不断改进。从二硫化钼自身结构出发，找到合适的制备方式和分散方式，二硫化钼在油、脂以及无机和有机流体中的应用将更加广阔。

[1] 沃恒洲.纳米润滑级二硫化钼摩擦学特性研究[D].合肥：合肥工业大学，2003.

[2] 白鸽玲，吴壮志.二硫化钼纳米球的制备及其摩擦性能研究[J].润滑与密封，2013,38(4):93-96.

[3] 李 斌，谢 凤，张蒙蒙，等.纳米二硫化钼作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究[J].润滑与密封，2014,39(9)：91-95.

[4] 罗仁芝，毛大恒，石 琛.纳米MoS2车用机油添加剂在柴油发动机的应用效果研究[J].现代制造工程，2010, 01(27)：36-40.

[5] 陈九菊，修可白，孟庆刚.二硫化钼纳米颗粒的制备与润滑性能研究[J].黑龙江工程学院学报，2010,24(3)：72-75.

[6] 石华强，傅 洵，周晓东，等.自制二硫化钼微球在500SN中的摩擦磨损性能研究[J].润滑与密封，2007,32(2)：75-77.

[7] 沃恒洲，胡坤宏，胡献国.纳米二硫化钼作为机械油添加剂的摩擦学特性研究[J].摩擦学学报，2004,24(1)：33-36.

[8] 张丽丽，蒲吉斌，张广安，等.类石墨烯二硫化钼的制备及其真空摩擦学性能研究[J].摩擦学学报，2015, 35(6)：746-753.

[9] 王延梅，刘维民，吕晋军，等.单层MoS2悬浊液制备及其摩擦学行为研究[J].摩擦学学报，2003,23(3):192-196.

[10] 孟庆娟，张晟卯，余来贵，等.水分散性纳米级二硫化钼的制备及其摩擦学性能评价[J].摩擦学学报，2011,31(2)：144-149.

[11] 闫玉涛，胡广阳，李 夜，等.纳米二硫化钼粉体制备及其摩擦学性能[].东北大学学报，2009,30(3)：414-417.

[12] 胡坤宏，胡献国，田 明，等.纳米二硫化钼制备工艺及其润滑性能研究[J].哈尔滨工业大学学报，2006,38(增)：201-204.

[13] 程亚洲，胡坤宏，徐玉福，等.纳米二硫化钼在聚-α-烯烃润滑脂中的摩擦学性能[J].合成润滑材料，2011,38(3)：1-4.

(本文文献格式：施凯烽，谢 凤.二硫化钼润滑添加剂摩擦学性能研究现状[J].山东化工，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

施凯烽(1993-),浙江东阳人，空军勤务学院在读硕士研究生，主要从事航空油料应用技术的研究工作。

TB383

A

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