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二硫化钼新型润滑材料基本知识
新型固体润滑材料二
硫化钼的基本知识
为了积极配合二硫化钼(MoS2)新材料的推广应用,现将其基本如识简要加以介绍。
第一节二硫化钼(MoS2)的物理、化学性能及润滑原理
.一、比重及硬度
二硫化钼(MoS2)是从辉钼矿中精选并经化学和机械处理而制成的一种呈黑灰色光泽的固体粉末,用手指研磨有油雎滑腻的感觉。
二硫化钼(MoS2)的分子式为MoS2。
二硫化钼(MoS2)的比重为4.8。
(比重=表示二硫化钼(MoS2)与4℃时同体积水的重扭相比的倍数)
二硫化钼(MoS2)的分子量为160.07。
(分子虽:
即分子的质量,分子等于组成该分子的各原子量的总和。
由于二硫化钼(MoS2)分子质量很小,故不直接以“克”做为量度的基本单位,而是以氧原子质量的1/16人。
作为质量单位)
二硫化钼(MoS2)的硬废为1一1.5(莫氏)。
(莫氏硬度:
矿物抵抗外界的刻划、压入研磨的能力称为硬度,共分十度。
其排列次序为:
1、滑石,2、石膏,3、方解石,4、萤石,5、磷灰石,6、正长石,7、石英,8、黄玉,9、刚玉,10、金刚石)
二硫化钼(MoS2)的莫氏硬度介于滑石及石膏之间。
二、摩擦系数
当一物体在另一物体上滑动时,在沿接触摩按表面产生阻力,此阻力叫做摩擦力。
摩擦力的方向与滑动物体运动时方向相反,摩擦力的大小与垂直于接触面的负荷(即正压力)有关,正压力愈大,摩擦力也愈大,滑动时摩擦力与正压力的比值叫做(动)摩擦系数,即
摩擦系数=摩擦力/正压力
摩擦系数是用来衡量物体接触表面的摩拽力的,摩擦系数在数值上等于单位正压力作用下接触面间的摩擦力。
摩擦系数愈小,使物体滑动所需要的力也就愈小。
二硫化钼(MoS2)的摩擦系数可以在MM200型磨损试验机上进行测试,遵照毛主席关于“认识从实践始”的教导,我们以BM-3二硫化钼(MoS2)润滑膜为例,在两试块接触点相对滑动速庭:
为5.02米/分及95.米/分时,改变不同的负荷,测定了相对应的二硫化钼(MoS2)干膜润滑的摩擦系数(测试方法详见第二章第七节),试验数据如下表。
相对滑动速度
5.02米1分
相对滑动速埋
95.4米1分
50公斤
0.11
0.O60
75公斤
0.10
0.O40
100公斤
0.093
0.035
续表
负荷
摩擦系数
相对滑动速度5.02米/分
相对滑动速度95.4米/分
125公斤
0.084
0.033
150公斤
0.070
0.031
175公斤
0.068
0.031
200公斤
0.062
0.031
从上表可以看出二硫化钼(MoS2)固体润滑膜具有低的摩擦系数、其数值随负荷及相对滑动速度的不同而变化。
对BM-3膜,在两试块接触点相财滑动速度为5.02米/分、负荷由50公斤增加到200公斤时,其摩擦系数由0.11降至0.062。
而在控触点相对滑动速度为95.4米/分、负荷由50公斤增加到200公斤时,其摩擦系数却由0.060降至0.031。
摩擦系数与负荷及相对滑动速度的关系如图一所示。
图一二硫化银的摩擦系数与负荷及速度的关系
根据各种有关实验的测定,对二硫化钼(MoS2)固体润滑膜的摩擦系数综合起来有下列几点认识;
(—)二硫化钼(MoS2)具有低的摩擦系数,一般为0.03-0.15,比石墨的摩擦系数还小,在良好的条件下,摩擦系数可达到0.017。
(二)二硫化钼(MoS2)的摩擦系数随相对滑动速度的增加而减小,速度愈高,摩擦系数愈小。
(三)二硫化钼(MoS2)的摩擦系数随负荷的增加而减少,负荷愈重,摩擦系数愈小。
(四)二硫化钼(MoS2)在真空中的摩按系数比在大气中的摩擦系数还低。
(五)二硫化钼(MoS2)的摩擦系数与温度、湿度有关(见本节四、八)。
由于二硫化钼(MoS2)有较低的摩擦系数,同时此系数又有随负荷和速度的增加而减小的特点,所以,二硫化钼(MoS2)润滑剂对高负荷、高速度的机械设各有优异的润滑效果,可以减少机械工件磨损,降低摩擦工件之操作温度和动力消耗,延长设备使用寿命。
三、二硫化钼(MoS2)的品体结构与润滑原理
二硫化钼(MoS2)固体润滑材料具有低的摩擦系数和良好的润滑性能是与它本身内在的结构有密切关系。
二硫化钼(MoS2)是一种鳞片状结晶体,它的晶体结构为六方品系的层状结构(如图二),每一晶体是由很多的二硫化钼(MoS2)分子层组成,每一二硫化钼(MoS2)分子层又分为三个原子层(如图三),中间一层为钼原子层,上下两层为硫原子层。
每个钼原子被六个硫原子所包围(这六个体原子分布在空间为三棱柱体的各顶端),只有硫原子暴露在分子层的表面。
每个分子层的厚度为6.26À(1À等于千万分之一轾米,即1,iÀ【埃】=10^-7毫米)。
图二二流化钼晶体结构图三晶体层状结构示意图
二硫化钼(MoS2)的良好润滑作用乃是由其品体层状结构决定的,因为每个分子层内的硫原子与钼原子之间结合力很强,而分子层间的硫原子和硫原子之间结合力很弱,所以分子层之间产生一个低剪切力平面,当分子间受到很小的剪切力时,沿着分子层很容易断裂,而产生滑移面(如图四),例如在厚度为0.5微米(1微米=千分之一毫米,即1/x=10-3毫米)的二硫化钼(MoS2)表面薄膜中,就有800个分子层和799个滑移面,这些众多的滑移面就使原来相对滑动的两金属表面的直接摩擦,转化为二硫化钼(MoS2)分子层的相对滑移,从而降低摩擦系数,减少磨损,这就是二硫化钼(MoS2)具有良好润滑性能的基本原理。
图四二硫化钼承受很小切力滑移示意图
四、热稳定牲
热稳定性是对润滑剂的一项重要要求,二硫化钼(MoS2)在大气中是在400℃左右开始逐渐氧化,540℃后氧化速度急剧增加而变成为摩擦值较大的三氧化钼(MoO3),同时摩擦系数增高,但在二成化钼没有完全变为三氧化钼(MoO3)期间,直到525℃仍有润滑性。
二硫化钼(MoS2)在真空中温度可达到982℃~l093℃才开始分解,而在氩气中混度可1350℃~l472℃才分解。
二硫化钼(MoS2)在低温-60℃仍具有良好的润滑性能。
由上可见二硫化钼(MoS2)有良好的热稳定性,它在大气中由-60℃至400℃的温度范围内,均保持其良好的润滑性能。
而一般润滑油的热稳定性则较差,高温变稀,低温又冻凝,影响机械设备的正常运行。
另外航空用硅油耐温为250℃,冷冻机油耐温为-45℃,它们的适应温度范围也远不如二硫化钼(MoS2)。
尚须指出:
二碳化铂的氧化速度不但与温度有关,而且与颗粒大小也有根大关系。
二硫化钼(MoS2)的颗粒度愈细,氧化速度愈快,这由下表则可看出:
二硫化钼粉末加热到400℃生成的三氧化钼(%)
类型
颗粒大小
1小时
3小
时
6小时
18小时
28小
时
48小
时
72小
时
96小
时
甲
4.21纳米
0.1以下
4.0
5.8
10.4
17.0
22.0
30.1
38.2
乙
1,7l纳米
2.90
12.1
16.0
22.5
24.5
27.9
37.0
46.0
丙
0.66纳米
48.0
55.0
62.3
69.3
84.4
85.6
86.9
89.0
另外二硫化钼(MoS2)的颗粒度愈细,其氧化温度也下降,当颗粒度小于1微米时,在温度为200℃左右即有微量氧化,不过,这是指与空气充分接触的悄况下,如果二硫化钼(MoS2)的颗粒混合在润滑脂和润滑油或其它物质里则就很少氧化。
二硫化钼(MoS2)的熔点最早测定值为ll85℃,后来得出的数值在1800℃以上。
五、化学稳定性
二硫化钼(MoS2)抗腐蚀性很强,除硝酸、王水(三份盐酸及一份硝酸组成)、沸腾盐酸、故硫酸外,一般的酸对其不起作用。
二硫化钼(MoS2)对碱性溶液要在pH值高于10时,才能起极缓慢的氧化作用。
对各种强氧化剂不稳定,能被氧化为钼酸,销酸对金屙表面起腐蚀作用。
二硫化钼(MoS2)在冷却水和沸腾水中均不溶解。
在油脂、酒精(乙醇)、乙醚中,均能保持高度的化学稳定性。
六、抗压性能
由于二硫化钼(MoS2)呈层状结构,硫原子与钼原子结合牢固,所以它的抗压性能也是其它润滑材料所不能比的。
在极高压力下(如20000公斤/厘米2),一般油润滑膜-早已被压破,形成干磨,致使金属表面拉毛或熔接,如加入二硫化钼(MoS2),而压力增高到32000公斤/厘米2进行试验(此压力已经超过了金属的挤压强度),金属表面仍不发生咬合或熔接现象。
七、附着性能
由于硫原子与金属有强的结合力,故二硫化钼(MoS2)与金属表面产生了较强的吸附力,极薄的二硫化钼(MoS2)股就能起很好的润滑作用,实践也证明了二硫化钼(MoS2)确具有较强的吸附性能。
但这一点应该理解是与其它物质相比,并不是说它的吸附性能能够经得起任何冲击力和剪切力而吸附作用完全不受影响。
八、湿度的影响
二硫化钼(MoS2)随者大气中湿度的增加其摩擦系数也增高,当相对湿度低于15%时,二硫化钼的润滑效果最好,故使用二硫化钼(MoS2)时要求相对湿度小于15%较佳。
九、耐高真空性能
润滑油在高真空中蒸发,并对真空废及其空中的物质有
不良影响,而二硫化钼(MoS2)则不然,二硫化钼(MoS2)在真空中的摩擦系数比大气中的摩擦系数还低,二硫化钼(MoS2)在超高真空条件下仍有优良润滑性能,所以二硫化钼(MoS2)是高真空的有效润滑材料。
十、电磁性能
二硫化钼(MoS2)在常温下为不良导体和非磁性材料。
十一、抗辐射性能
二硫化钼(MoS2)具有抗辐射作用,不全因射线的辐射而破坏正常润滑。
因此在现代国防工业及尖端科学技术上(如在高辐射强度的外层空间飞行的宇宙飞船、人造卫星及原子反应堆等)是不可少的润滑剂。
综合以上所述,二硫化钼的物理、化学性能,见下表:
色泽
黑灰色光泽固体粉末
比重
4.8
硬度
1—1.5(莫氏)
分子量
160.O7
晶体结构
大方品系,展状结构
摩擦系数
一般为0.O3~O.15,随负荷及速度的增加而减小
热稳定性能
大气中400℃以下稳定
熔点
l800°以上
化学稳定性
杭腐蚀性强,耐普通酸碱
抗压性能
导电性
耐高压
常温下为不良导体
磁性
非磁性材料
耐真空
在超高真空条件下仍能有效润滑
抗辐射性
不因射线的辐射而破坏正常润滑
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- 二硫化钼 新型 润滑 材料 基本知识