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二硫化钼固体润滑性能及其应用

二硫化钼固体润滑性能及其应用

郭 青1.2

天津大学材料工程与科学学院 (300380)

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天津轻工职业技术学院 (300072)

摘 要 详细介绍了二硫化钼的结构特点以及作为固体润滑减磨材料的原理。综述了二硫化钼作为固体润滑的粘结型固体润滑膜、沉积型固体润滑膜这两种固体润滑膜的性能及工艺特点,并介绍了它们在工业上的应用及其发展现状。

关键词 二硫化钼 固体润滑 粘结型固体润滑膜 沉积型固体润滑膜

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二硫化钼(MoS2)作为固体润滑剂的历史可以上溯到17世纪。在19世纪中期的加利福尼亚淘金热时代,二硫化钼就被作为马车轴承润滑剂 [1]。二战期间,德国的马克思·普朗克研究所和美国国家航空和宇航局的前身国家航空委员会都曾进行过将二硫化钼用于工业应用的试验,并开发了有机粘结固体润滑膜。到20世纪50年代初,美国制定二硫化钼的美国军用标准,并将其作为军事机密。随后,二硫化钼溅射膜和离子镀膜相继出现。在新兴的产业部门和新兴的技术领域中都在逐渐应用固体润滑,如以机器人和电子计算机为主的电子机械中,其主要的润滑部分(如齿轮机构、谐波减速器、轴承、滚珠丝杠、链索和链轮等)就是常用聚四氟乙烯和二硫化钼润滑剂。

1 二硫化钼的基本特性 1.1 二硫化钼结构

二硫化钼层状结构是钼和硫通过共价键结合在一起的六方晶系结构(见图1),每一个晶体有很多二硫化钼分子组成,每一个二硫化钼分子层分为3

[3] 图1 MoS 图2 MoS2分子层示意图[3]2的晶体结构

个原子层(见图2),上下两层为硫原子层,中间一层为钼原子层,每个钼原子被6个硫原子所包围(6个硫原子分布在三棱柱体的各顶端),只有硫原子暴露在分子层的表面,每个分子层的厚度为0.626 nm。

由于钼和硫原子之间的键较短,而硫原子之间的间隔较大,致使相邻的硫原子层之间的键较弱,以至它们之间容易发生劈理,这些劈理面表面能低,是亲水性的。另外由于在含有S-Mo-S原子群的薄片中键结很强,使晶体的棱边具有高的表面能,在空气中特别是与氧气将迅速起反应,天然二硫化钼常常是大粒晶体,而合成的二硫化钼通常是很小的颗粒 [2] 。 1.2 二硫化钼一般性质

由表1的二硫化钼物理、化学性质可见:

a) 该物质摩擦系数低、硬度低, 适用的温度、载荷及速度变化范围广, 具有优良的润滑性、附着性、抗压性、抗腐蚀性和超低温及热稳定性等;

b) 特别适用于接触面极紧密以及精度高的机械摩擦副润滑;

c) 能长时间地保持润滑状态;

d) 可以解决一般润滑油难以润滑和工作环境恶劣的摩擦面。

1.3 二硫化钼的润滑性能

二硫化钼良好的润滑性能是由其晶体结构决定的。因为每个分子层的硫原子与钼原子之间的结合力很强,而分子之间的硫原子与钼原子之间的结合力很弱,因而产生了一个低剪切力的平面,当分子之间受到很小的剪切力时沿分子层很容易断裂,而形成滑移面。例如,在厚度为0.5 µm的二硫化钼

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表面膜中有

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800个分子层和799个滑移面。这些众多

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