納米二硫化鎢在綠色潤滑油中的應用與機理研究

施凱烽，謝 鳳

（空軍勤務學院，江蘇徐州 221000)

納米二硫化鎢在綠色潤滑油中的應用與機理研究

施凱烽，謝 鳳

（空軍勤務學院，江蘇徐州 221000)

綠色潤滑油生產(chǎn)過程中，高溫作用下，氧化較易發(fā)生，而且良好抗磨損性能也易失去，不過，納米二硫化鎢應用其中后，能夠解決這一問題。因此，分析了納米二硫化鎢在綠色潤滑油中的應用，并探討了應用機理。

納米二硫化鎢；綠色潤滑油；應用機理

二硫化鎢屬于潤滑減摩材料中的一種，潤滑特性優(yōu)良，其摩擦潤滑效果得到科學界的公認，并在高科技領域中廣泛應用。汽車工業(yè)發(fā)展過程中，起到血液作用的為發(fā)動機油，隨著環(huán)保意識的提升及環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，綠色發(fā)動機油的研制受到各大石油公司的青睞，但由于生產(chǎn)時高溫易氧化其基礎油，導致優(yōu)良潤滑性能失去。近年來有學者研究發(fā)現(xiàn)，綠色潤滑油中應用納米二硫化鎢后，上述問題可妥善解決，因而本文對此做出研究與探討。

1 綠色潤滑油概述

綠色潤滑油，也稱之為環(huán)境友好型潤滑油、環(huán)境兼容型潤滑油，是指機器工況必須滿足的基礎上，不會危害生態(tài)環(huán)境，或一定程度上兼容環(huán)境，即與生態(tài)效應要求相符合。在生態(tài)效應中，生物降解性、生物累積性、可再生性資源等均為其中的組成部分，而最主要的指標即為生物降解性。綠色潤滑油研究開發(fā)時，保護環(huán)境為主要目的，使環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求得到滿足，而且生物降解較易實現(xiàn)，生物毒性不存在或最低化。綠色潤滑油生產(chǎn)過程中，合成酯與植物油均是比較常用的基礎油，二者的生物降解能力均非常好。

2 納米二硫化鎢在綠色潤滑油中的應用及機理分析

2.1 應用實驗

綠色潤滑油生產(chǎn)時，利用植物油、合成酯等作為基礎油，按照相應比例復配，傾點-17℃、閃點290℃、燃點310℃、黏度指數(shù)142、銅片腐蝕性1級。在水、油等溶劑中，二硫化鎢均不會產(chǎn)生溶解，而且在一般的酸堿溶液中溶解也不會出現(xiàn)。大氣溫度達到510℃時會發(fā)生分解，539℃后迅速氧化，溫度不超過425℃情況下，潤滑能夠長期實現(xiàn)。本次實驗中使用的二硫化鎢分子量247.9、密度7.4～7.5g/cm3、平均粒徑0.1μm。以前期研究結果為依據(jù)，實驗中添加納米二硫化鎢顆粒時，1%為最佳添加量。實驗中，對比材料選擇二硫化鉬，發(fā)動機油選用殼牌超凡喜力系列。為達到環(huán)保與節(jié)能的要求，功能添加劑的磷、硫與灰分均要較低，清凈分散劑、抗氧劑等均為實驗中使用的。

實驗過程中，綠色潤滑油、含二硫化鎢油、含二硫化鉬油在測試其油膜強度與燒結載荷時，均利用四球摩擦試驗機，同時，載荷392N、1 450r/min、長磨30min條件下，時間變化之后，對三種油的磨斑情況、摩擦系數(shù)做出檢測；基礎油與含二硫化鎢油均在電阻爐中加熱，溫度250℃，時間12h，接著將上述條件下的磨斑情況利用四球摩擦試驗機測定出來；利用石油醚清洗含二硫化鎢油潤滑的鋼球，借助多功能電子能譜儀，分析鋼球磨斑表面，將其存在的元素分析出來；對比綠色潤滑油與殼牌發(fā)動機油上述條件下的磨斑情況、摩擦系數(shù)。

結果顯示，三種油的油膜強度相同，但在燒結載荷及磨斑直徑方面，含二硫化鎢油與含二硫化鉬油提高了燒結載荷，減小了磨斑直徑，而且含二硫化鎢油磨斑直徑要小于含二硫化鉬油，這說明，二硫化鎢可使磨斑程度進一步減輕，促進基礎油抗磨損性能的提高；隨著摩擦時間的延長，基礎油明顯的提升了摩擦系數(shù)，含二硫化鎢油并未明顯地增長摩擦系數(shù)，可能與摩擦化學反應膜、吸附膜產(chǎn)生于摩擦過程相關，含二硫化鉬油前期時并無明顯變化，但后期使明顯提高摩擦系數(shù)，可能與其抗磨損性能在高溫下失去相關；觀察磨斑表面情況發(fā)現(xiàn)，基礎油具有較大的磨斑直徑，犁溝出現(xiàn)比較多，含二硫化鎢油則具有較小的磨斑直徑，犁溝并未明顯出現(xiàn)，經(jīng)12h加熱后，基礎油氧化狀況明顯，金屬脫落現(xiàn)象明顯出現(xiàn)，而含二硫化鎢油除了稍微增大磨斑直徑外，其他變化并未發(fā)生[1]。

2.2 潤滑機理

將二硫化鎢顆粒變成粉末后，觀察發(fā)現(xiàn)呈片層狀，具有非常光滑的層面，厚度尺寸明顯小于長寬尺寸，滑移易發(fā)生于層與層之間；二硫化鎢晶體為單元層，組成平面層由三個，為S-W-S。從上述結構分析可知，摩擦副間潤滑時，二硫化鎢的摩擦系數(shù)非常低。根據(jù)俄歇電子能譜分析結果可知，鐵元素的特征俄歇峰為651eV動能處；492eV處的峰表明，氧元素包含在磨斑表面；272eV處的峰表明，碳元素包含在磨斑表面中，據(jù)此推斷，鎢、硫、鐵等元素均存在于磨斑表面中，而二硫化鎢為鎢、硫的來源[2]。經(jīng)上述分析發(fā)現(xiàn)，潤滑作用由二硫化鎢產(chǎn)生時，可將其看成機械作用復合化學作用的過程：摩擦副表面接觸后，隨著摩擦，摩擦副表面由二硫化鎢顆粒形成一層膜，并于低凹處沉積，使低凹處被填平，吸附膜形成，將相對表面粗糙度減少，促進滑動面摩擦的降低。增加摩擦時間之后，二硫化鎢化學作用發(fā)生在摩擦副表面，使磨損顯著降低。

3 結論

綜上，綠色潤滑油中應用納米二硫化鎢后，可避免氧化作用在高溫下發(fā)生在基礎油中，并促進綠色潤滑油的抗磨損性能提高，滿足汽車發(fā)動機的工況需求，并達到保護環(huán)境的目的，但本文研究有限，還需要更為深入的研究。

[1] 羅仁芝，毛大恒，石琛.綠色潤滑油中納米WS2顆粒的摩擦學性能分析[J].石油煉制與化工，2016，42（2）：78-82.

[2] 王永剛，白曉華，李久盛.綠色潤滑油及綠色添加劑的應用進展[J].石油化工應用，2014，29（6）：4-8.

Study on the Application and Mechanism of Nano Tungsten Disulfide in Green Lubricating Oil

Shi Kai-feng，Xie Feng

In the production of green lubricating oil，oxidation is easy to occur under high temperature，and good wear resistance is easy to lose.However，after the application of nano sulfide disulfide，it can solve this problem.In this paper，the application of nano two tungsten sulfide in green lubricating oil was analyzed，and the application mechanism was discussed.

nano tungsten disulfide；green lubricating oil；application mechanism

TE626.3

A

1003–6490（2017）11–0087–01

2017–09–11

施凱烽（1993—），男，浙江東陽人，主要研究方向為航空油料應用技術。