納米過(guò)渡金屬硫化物微粒在摩擦學(xué)中的應(yīng)用

郝夢(mèng)洋+朱欣

摘要：納米金屬硫化物由于其特殊的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，在摩擦學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成為摩擦學(xué)中熱門研究方向。本文介紹了納米微粒在摩擦領(lǐng)域的應(yīng)用，進(jìn)一步舉例說(shuō)明了納米過(guò)渡金屬硫化物的主要性能特點(diǎn)，并根據(jù)現(xiàn)存的問(wèn)題，指出其未來(lái)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：過(guò)渡金屬硫化物 納米摩擦 納米微粒

摩擦學(xué)是研究相互運(yùn)動(dòng)物體表面的摩擦、磨損和潤(rùn)滑的一門學(xué)科，近年來(lái)，納米材料廣泛應(yīng)用于摩擦領(lǐng)域，人們開(kāi)始在原子、分子微觀角度研究運(yùn)動(dòng)界面之間的摩擦磨損行為，隨著納米尺度的技術(shù)研究手段不斷涌現(xiàn)，人們對(duì)納米材料的研究更加深入，同時(shí)高新技術(shù)的發(fā)展對(duì)摩擦提出了更高的要求，推動(dòng)了摩擦學(xué)的進(jìn)展，納米摩擦學(xué)成為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的前沿學(xué)科。納米硫化物由于其良好的摩擦性能成為一項(xiàng)重要分支。

一、納米微粒在摩擦領(lǐng)域的應(yīng)用

納米微粒指尺寸在1-100nm的特殊材料，強(qiáng)度大、硬度大，能夠在磨損表面沉積，進(jìn)而減少或防止磨損的產(chǎn)生。目前不同的納米材料在摩擦的領(lǐng)域已經(jīng)取得了優(yōu)異的成果。

（一）金屬微粒。目前Cu和Ni等金屬已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在石蠟中具有良好的減摩性能，能夠顯著降低摩擦系數(shù)和磨斑，其作用機(jī)理是由于金屬微粒能夠在摩擦表面沉積的物理作用而非化學(xué)反應(yīng)，沉積的金屬不易脫落，能夠起到良好的減摩抗磨作用。進(jìn)一步將Cu金屬加入到潤(rùn)滑油中，其潤(rùn)滑性能提高十倍左右。

（二）金屬氧化物。TiO2、ZrO2、Al2O3等。氧化物除了單獨(dú)使用外，兩種配合物也可以復(fù)合使用，例如納米CeO2和TiO2兩種微粒同時(shí)添加在潤(rùn)滑油中產(chǎn)生優(yōu)異的潤(rùn)滑性能， CeO2微粒的增加可以適當(dāng)減少TiO2的使用。

二、納米過(guò)渡金屬硫化物的主要性能特點(diǎn)

過(guò)渡金屬指Mo、W兩種金屬，過(guò)渡金屬本身具有密度大、熔點(diǎn)高、延展性好等優(yōu)點(diǎn)，與S、Se形成的硫化物為密排六方結(jié)構(gòu)，變形小，熔點(diǎn)高，是一種優(yōu)質(zhì)的固體潤(rùn)滑劑。

納米WS2微粒穩(wěn)定性好、使用溫域?qū)?、承載高負(fù)荷，添加在潤(rùn)滑油中能夠有效降低磨斑和摩擦系數(shù)，達(dá)到減磨抗摩的效果。采用不同的制備方法能夠合成性能差異的納米WS2微粒，通過(guò)不斷地研究探索，開(kāi)發(fā)修飾劑對(duì)納米WS2微粒表面進(jìn)行修飾，能夠提高其與基礎(chǔ)油的配伍性，改善穩(wěn)定性，提升納米WS2的性能，進(jìn)而擴(kuò)大應(yīng)用范圍。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)起潤(rùn)滑作用的主要是有機(jī)分子，負(fù)荷增大后起作用的轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴趹B(tài)的納米粒子，在摩擦表面形成一層潤(rùn)滑膜，減少了摩擦表面的磨損。

納米MoS2作為一種應(yīng)用廣泛的納米潤(rùn)滑油添加劑，由于其硫元素對(duì)于金屬的吸附作用，使MoS2在高溫高壓下依然能夠有效的吸附在摩擦表面，MoS2的粒徑越小，表面積越大，潤(rùn)滑性能越好，這也是納米MoS2與普通MoS2的區(qū)別，因此MoS2的超細(xì)化研究成為重要的研究方向。經(jīng)過(guò)DDP（二烷基二硫代磷酸）修飾的納米MoS2 LB膜具有顯著的潤(rùn)滑作用，LB膜在摩擦過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，起到良好的抗磨性能。

三、過(guò)渡金屬硫化物的發(fā)展方向

（一）微觀機(jī)理的研究。雖然人們已經(jīng)在摩擦的微觀機(jī)理上進(jìn)行了大量的探究，目前形成的機(jī)理主要是“軸承”理論、“膜”理論、“自修復(fù)”理論，但是由于摩擦實(shí)驗(yàn)的不可觀測(cè)性，很多機(jī)理仍舊需要更加深入的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

（二）提高金屬硫化物微粒的穩(wěn)定性以及分散性。由于重力作用納米微粒本身容易在油類物質(zhì)中發(fā)生團(tuán)聚，團(tuán)聚后的微粒不但不具有潤(rùn)滑作用，反而會(huì)加劇磨損的產(chǎn)生，如果對(duì)微粒表面進(jìn)行改性修飾，能夠明顯改善納米微粒在潤(rùn)滑油中的分散穩(wěn)定性，提升潤(rùn)滑劑的性能。

（三）高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的制備方法。以WS2為例，目前WS2納米微粒的制備方法主要分為物理法和化學(xué)法，物理法是指將塊狀的二硫化鎢經(jīng)過(guò)粉碎細(xì)化制備出納米WS2，這種方法操作簡(jiǎn)單，但是設(shè)備要求嚴(yán)格，粒徑不易掌控，容易出現(xiàn)粒徑不均，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化的生產(chǎn)存在一定的條件限制?；瘜W(xué)法是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將原料轉(zhuǎn)變，制備出二硫化鎢納米微粒?；瘜W(xué)法粒徑容易控制，但是工藝流程比較復(fù)雜。目前規(guī)?；苽湮壹{米微粒的方法是以四硫代鎢酸銨為原料，然而在制備過(guò)程中容易生成劇毒副產(chǎn)物H2S氣體，不僅對(duì)工廠工作人員造成傷害同時(shí)也破壞了環(huán)境。因此，急需發(fā)明一種高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法。

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