納米過渡金屬硫化物微粒在摩擦學中的應用

郝夢洋+朱欣

摘要：納米金屬硫化物由于其特殊的結構及性質，在摩擦學中的應用越來越廣泛，成為摩擦學中熱門研究方向。本文介紹了納米微粒在摩擦領域的應用，進一步舉例說明了納米過渡金屬硫化物的主要性能特點，并根據現存的問題，指出其未來的發展前景。

關鍵詞：過渡金屬硫化物 納米摩擦 納米微粒

摩擦學是研究相互運動物體表面的摩擦、磨損和潤滑的一門學科，近年來，納米材料廣泛應用于摩擦領域，人們開始在原子、分子微觀角度研究運動界面之間的摩擦磨損行為，隨著納米尺度的技術研究手段不斷涌現，人們對納米材料的研究更加深入，同時高新技術的發展對摩擦提出了更高的要求，推動了摩擦學的進展，納米摩擦學成為順應時代發展的前沿學科。納米硫化物由于其良好的摩擦性能成為一項重要分支。

一、納米微粒在摩擦領域的應用

納米微粒指尺寸在1-100nm的特殊材料，強度大、硬度大，能夠在磨損表面沉積，進而減少或防止磨損的產生。目前不同的納米材料在摩擦的領域已經取得了優異的成果。

（一）金屬微粒。目前Cu和Ni等金屬已經發現在石蠟中具有良好的減摩性能，能夠顯著降低摩擦系數和磨斑，其作用機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反應，沉積的金屬不易脫落，能夠起到良好的減摩抗磨作用。進一步將Cu金屬加入到潤滑油中，其潤滑性能提高十倍左右。

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

二、納米過渡金屬硫化物的主要性能特點

過渡金屬指Mo、W兩種金屬，過渡金屬本身具有密度大、熔點高、延展性好等優點，與S、Se形成的硫化物為密排六方結構，變形小，熔點高，是一種優質的固體潤滑劑。

納米WS2微粒穩定性好、使用溫域寬、承載高負荷，添加在潤滑油中能夠有效降低磨斑和摩擦系數，達到減磨抗摩的效果。采用不同的制備方法能夠合成性能差異的納米WS2微粒，通過不斷地研究探索，開發修飾劑對納米WS2微粒表面進行修飾，能夠提高其與基礎油的配伍性，改善穩定性，提升納米WS2的性能，進而擴大應用范圍。進一步的研究發現，當負荷較低時起潤滑作用的主要是有機分子，負荷增大后起作用的轉變為熔融態的納米粒子，在摩擦表面形成一層潤滑膜，減少了摩擦表面的磨損。

納米MoS2作為一種應用廣泛的納米潤滑油添加劑，由于其硫元素對于金屬的吸附作用，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，潤滑性能越好，這也是納米MoS2與普通MoS2的區別，因此MoS2的超細化研究成為重要的研究方向。經過DDP（二烷基二硫代磷酸）修飾的納米MoS2 LB膜具有顯著的潤滑作用，LB膜在摩擦過程中發生化學反應，起到良好的抗磨性能。

三、過渡金屬硫化物的發展方向

（一）微觀機理的研究。雖然人們已經在摩擦的微觀機理上進行了大量的探究，目前形成的機理主要是“軸承”理論、“膜”理論、“自修復”理論，但是由于摩擦實驗的不可觀測性，很多機理仍舊需要更加深入的實驗驗證。

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

（三）高效、環保、經濟的制備方法。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法，物理法是指將塊狀的二硫化鎢經過粉碎細化制備出納米WS2，這種方法操作簡單，但是設備要求嚴格，粒徑不易掌控，容易出現粒徑不均，實現大規模工業化的生產存在一定的條件限制。化學法是通過化學反應將原料轉變，制備出二硫化鎢納米微粒。化學法粒徑容易控制，但是工藝流程比較復雜。目前規模化制備我納米微粒的方法是以四硫代鎢酸銨為原料，然而在制備過程中容易生成劇毒副產物H2S氣體，不僅對工廠工作人員造成傷害同時也破壞了環境。因此，急需發明一種高效、環保、經濟的生產方法。

參考文獻：

[1]岳美娥，周惠娣.納米微粒在摩擦學中的應用研究[J].潤滑與密封，2003，（02）.

[2]王大全.納米材料可提高潤滑油脂減摩抗磨性能[N].中國化工報，2002，（03）.

[3]顧彩香，朱冠軍，李磊，等.氧化物納米粒子在潤滑油中的摩擦學作用[J].Journal of Marine Science and Application，2009，（01）.

[4]李長生，李俊茂，劉艷清.納米過渡金屬硫化物在摩擦學應用中的研究進展[J].潤滑與密封，2007， （02）.

[5]夏延秋，喬玉林.納米粒子在摩擦學領域的應用發展現狀[J].沈陽工業大學學報，2002，（04）.

[6]王春明，潘冶，佟曉輝.納米硫化物及其涂層在摩擦學中的應用與發展[J].材料導報，2005，（05）.

[7]張平余，薛群基，劉維民等.不同金屬基體上MoS2納米微粒LB膜摩擦學行為研究[J].摩擦學學報，1999，（02）.

[8]王仁兵，顧卓明，等.納米材料在潤滑技術中的應用[J].內蒙古民族大學學報，2003，（18）.endprint