无机类富勒烯MoS2对全氟聚醚润滑脂真空摩擦学性能的影响

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Efects of Inorganic Fullerene-like M olybdenum Disulfide onTribological Performances of Perfluoropolyether GreaseHuo Lixia Zhou Hui Gou Shining Sang Ruipeng Zhang Yanshuai(Science and Technology on Surface Engineering Laboratory，Lanzhou Institute of Physics，Lanzhou Gansu 730000，China)Abstract：Themorphology and structure of the inorganic fulerene-like MoS2 were characterized by X·ray difraction andtransmission electron microscopy.The tribologicai performances of the inorganic fulerene-like MoS2 as additive of perflu-oropolyether grease was investigated on vacuum four-ball tribometer，the wear scars of the steel bail after tests were evaiua-ted by microscope，the surface component of the wear scars was observed using energy dispersive spectrometer，and the SUF-face morphology was studied by scanning electron microscopy.The results indicate that the inorganic fullerene-like MoS2can improve the friction reducing and anti-wear perform ances of perfluoropolyether grease in vacuum.The friction coefi-cient and the wear scar diameter are decreased，and the surface of the wear scar becomes smooth after adding the inorganicfullerene-like MoS2 in the perfluoropolyether grease。

Keywords：molybdenum disulfide；perfluoropolyether grease；tribologicai performance全氟聚醚 (PFPE)由于具有优异的热稳定性、化学惰性、低饱和蒸汽压、良好的润滑性以及黏温特性等，在空间机械润滑领域，特别是在高精度组件的润滑中得到了广泛的应用 。随着空间技术的不断发展，后续卫星活动机构的在轨寿命有了显著提高，达到了 12-15年 ，这也意味着对润滑剂的润滑性能有了更高的要求。

纳米材料作为润滑油脂的添加剂表现出了良好的减摩抗磨性，并能够提高油脂的承载能力，因此得到了广泛关注。NASA的格林研究中心进行了碳基纳米粒子作为润滑油脂的添加剂的相关研究 ，沃恒洲等收稿日期 ：2012-10-19作者简介：霍丽霞 (1984-)，硕士研究生，工程师，主要从事空间用粘结固体润滑涂层与油脂润滑剂相关研究 .E.mail：huolixiawin### 163.com。

研究了纳米二硫化钼作为机械油添加剂的摩擦学特性 ，都得到了良好的效果。无机类富勒烯 MS (M W，Mo)具有嵌套中空结构，研究发现，这类纳米材料相对于片层结构的 MoS：，不仅具有优异的化学稳定性，还表现出良好的润滑性能 -6]。

本文作者以类富勒烯二硫化钼 (IF-MoS )作为PFPE的添加剂，研究了IF.MoS 对 PFPE真空润滑性能的影响趋势，为后续长寿命卫星活动机构的润滑技术提供技术支撑。

1 实验部分采用D/MAX2400Rigaku X射线粉末衍射仪，对添加剂粉末的组成及结构进行了分析 (Cu靶，工作电压 40 kV，电流 40 mA，步宽 0.017，扫描速度15.24 S，扫描范围5。～85。)。采用 Hitachi H-600透射电子显微镜表征IF.MoS，的形貌及粒径。

润滑与密封 第 38卷将-定质量的IF-MoS，加入到全氟聚醚润滑脂中，搅拌均匀，之后将混合料倒入三辊研磨机中，研磨2遍。其中IF-MoS，的质量分数分别为0.5%和 1%。

采用 Phoenix TE91真空四球摩擦试验机对添加IF-MoS，前后的全氟聚醚润滑脂 的真空摩擦学性能进行了测试，测试条件为：G10级4，12.7 mm GCrl5钢球 ，真空度优于 5×10～Pa，转速 100 r/min，载荷392 N，进行 1 h定时结尾实验。

采用光学显微镜测量钢球磨斑直径；将钢球依次使用无水乙醇和三氯三氟乙烷进行清洗，采用连接KEVEX能量散射谱的JSM.5600 LV型低真空扫描电子显微镜对磨斑表面形貌进行表征及成分分析，其中33- 2U- 21皇尝1EDS加速电压为20 kV。

2 结果与讨论2.1 IF-MoS2的形貌图 1(a)为 IF.MoS，XRD谱图，可以看出，添加剂属六方晶系，14.08。，32.92。，39.44。，48.97。及58.51。衍射峰分别对应 MoS 的 (002)、(100)、(103)、(105)和 (110)晶面，与 MoS：的标准衍射谱相符 。图 1(b)为添加剂的形貌图，其中多数MoS，为粒径40～150 nm的空心类球形结构，但仍有少量不规则形状的MoS 存在。球形的纳米材料在摩擦过程中，不仅能够修补摩擦的微凹坑，也能够使滑动摩擦变为滚动摩擦，起到润滑减摩的作用 。

(b)形貌图图1 IF-MoS 的XRD谱图和形貌图Fig l XRD pattern(a)and TEM image(b)of IF-MoS22.2 真空摩擦学性能测试结果图2示出了全氟聚醚润滑脂在添加 IF-MoS，前后的摩擦因数曲线∩以看出，未添加 IF-MoS，的全氟聚醚润滑脂在整个四球摩擦试验过程中，摩擦因数变化非常剧烈；含0.5%IF.MoS 的全氟聚醚润滑脂在试验初期摩擦因数变化剧烈，到试验后期摩擦因数变得兰.J-较为平稳，且平均值有所减小；含0.5%IF-MoS 的全氟聚醚润滑脂在试验初期摩擦因数也同样变化剧烈 ，但摩擦因数很快变得非常平稳，且平均值最低。

图3为未添加和添加 IF-MoS：的全氟聚醚润滑脂润滑时钢球的磨斑图，表 1给出了相应的磨斑直径。

O.20.10 1 000 2 000 3000 4000 0 1 000 2000 3000 4000Timels Time/s(a)PFPE润滑 (b)PFPEIF-MoS2润滑图2 四球摩擦试验摩擦因数曲线Fig 2 The friction coefficient curves of vacuum four-ball tribological test图 -润滑与密封 第 38卷～ ， I ' l ， 1 l -- eKal ：12删 1 00日80###三 60自毒 ： -～-山.～J40自i FeKbl. ～ (a)PFPE0.5%IF-MoS(b)PFPEI%IF·MoSj图5 IF-MoS 添加量为0.5%和 1%的全氟聚醚润滑脂润滑时钢球表面能谱图Fig 5 EDS of the wealscar tested in PFPE grease with 0.5% IF-MoS2 and with 1% IF-MoS2表2 钢球表面元素原子百分含量Table 2 Element content(atomic fration)in the wear scar%摩擦过程中，含0.5%IF-MoS 的全氟聚醚润滑脂在高载荷下形成边界润滑状态，但由于IF-MoS 添加量较少，受到剪切作用后在摩擦表面形成的IF-MoS膜层并不连续，油膜破裂后，不能保证摩擦副间完全不接触，导致了磨粒磨损的产生，磨屑的存在也造成了摩擦因数的波动性较大。含 1%IF-MoS 的全氟聚醚润滑脂中分散了更多的 IF.MoS ，在受到剪切作用后逐渐在摩擦表面形成了大面积连续 MoS，膜层，高载荷下油膜破裂时，阻止了摩擦副间的直接接触；并且当摩擦表面出现微小磨损时，IF-MoS：或从其表面剥落的薄片层 MoS 能够快速将磨损表面修补完好 ]，因此摩擦表面没有产生明显的磨粒磨损，并且摩擦因数非常平稳，磨损程度仪常低。

通过以上分析可知，由于 IF-MoS 在真空中具有优异的润滑减摩性，IF-MoS：作为 PFPE润滑脂的添加剂，随着添加量的增加，使润滑脂的真空摩擦因数与真空磨损率都逐渐降低。

3 结论PFPE润滑脂中加入 IF.MoS ，能够使滑动摩擦转变为滚动摩擦，且随着添加量的增加，真空摩擦因数逐渐降低。添加量达到1%时，能够在摩擦表面形成连续的IF.MoS：的膜层，修复摩擦过程中产生的微凹坑，显著降低真空磨损率。因此该润滑剂能够延长活动件的寿命，对未来长寿命空间活动件的研制具有重要意义。