纳米二硫化钨在绿色润滑油中的应用与机理研究

施凯烽，谢 凤

（空军勤务学院，江苏徐州 221000)

纳米二硫化钨在绿色润滑油中的应用与机理研究

施凯烽，谢 凤

（空军勤务学院，江苏徐州 221000)

绿色润滑油生产过程中，高温作用下，氧化较易发生，而且良好抗磨损性能也易失去，不过，纳米二硫化钨应用其中后，能够解决这一问题。因此，分析了纳米二硫化钨在绿色润滑油中的应用，并探讨了应用机理。

纳米二硫化钨；绿色润滑油；应用机理

二硫化钨属于润滑减摩材料中的一种，润滑特性优良，其摩擦润滑效果得到科学界的公认，并在高科技领域中广泛应用。汽车工业发展过程中，起到血液作用的为发动机油，随着环保意识的提升及环保事业的发展，绿色发动机油的研制受到各大石油公司的青睐，但由于生产时高温易氧化其基础油，导致优良润滑性能失去。近年来有学者研究发现，绿色润滑油中应用纳米二硫化钨后，上述问题可妥善解决，因而本文对此做出研究与探讨。

1 绿色润滑油概述

绿色润滑油，也称之为环境友好型润滑油、环境兼容型润滑油，是指机器工况必须满足的基础上，不会危害生态环境，或一定程度上兼容环境，即与生态效应要求相符合。在生态效应中，生物降解性、生物累积性、可再生性资源等均为其中的组成部分，而最主要的指标即为生物降解性。绿色润滑油研究开发时，保护环境为主要目的，使环境可持续发展的要求得到满足，而且生物降解较易实现，生物毒性不存在或最低化。绿色润滑油生产过程中，合成酯与植物油均是比较常用的基础油，二者的生物降解能力均非常好。

2 纳米二硫化钨在绿色润滑油中的应用及机理分析

2.1 应用实验

绿色润滑油生产时，利用植物油、合成酯等作为基础油，按照相应比例复配，倾点-17℃、闪点290℃、燃点310℃、黏度指数142、铜片腐蚀性1级。在水、油等溶剂中，二硫化钨均不会产生溶解，而且在一般的酸碱溶液中溶解也不会出现。大气温度达到510℃时会发生分解，539℃后迅速氧化，温度不超过425℃情况下，润滑能够长期实现。本次实验中使用的二硫化钨分子量247.9、密度7.4～7.5g/cm3、平均粒径0.1μm。以前期研究结果为依据，实验中添加纳米二硫化钨颗粒时，1%为最佳添加量。实验中，对比材料选择二硫化钼，发动机油选用壳牌超凡喜力系列。为达到环保与节能的要求，功能添加剂的磷、硫与灰分均要较低，清净分散剂、抗氧剂等均为实验中使用的。

实验过程中，绿色润滑油、含二硫化钨油、含二硫化钼油在测试其油膜强度与烧结载荷时，均利用四球摩擦试验机，同时，载荷392N、1 450r/min、长磨30min条件下，时间变化之后，对三种油的磨斑情况、摩擦系数做出检测；基础油与含二硫化钨油均在电阻炉中加热，温度250℃，时间12h，接着将上述条件下的磨斑情况利用四球摩擦试验机测定出来；利用石油醚清洗含二硫化钨油润滑的钢球，借助多功能电子能谱仪，分析钢球磨斑表面，将其存在的元素分析出来；对比绿色润滑油与壳牌发动机油上述条件下的磨斑情况、摩擦系数。

结果显示，三种油的油膜强度相同，但在烧结载荷及磨斑直径方面，含二硫化钨油与含二硫化钼油提高了烧结载荷，减小了磨斑直径，而且含二硫化钨油磨斑直径要小于含二硫化钼油，这说明，二硫化钨可使磨斑程度进一步减轻，促进基础油抗磨损性能的提高；随着摩擦时间的延长，基础油明显的提升了摩擦系数，含二硫化钨油并未明显地增长摩擦系数，可能与摩擦化学反应膜、吸附膜产生于摩擦过程相关，含二硫化钼油前期时并无明显变化，但后期使明显提高摩擦系数，可能与其抗磨损性能在高温下失去相关；观察磨斑表面情况发现，基础油具有较大的磨斑直径，犁沟出现比较多，含二硫化钨油则具有较小的磨斑直径，犁沟并未明显出现，经12h加热后，基础油氧化状况明显，金属脱落现象明显出现，而含二硫化钨油除了稍微增大磨斑直径外，其他变化并未发生[1]。

2.2 润滑机理

将二硫化钨颗粒变成粉末后，观察发现呈片层状，具有非常光滑的层面，厚度尺寸明显小于长宽尺寸，滑移易发生于层与层之间；二硫化钨晶体为单元层，组成平面层由三个，为S-W-S。从上述结构分析可知，摩擦副间润滑时，二硫化钨的摩擦系数非常低。根据俄歇电子能谱分析结果可知，铁元素的特征俄歇峰为651eV动能处；492eV处的峰表明，氧元素包含在磨斑表面；272eV处的峰表明，碳元素包含在磨斑表面中，据此推断，钨、硫、铁等元素均存在于磨斑表面中，而二硫化钨为钨、硫的来源[2]。经上述分析发现，润滑作用由二硫化钨产生时，可将其看成机械作用复合化学作用的过程：摩擦副表面接触后，随着摩擦，摩擦副表面由二硫化钨颗粒形成一层膜，并于低凹处沉积，使低凹处被填平，吸附膜形成，将相对表面粗糙度减少，促进滑动面摩擦的降低。增加摩擦时间之后，二硫化钨化学作用发生在摩擦副表面，使磨损显著降低。

3 结论

综上，绿色润滑油中应用纳米二硫化钨后，可避免氧化作用在高温下发生在基础油中，并促进绿色润滑油的抗磨损性能提高，满足汽车发动机的工况需求，并达到保护环境的目的，但本文研究有限，还需要更为深入的研究。

[1] 罗仁芝，毛大恒，石琛.绿色润滑油中纳米WS2颗粒的摩擦学性能分析[J].石油炼制与化工，2016，42（2）：78-82.

[2] 王永刚，白晓华，李久盛.绿色润滑油及绿色添加剂的应用进展[J].石油化工应用，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

施凯烽（1993—），男，浙江东阳人，主要研究方向为航空油料应用技术。