改性有机钼POUPC1001与MOS2在润滑脂中性能对比
润滑脂的主要原料为基础油、稠化剂和添加剂。对润滑脂来说,人们最关注的产品性能包括抗磨减摩性、高温抗氧防腐性和防锈性能。为了改善润滑脂的润滑性和极压抗磨性,降低金属表面的摩擦系数和增强防锈性,常用的添加剂有抗磨剂、抗氧防腐剂、防锈剂、减摩剂。当摩擦副在经受冲击负荷或高负荷时,这些添加剂就能补强润滑脂的功能,并防止摩擦件过热、异常磨损或卡咬。在实际应用中,除了使用氯系、硫磷系等添加剂外,二硫化钼粉末和多功能的油溶性有机钼产品也得到广泛应用。本文主要对MoS2粉末和油溶性改性有机钼在润滑脂的应用和性能做初步的探讨。
MOS2粉末和改性有机钼POUPC1001简介

天然的二硫化钼即辉钼矿,辉钼矿为六方晶体。合成的二硫化钼是三方晶体,它是由天然钼精矿粉经化学提纯后改变分子结构而制成的固体粉剂。本品色黑稍带银灰色,有金属光泽,触之有滑腻感,不溶于水。二硫化钼具有与石墨相似的层状结构,可添加在各种油脂里,能增加油脂的润滑性和极压性。也适用于高温、高压、高转速高负荷的机械工作状态,延长设备寿命。
二硫化钼粉末质量标准

项目 一级品 合格品
MoS2 含量/% ≥ 98.0 96.0
水分/% ≤ 0.50 0.50
Fe含量/% ≤ 0.30 0.70
总不溶物含量/% 1.50 2.30
铜片腐蚀试验 通过 通过
细度/%    
1号 ≤ 1.5um ≥ 80 80
2号 ≤ 2.5um ≥ 90 90
3号 ≤ 5 um ≥ 90 90
4号 ≤ 10um ≥ 90 90
改性有机钼POUPC1001是经先进化工工艺合成的一种含氮的油溶性液态产品,该添加剂应用在各种润滑剂中, 能在摩擦副表面形成稳定的摩擦保护膜,降低滑动表面的摩擦和磨损,提高载荷能力,并显著改善润滑剂的高温抗氧性能。作为一种高端的抗磨减摩剂和抗氧剂,本产品在润滑油和润滑脂中得到了广泛的应用,它在油脂中加剂量少而综合性能优异。
改性有机钼POUPC1001典型物化数据:

项 目 改性有机钼POUPC 1001
化学组成 硫-氮-钼 化合物
外 观 棕褐色液体
密度 ( 15.6℃ ), g/cm 3 1.01
粘度( 100 ℃),mm 2 /s 11.5
闪点(开),℃ 180
Mo % 5-8
S % 11.0-14.0
P% 2.5-4.0
N % 0.45-0.65
溶解性 易溶于矿物油及合成油,不溶于水
MOS2和改性有机钼在润滑脂中的应用和性能比较

在全球范围内,油溶性有机钼产品的生产厂家主要有美国的 R.T. Vanderbilt Company、日本的ADEKA Corporation以及德国的Rhein Chemie Gruppe。由于这些产品表现出全面的综合性能, 在润滑脂中应用油溶性有机钼已经在全世界逐渐兴起,并逐步将取代MoS2在润滑脂中的使用。比方说,范德比尔特的MOLYVAN L、MOLYVAN 855和日本旭电化工株式会社的SAKURALUBE 300以及德国莱茵化学的Additin RC3580 在各种润滑脂中广为应用。在国内销售的有日本COSMO 公司生产的有机钼润滑脂GREASE GINGA 系列 。下面是我公司用改性有机钼POUPC1001调制的润滑脂的主要指标。
改性有机钼润滑脂典型物化性能:

试验项 目 POUPC 1001有机钼油脂A
外观形状 黄色软膏状
稠化剂类型
锥入度 ( 25℃ ) 324
滴点(℃) 213
蒸发量(B法),w% 0.30
铜片腐蚀(100℃,24hr) 合格
氧化稳定度(ASTM-D942)kg/cm2 0.15
耐水性(38℃,1hr) w% 3
混合稳定性(10万回) 370
针对MoS2粉末和改性有机钼在润滑脂中的性能表现,厂家已经进行了大量的试验,以下为我实验室在MS-8A四球机上对MoS2粉末和改性有机钼在润滑脂中的试验报告。
试验数据综合对比:

测试项目 润滑脂+3% MoS2粉末 润滑脂+3% POUPC1001 数据对比
平均摩擦力 5.539 2.312 下降58.2%
最大摩擦力 6.340 4.475 下降29.4%
平均摩擦系数 0.138 0.058 下降57.9%
最大摩擦系数 0.158 0.112 下降29.1%
磨斑直径(mm) 0.722 0.456 下降36.8%
平均温度(℃) 52.9 13.7 下降74.1%
从上表可以看到:在同一润滑脂中添加同比例的改性有机钼POUPC1001和二硫化钼粉末,前者的各项性能指标明显优于后者。
性能差异的原因探析:

针对MoS2粉末和改性有机钼在润滑脂的性能差异,我们探讨的原因如下:
1.改性有机钼相比MoS2粉末来说,在润滑脂中具有更好的油溶性和分散性

由于二硫化钼为固体粉末,而润滑脂为半固体,所以MoS2在润滑脂中不能均匀地分散,有些部位含量高,有些部位含量又严重不足。我们都知道,润滑脂使用寿命长,且流动性差,当摩擦副面临MoS2不足部分润滑脂时,那么极压抗磨性肯定得不到保证,并且因润滑脂流动性差而长时间得不到补充,这样势必对摩擦副表面造成异常磨损。而油溶性有机钼能就能有效克服这个缺点,它能充分而均匀分散于润滑脂中,在任何时候和任何部位都能很好地发挥抗磨减摩功能。所以,正如我们在实验中看到,在相同的加剂量条件下,油溶性有机钼相比二硫化钼粉末在润滑脂中更加有效并能长期地发挥作用。
2.改性有机钼与其他有机硫磷系抗磨剂有良好的协同效果

极压抗磨剂是一种重要的润滑脂添加剂,当今常用的极压抗磨剂主要是含氯、硫和磷的化合物。通常情况下,含氯化合物可提高润滑脂的耐负荷能力,防止金属表面在高负荷条件下发生烧结、卡咬和刮伤,但有机氯化物在高温和有水的条件下极压性能会显著下降,并引起金属的腐蚀和锈蚀。比方说,常用的氯化石蜡在120°C 以上就会缓慢分解,产生氯化氢气体。更值得关注的是,含氯化合物对环境危害很大,伴随着各国政府和民众对环境保护的意识越来越高涨,含氯化合物在全世界范围内已经逐渐减少使用。而有机硫磷化合物比有机氯化物更能有效地提高抗负荷性,形成的膜在700°C以上的高温下仍不失效,水解安定性好。在润滑脂中常用的硫系抗磨剂有硫化棉籽油、硫化异丁烯等,这些硫化物同样具有良好的油溶性和极压性。

国内外许多次的试验证明,油溶性有机钼能与这些硫系抗磨减摩剂有非常好的协同效果,虽然具体原因和机制还有待进一步试验和发现,初步的结论是有机钼和硫系抗磨剂在摩擦副金属表面形成牢固但剪切良好的保护膜,能最大限度地提高润滑脂的极压抗磨性和减摩性。而二硫化钼粉末它仅仅是自己提供一定的抗磨减摩性,并不能很好地和其他抗剂产生良好的协同效果。

3.油溶性改性有机钼与常用抗氧防腐剂也体现优秀的协同效应

正如上文提到,由于润滑脂的使用寿命长,且应用在金属表面,所以对抗氧防腐的要求比较高。在润滑脂中应用的抗氧防腐剂主要有磺酸钡、磺酸钠、磺酸锌和二烷基二硫代磷酸盐。对油溶性有机钼来说,它本身就具有相当的抗氧防腐性,对改性有机钼来说,由于在结构中嫁接上氨基基团,就更增强其抗氧防腐性。另外,近年来许多试验表明,油溶性有机钼和上述抗氧防腐剂还有非常好的协同效果,能大大增强润滑脂的抗氧防腐性。而二硫化钼粉末本身不具备抗氧防腐性,而且在摩擦副表面与上述添加剂形成竞争,进而影响常规的抗氧防腐剂功能的发挥。

油溶性有机钼作为一种多功能添加剂,它还具有油性剂的减摩功能,用在润滑脂中,能达到减摩降温和节能效果。

在国内市场上,由于MoS2的价格很高,98%含量的MoS2粉末价格常常达到20万元/吨。因此,有些商家会在MoS2粉末中添加一些石墨成分,市场上的MoS2的纯度难以得到保证,这将更加影响润滑脂的性能效果。而油溶性有机钼相比MoS2粉末具有非常明显的价格优势,能让油脂生产厂家以更低的成本生产更高性能的产品。

另外,应用过MoS2润滑脂的厂家肯定知道,MoS2粉末一个明显的缺点就是容易弄脏机器设备和所生产的产品,不好清洗。而油溶性有机钼产品颜色更浅,不会粘附在机器表面和污染加工产品。

欧美日等发达国家已经从上世纪八、九十年代就大量生产和使用油溶性有机钼,但由于进口产品价格高昂和其他一些因素,国内厂家在本世纪初才开始接受和使用这些产品。相信随着我国厂家在该领域生产技术水平的提高、生产成本的下降,以及车辆和其他机械设备技术含量的不断升级,油溶性有机钼将越来越得到油脂生产企业的认可和推崇。