二硫化钼的可控合成及其摩擦磨损性能研究

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MoS2作为一种自润滑材料,被广泛用作润滑油添加剂以增强基础油的减摩抗磨性能。形貌和尺寸是影响MoS2润滑性能的关键因素之一。本文采用溶剂热法制备了花状MoS2、球状MoS2,通过物理混合法制备了花状MoS2与石墨烯的混合物、球状MoS2与石墨烯的混合物,利用X-射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、透射电子显微镜、光电子能谱分别对其物相组成、表面形貌和微观结构进行了表征。另外,将制备的MoS2材料作为润滑油添加剂进行摩擦磨损试验,分析了其减摩抗磨机理。(1)采用溶剂热法,以硫代乙酰胺、钼酸钾和DMF作为反应物合成了分散性良好、纯度较高的花状MoS2。XRD表征结果显示,MoS2的(002)衍射峰明显左移,结合HRTEM结果,确认合成的是扩张层间距的花状MoS2。同时,探究了花状MoS2作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能,结果表明:花状MoS2能明显提升基础油的减摩抗磨性能。(2)采用溶剂热法,以PEG-10000为表面活性剂,硫脲、钼酸钾、DMF为反应物制备了分散性良好、尺寸均一的球状MoS2。与花状MoS2类似地,球状MoS2的层间距也得到扩张。在其他条件不变的情况下,通过改变PEG-10000的添加量,探究了PEG-10000对MoS2形貌的影响,实验结果表明,PEG-10000能明显改变MoS2的自组装程度。此外,还探究了以球状MoS2作润滑油添加剂的摩擦磨损性能,结果表明:球状MoS2具有较好的减磨耐磨效果。(3)通过物理混合,制备了花状MoS2与石墨烯混合物和球状MoS2与石墨烯混合物。SEM表征结果显示,花状MoS2或球状MoS2较均匀的分布于石墨烯“网”上,进一步说明了溶剂热法制备的花状、球状MoS2具有较好的分散性。以纯石墨烯、花状MoS2与石墨烯混合物、球状MoS2与石墨烯混合物分别作为润滑油添加剂进行了摩擦磨损性能测试,与基础油相比,都具有较好的减摩抗磨性能。(4)在最佳添加浓度下,对花状MoS2、球状MoS2、石墨烯、花状MoS2与石墨烯混合物和球状MoS2与石墨烯混合物分别作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能进行了对比。结果表明:MoS2与石墨烯混合物的润滑性能比单一MoS2或单一石墨烯有所提高。球状MoS2与石墨烯混合物摩擦系数最低,在10-320 N的载荷区间内,具有最优异的抗载荷能力,经9000 s摩擦磨损性能测试,销的磨损量最低,销的表面最为光滑。
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