Дисульфид молибдена: история, свойства и области применения

Дисульфид молибдена (MоS₂) является модификатором трения. На сегодняшний день это одна из наиболее популярных добавок к различным пластичным смазкам, маслам, покрытиям. В данной статье рассмотрим, что собой представляет это вещество, его характеристики и области применения.

История дисульфида молибдена

Дисульфид молибдена (MoS₂) – это черный или серо-голубой кристаллический порошок, внешне похожий на графит. В природе он встречается в виде минерала молибденита, или более редкой аморфной формы – йордизита.

Уникальные свойства данного материала были обнаружены в 1744 году. Из-за внешней схожести со свинцом и его сульфидом минерал назвали "molybdos" – похожий на свинец. В 1778 году швед Карл Вильгельм Шееле путем нагрева молибденита до получения белого порошка оксида обозначил молибденит как сульфид металла. В 1781 году другому шведскому ученому Питеру Якобу Хельму удалось выделить этот металл. Он же и назвал его молибденитом.

После этого открытия данный материал стал применяться только в 1890 году. Его использовали в качестве замены вольфрама при легировании.

Первое применение молибденита в качестве смазки зафиксировано в 1935 году – в установке по моделированию вибраций самолетов. На тот момент она была неработоспособна, так как ее тяжелонагруженные узлы двигались скачкообразно, а традиционные смазки не могли устранить эту проблему.

Решение нашел инженер немецкого происхождения Альфред Соннтаг. Он использовал молибденит в качестве присадки. Результаты оказались спорными. С одной стороны отмечалось существенное снижение коэффициента трения, с другой – сильный износ узлов из-за примесей абразивного кварцита, которые содержатся в минерале. Чистое вещество на тот момент получить было невозможно.

В 40-е годы 20 века был разработан способ очистки молибденовой руды от примесей путем флотации. С этого момента дисульфид молибдена начали применять в качестве компонента смазочных материалов.

Области применения

Область применения дисульфида молибдена очень широка. Его используют в качестве легирующей добавки, чтобы получить сверхнадежные сплавы. MoS₂ применяется в жаропрочных соединениях, которые выдерживают длительное воздействие температур до +1800 °C (в электровакуумных приборах, ракетных соплах, ядерных реакторах, высокотемпературных печах и т.д.). Дисульфид молибдена значительно улучшает такие параметры сталей как прочность, вязкость, устойчивость к коррозии.

В самолето- и ракетостроении минерал используется при производстве сверхзвуковых самолетов (для деталей кромок крыльев, тепловых экранов), элементов каркаса ракет и панелей космических аппаратов. Также он применяется в некоторых турбореактивных и ракетных двигателях (для обработки сопла, заслонок форсунок, хвостовых юбок, лопастей турбин).

В стекольной отрасли дисульфид молибдена используется при производстве электродов, предназначенных для плавления стекла. Из его сплавов изготавливают различные пресс-формы, стержни для литья под давлением медных, цинковых и алюминиевых деталей.

Существуют и другие применения дисульфида молибдена. Одним из основных современных назначений этого минерала является улучшение показателей различных смазочных материалов.

Смазочные материалы на основе дисульфида молибдена

Пластичные смазки

Твердые смазочные материалы, введенные в состав пластичных смазок, придают им новые свойства. Продукты с дисульфидом молибдена эффективно работают при очень высоких нагрузках, низких и высоких температурах. Они значительно снижают износ, образование фреттинг-коррозии, задиров и обеспечивают длительное смазывание в условиях негативного воздействия внешней среды.

Смазки с дисульфидом молибдена производятся на основе минеральных, синтетических и полусинтетических масел. Наибольшее распространение получили минеральные литиевые смазки на основе MoS₂. Они обладают хорошими эксплуатационными показателями и доступной ценой. В качестве примера такой смазки можно привести EFELE MG‑212. За счет свойств порошка дисульфида молибдена, который входит в ее состав, данная смазка выдерживает очень высокие нагрузки и не выдавливается из зон трения.

Дисульфидмолибденовые смазки применяются в тяжелонагруженных узлах легковых и грузовых автомобилей, специальной техники, дерево- и металлообрабатывающего оборудования, электродвигателей и вентиляторов, общепромышленного оборудования и т.д.

По сравнению с графитовыми такие составы обладают более высокими антифрикционными свойствами и несущей способностью, могут работать в условиях вакуума.

Пасты

Пасты, содержащие дисульфид молибдена, устойчивы к высоким температурам и нагрузкам. Они эффективно предотвращают заедания, задиры и износ металлических поверхностей. Такие пасты обладают хорошей износостойкостью и подходят для тех применений, в которых пластичные смазки уже не работают.

Примером эффективной пасты с дисульфидом молибдена является Modengy 4002. Она предназначена для облегчения сборки, приработки и смазывания. Благодаря высокой концентрации тведосмазочных компонентов паста отлично работает в тяжелонагруженных механизмах с парами трения "металл-металл" при нагреве до +450 °C (до +600 °C при ограниченном доступе воздуха).

Твердосмазочная паста минимизирует трение, защищает от задиров, заедания, предотвращает фреттинг-коррозию, скачкообразное движение, облегчает монтаж и демонтаж прессовых посадок, резьбовых и прочих соединений.

Покрытия

Существует два вида смазочных покрытий: порошки и краскоподобные составы. Первые представляют собой чистый дисульфид молибдена разной степени помола: от 10 до 1,25 микрон.

Жидкие покрытия, такие как MODENGY 1001, по консистенции и внешнему виду похожие на краски. Однако вместо красящих пигментов они содержат мелкодисперсные частицы MoS₂, диспергированные в среде связующих веществ и растворителей.

Особенно удобны в нанесении аэрозольные твердосмазочные покрытия. Они не требуют специализированного окрасочного оборудования, многие составы отверждаются без нагрева (при комнатной температуре). Время полимеризации покрытий зависит от конкретного вида материала. Для некоторых достаточно 15 минут.

Перед пластичными смазками и маслами у покрытий есть много преимуществ. После их нанесения на поверхностях деталей образуется сухая смазочная пленка, которая исключает налипание пыли и абразивных частиц. Помимо этого, данный вид материалов обеспечивает смазывание в течение всего срока службы узла, отлично работают в условиях радиации и вакуума.

Покрытия на основе дисульфида молибдена широко применяются в резьбовых соединениях, пружинах, шлицах, шпильках, зубчатых, цепных и червячных механизмах, тормозных системах автомобилей, подшипниках и направляющих скольжения в промышленном оборудовании, в горно-добывающей, сельскохозяйственной и других отраслях.

Присадки

Присадки на основе дисульфида молибдена применяются в моторных маслах. Они уменьшают износ, улучшают смазывание и значительно снижают количество задиров на внутренних поверхностях двигателя. Благодаря тому, что минерал отлично взаимодействует с серой, которая входит в состав современных моторных масел, MoS₂ отлично удерживается на металлических поверхностях.

В среде автомобилистов применение присадок является одним из главных предметов спора. Одни приводят доводы в пользу их применения, другие же называют присадки пустой тратой денег. Так или иначе эффект от применения таких материалов есть, но он не долговечен. Помимо того, что моторное масло с молибденом нужно менять гораздо чаще, а при заливке свежей жидкости придется добавлять и новое количество присадки.