文章编号：１００３—５０６０（２００９）０５－０６１５－０５
Ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＰＯＭ—ｂａｓｅｄ ｓｅｌｆ－ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｉｔｈ ＭｏＳ２ ｉｎ ｖａｃｕｕｍ
ＨＵ Ｋｕｎ—ｈｏｎ９１，ＳＵＮ Ｘｉａｏ－ｊｕｎ２，ＸＵ Ｙｕ—ｆｕｌ，Ｍｅｈａｒｉ Ｓａｌｏｍｏｎ３，ＨＵ Ｘｉａｎ－ｇｕ０１
利用剥层重堆法［８’１２］与原位聚合法［１３］制备 ＰＯＭ／ＭｏＳｚ—ＩＣ。在充满氮气的真空手套箱巾，将 １．６ ｇ二硫化钼粉末（安徽冶金研究院产品，粒径 ３～５ Ｕｒｎ）浸入１００ ｍＬ自制的１．０ ｍｏｌ／Ｌ的正丁 基锂的正己烷溶液（氮气氛下用锂与１一氯丁烷在 正己烷中回流反应２ ｈ制备）中，在常温下搅拌反 应４８ ｈ后，经过滤、洗涤与十燥后获得Ｌｉ，ＭｏＳ２。 在超卢分散下将Ｌｉ。ＭｏＳ２浸入ｉ００ ｍＩ。去离子水 中进行剥层，获得稳定的纳米二硫化钼单分子层 悬浮液，经过滤后得到鼋堆积ＭｏＳ２，并分别用 Ｒｉｇａｋｕ Ｄ／ｍａｘ－ｒＢ转靶Ｘ射线衍射仪与ＪＥｏＬ ＪＥＭ一２０１０型透射电镜表征。然后，在氮气氛下， 将９５份单体三聚甲醛与５份共聚单体二氧五环 加入到三口烧瓶中，将制备的重堆积二硫化钼加 人到反应体系中，通过超声分散３０ ｒａｉｎ后，加入 引发剂三氟化硼，在６０℃反应２ ｈ，产物用５％的 氨在１４０℃下处理５ ｈ，最后将产物洗涤干燥得 ＰＯＭ／ＭｏＳ２夹层化合物，产物用Ｒｉｇａｋｕ Ｄ／ｍａｘ－ ｒＢ转靶Ｘ射线衍射仪表征分析。 １．２制备Ｐ（）Ｍ／ＭｏＳ２复合材料
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００，Ｃｈｉｎａ，３．Ｈｏｅｈｓｅｈｕｌｅ Ｄａｒｍｓ— ｔａｄｔ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａａｒｄｔｒｉｎｇ １００，Ｄ－６４２９５ Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ）
合物（ＭｏＳ２一ＩＣ），再利用制备的ｎａｎｏ－Ｍｏ，，＆、ＭｏＳｚ－ＩＣ与微米二硫化钼（ｍｉｃｒｏ－ＭｏＳｚ）作为原料制备出ＰＯＭ／
ＭｏＳ２复合材料。在真空摩擦磨损试验机上考察了复合材料的摩擦学性能，结果表明，Ｐ（）Ｍ／ｎａｎｏ－ＭｏＳ２复合
材料具有最好的摩擦学性能，ＰＯＭ／ＭｏＳｚ－ＩＣ复合材料次之，而ＰＯＭ／ｍｉｃｒｏ－ＭｏＳｚ复合材料性能与ＰＯＭ比没
图２二硫化钼纳米微粒的表征结果
（ｂ）’Ｉ＇ＥＭ图
０００
０００
型
魁
惑
０００
慧
ｏｏＯ
０００
ｏｏＯ Ｏ
（ａ）重堆积ＭｏＳ２的ＸＲＤ图谱
（ｂ）原料ｍｉｃｒｏ－ＭｏＳ２的ＸＲＤ图谱 图３重堆积二硫化钼的表征结果
（ｃ）藿堆积ＭｏＳｚ的ＴＥＭ图
２．１．３ ＰＯＭ／ＭｏＳ２复合材料表征 图４给出了２种ＰＯＭ／ＭｏＳ２复合材料的
Ｍｏｓ２
钢
图１ ３层复合材料的制备过程
１．３复合材料真空摩擦学性能测试 复合材料的摩擦学性能在固体润滑国家重点
实验室研制的空间摩擦试验装置上进行。试验装 置包括超高真空系统、球一盘式摩擦试验机等部 分。超高真空系统由真空室、真空测量仪以及各 种泵组成，其中的机械泵可以从大气状态开始获 得低真空（≤５．０ Ｐａ），分子泵可以在低真空状态 启动，并可以获得高真空（１０一Ｐａ）。摩擦试验机 安装在真空室内并固定于底板上，摩擦接触方式 为球一盘滑动接触，球静止在盘上方，盘转动，球一 盘相对运动所产生的摩擦力经过力传感器转换为 电信号后输人计算机。具体试验条件为：摩擦对 偶９Ｃｒｌ８Ｇ１０钢球，转速３００ ｒ／ｒａｉｎ，载荷５ Ｎ，真 空≤５×１０＿３ Ｐａ，温度为室温，摩擦次数约１０４ 次，磨痕用ＪＳＭ－５６００ＬＶ扫描电子显微镜表征。
收稿Ｅｌ期：２００８－０８－０４：修改日期：２００８—１０—１６ 基金项目：国家自然科学基金资助项日（５０４７５０７１）；安徽省自然科学基金资助项目（０７０４１４１５２） 作者简介：胡坤宏（１９７５一），男，安徽繁吕人，合肥上业大学博士生
万方数据
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合肥工业大学学报（自然科学版）
第３２卷
聚甲醛（ＰＯＭ）是一种优秀的工程塑料［９］，具 有良好的自润滑性能，在许多场合可用来代替金 属。然而ＰＯＭ的减摩与抗磨能力仍然不是十分 令人满意，在许多情况下需要对其进行改性，从而 进一步改善它的润滑与机械性能［１ ０’１１］。本文用 二硫化钼对Ｐ（＿）Ｍ／铜／钢３层复合轴承材料改性， 通过模拟空间高真空环境，对得到的复合材料的 真空摩擦学性能进行了研究。
将上述制备的二硫化钼纳米球（ｎａｎｏ－ ＭｏＳｚ）、ＰＯＭ／ＭｏＳ２夹层化合物（ＭｏＳ２一ＩＣ）及市 售的普通微米尺寸的二硫化钼（ｍｉｃｒｏ－ＭｏＳｚ，安 徽冶金研究院产品，粒径３～５肛ｍ）与聚甲醛
（ＰＯＭ，Ｍ９０，云天化公司产品）混合，保持二硫化 钼在试样中的质量分数为１．Ｏ％，在双辊机上于 １８５℃将混合物混炼，冷却后将混合物粉碎，在铜 粉一钢背２层材料上经１９０℃热轧成型，得到３层 复合材料，将复合材料切割成边长为３４ ｍｍ的方 形试样，加工过程如图１所示。利用同样的方法， 加工出纯ＰＯＭ试样作为对比。最后将添加有 ｎａｎｏ－ＭｏＳ２的复合材料用强酸浸泡４８ ｈ，经超声 剥离出少量产物，用Ｈ－８００透射电镜表征。
１ 实验部分
１．１制备＝硫化钼粉末 用前驱体分解法制备二硫化钼纳米球［６］。将
摩尔比为１：６的Ｎａ２Ｍｏｑ·２ＨｚＯ与 ＣＨ。ＣＳＮＨ。溶解在适量的去离子水中，加热搅拌 上述溶液并加入少量乙醇作分散剂，当温度达到 ８２℃时，向反应体系中加入过餐的盐酸，反应立 即开始并产生前驱体沉淀。
洗涤干燥后，将沉淀物装入管式电炉中，于 ７８０℃在氢气流中保温５０ ｒａｉｎ，获得的二硫化钼 样品分别用Ｒｉｇａｋｕ Ｄ／ｍａｘ－ｒＢ转靶Ｘ射线衍射 仪与Ｈ８００透射电镜进行表征。
有改善；ＳＥＭ分析显示，ＰＯＭ及其复合材料主要发生的是疲劳磨损，ＰＯＭ／ｎａｎｏ－ＭｏＳｅ的疲劳磨损最轻，
ＰＯＭ／ＭｏＳｚ－ＩＣ疲劳磨损最严重，ＰＯＭ与ＰＯＭ／ｍｉｃｒｏ－ＭｏＳｚ除了疲劳磨损外，还存在明显的粘着磨损。
关键词：＿二硫化钼；聚甲醛；复合材料；真窄摩擦学
中图分类号：ＴＨｌｌ７．３
文献标识码：Ａ
二硫化钼是一种典型的层状化合物，其层内 由强的Ｓ－Ｍｏ－Ｓ共价键构成，层问则是弱的范德 华力，容易滑移，摩擦系数低。ＭｏＳ２在真空中的 摩擦系数低于在空气中的摩擦系数，是一种理想 的真空固体润滑剂，在空间机械上有广泛的应用， 且在真空中ＭｏＳｚ的使用温度高于在空气中的使
用温度。研究表明，二硫化钼纳米微粒具有比微 米尺寸的二硫化钼更为优异的润滑性能Ｌｌ＿３］。因 而纳米级二硫化钼的制备与性能研究一直受到人 们的青睐。纳米级二硫化钼的化学制备方法主要 有溶剂热合成法［４］，前驱体分解法【５“］、气相沉积 法［７］和剥层重堆法［８ｌ。
（１．合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥２３０００９ ２．巾国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，甘肃兰州 ７３００００；３．德国达姆斯达特应用科学大学，达姆斯达特Ｄ－－６４２９５）
摘要：分别用前驱体分解法与剥层重堆法制备出二硫化钼纳米球（ｎａｎｏ－ＭｏＳｚ）与聚甲醛／二硫化钼夹层化
图３ａ与图３ｂ分别是重堆积二硫化钼与其原
料微米二硫化钼的Ｘｌｍ图谱。由图３ｂ可知，原
料衍射峰尖锐，各衍射峰与ＰＤＦ卡３７－１４９２的 ＭｏＳ２各衍射峰一致，表明原料是结晶良好的二
万方数据
第５期
胡坤宏，等：ＰＯＭ基ＭｏＳ２自润滑复合材料的真空摩擦学特性研究
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硫化钼晶体。图３ａ的ＸＲＤ衍射图可以确 定二硫化钼物相的存在。比较图３ａ与图３ｂ可 知，重堆积二硫化钼的ＸＲＤ图谱保留了相对较 强的００２峰，表明重堆积二硫化钼仍具有层状结 构，即单分子层二硫化钼重堆积是沿着Ｃ轴方向
进行层叠方式堆积的；但是，重堆积二硫化钼的所 有衍射峰均明最变弱与宽化，与图３ｂ中微米二硫 化钼的衍射差别较大，而与前面的二硫化钼纳米 微粒的衍射模式类似。这主要是通过单分子层技 术得到的重堆积二硫化钼是二维的纳米片层，其 厚度大约在５０ ｎＩ－ｎ左右［１ ２ｌ。
４ ４
型３ 矮２
ｌ
２０／（ｏ） （ａ）ＸＲＤ图谱
第３２卷第５期 ２００９年５月
合肥工业大学学报（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＦＥＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖ０１．３２ Ｎｏ．５ Ｍａｙ ２００９
ＰＯＭ基ＭｏＳｅ自润滑复合材料的真空摩擦学特性研究
胡坤宏１， 孙晓军２，徐玉福１， Ｍｅｈａｒｉ Ｓａｌｏｍｏｎ３， 胡献国１
２结果与讨论
２．１材料表征 ２．１．１二硫化钼纳米微粒的表征
图２ａ是制备的纳米微粒的ＸＲＤ衍射图谱， 图中各衍射峰的位置与ＰＤＦ卡３７—１４９２上的 ＭｏＳ２的各主要衍射峰一致，且没有杂质峰，表明 产物主要是ＭｏＳ２。ＴＥＭ图（图２ｂ）表明制备的 二硫化钼是平均直径约为１２０ ｎｌＴｌ的球。 ２．１．２重堆积二硫化钼的表征
材料的制备过程中，纳米球没有受到明显的破坏， 但其表面出现明显阴影，这是加工过程中熔融的 ＰｏＭ包覆在其表面引起的。
图４ｂ是ＰＯＭ与ＭｏＳ２形成的夹层化合物 的ＸＲＤ衍射图谱，图中出现’Ｔ ００１衍射峰（矗＝ １．１１８ ｎｍ），００２衍射峰在ｄ一０．６１３ ｎｍ，表明二 硫化钼层间距被扩大了０．５０５ ｎｎｌ，二硫化钼层间 距的扩大是因为其层问插入了ＰＯＭ分子，形成 了夹层化合物Ｅ１３］。
ＸＲＤ图谱，其中图４ａ是ＰＯＭ／ｎａｎｏ－ＭｏＳ２的 Ⅺｍ衍射图谱，该复合材料的ＸＲＤ图谱保留了 ＭｏＳｚ纳米球的各主要衍射峰，表明二硫化钼纳 米球与ＰＯＭ没有形成明显的化学键合，其在 ＰＯＭ基体中是机械的分散。图５所示是从复合 材料中经超声剥离出来的少量产物的ＴＥＭ图， 从图中可看出二硫化钼仍然维持了球形，表明在