Chất bôi trơn rắn Molybdenum Disulfide (MoS2) - giới thiệu và ứng dụng
Vào năm 1948, nhà khoa học người Mỹ Alfred Sonntag đã giới thiệu chất bôi trơn Molybdenum disulfide (MoS2) đầu tiên trên thế giới – thương hiệu MOLYKOTE – và bắt đầu một lịch sử vĩ đại về đổi mới vật liệu và hiệu suất hướng tới khách hàng.
NỘI DUNG CHÍNH
I. MOLYBDENUM DISULFIDE LÀ CHẤT GÌ? MoS2 LÀ GÌ?
Molybdenum disulfide là hợp chất vô cơ của Molubdenum và lưu huỳnh. Công thức hóa học của hợp chất này được quy định là MoS2. MoS2 có cấu trúc phiến và được phân loại vào nhóm hợp chất dichalcogenide của kim loại chuyển tiếp (TMDs).
Molybdenum disulfide là một trong những chất bôi trơn rắn được biết đến nhiều nhất và mặc dù ban đầu MoS2 phổ biến trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và quân sự, nhưng hiện nay nó thường được tìm thấy trong nhiều ứng dụng bôi trơn. Nó được sử dụng rộng rãi trong mỡ bôi trơn và các sản phẩm giống như dầu mỡ chuyên dụng được gọi là Paste - bột nhão, trong chất bôi trơn dạng lỏng như dầu hộp số ô tô và công nghiệp, trong chất bôi trơn dạng màng rắn bao gồm nhưng không giới hạn như màng được đánh bóng (chà xát), lớp phủ phún xạ, chất kết dính nhựa và đặc biệt là lớp phủ chống ma sát.
II. TÍNH CHẤT CỦA MOLYBDENUM DISULFIDE
1. Tính chất vật lý của MoS2
| Tỷ trọng | 4.9 |
| Màu sắc | Xám đậm đến đen |
| Khối lượng phân tử | 160.08 |
| Cấu trúc tinh thể | Hexagonal, Rhombohedral |
| Tính dẫn điện | Thấp nhưng có thể thay đổi |
| Bôi trơn chân | Tuyệt vời |
| Ổn định bức xạ | Tốt |
| Từ tính | Ngịch từ |
| Nhiệt độ phân ly | 1370oC (trong môi trường không Oxi hóa) |
| Điểm nóng chảy | 1700oC (chịu áp lực) |
| Nhiệt độ thăng hoa | 1050oC trong chân không cao |
2. Cấu trúc phân tử của MoS2
Molybdenum disulfide tồn tại ở cả 2 dạng cấu trúc tinh thể là Hexagonal (lục giác) và Rhombohedra (hình thoi ). Dạng Hexagonal cho đến nay là dạng phổ biến nhất và là dạng duy nhất được tìm thấy trong quặng thương mại. Ngoài ra, dạng Hexgonal đã được tìm thấy trong MoS2 tổng hợp. dạng Rhombohedra là đầu tiên được xác định trong vật liệu tổng hợp và sau đó được tìm thấy trong một số nguồn tự nhiên.
Dạng hexanogal được đặc trưng bởi các lớp MoS2 trong đó các nguyên tử Mo có sự phối lăng trụ tam giác của sáu nguyên tử lưu huỳnh, với hai phân tử trên mỗi ô đơn vị. Cấu trúc tinh thể bao gồm các "sandwiches" khi một lớp nguyên tử molybdenum hình lục giác phẳng nằm xen kẽ giữa hai lớp nguyên tử lưu huỳnh.
MoS2 thuộc nhóm Các dichalcogenua kim loại chuyển tiếp (TMDs) là các hợp chất bao gồm các nguyên tố kim loại chuyển tiếp và các nguyên tố chalcogen (lưu huỳnh, selen hoặc telua). Các lớp được nối với nhau bằng lực van der Waals. Lớp đơn TMD chứa ba lớp nguyên tử, các nguyên tố kim loại chuyển tiếp được kẹp giữa hai lớp nguyên tố chalcogen.
Nhìn chung, molybdenum disulfide ở dạng lục giác tự nhiên rất trơ về mặt hóa học. Nó không hòa tan trong cả dầu và nước. Molybdenum disulfide không phản ứng với hầu hết các axit. Tuy nhiên, nó không có khả năng chống lại sự phản ứng axit sunfuric và axit nitric đặc nóng. Ngoài ra, molypden disulfide hòa tan được trong các oxy hóa mạnh như nước cường toan.
Molybdenum disulfide được chuyển đổi trực tiếp thành kim loại molypdenum khi đun nóng trong khí hydro thông qua hợp chất trung gian Mo2S3 và thành MoO3 thông qua phản ứng oxy hóa tỏa nhiệt cao trong không khí ở 500-600 oC . Phản ứng giữa MoS2 tự nhiên và khí clo trong điều kiện không có không khí ở nhiệt độ cao tạo ra molypdenum pentaclorua.
Vậy MoS2 có hệ số ma sát thấp hay không? Câu trả lời là có. Thứ nhất, MoS2 có lực liên kết Van Der Waals yếu do có khoảng cách lớn giữa các lớp S-Mo-S. Thứ hai, MoS2 có sáu electron không liên kết có thể lấp đầy hoàn toàn một dải giới hạn vật lý các electron trong cấu trúc tinh thể. Điều này tạo ra một điện tích dương trên bề mặt của các lớp S-Mo-S giúp thúc đẩy quá trình phân tách lớp dễ dàng thông qua lực đẩy tĩnh điện. Hai điều đó là nguyên nhân chính khiến MoS2 có hệ số ma sát thấp, cực kỳ phù hợp trong các ứng dụng bôi trơn.
3. Đặc tính Oxy hóa của MoS2
Đặc trưng của quá trình oxy hóa của các lớp chất bôi trơn tự nhiên MoS2 đã được nghiên cứu bởi một số nhà nghiên cứu. Tốc độ oxy hóa nhiệt của MoS2 trong không khí nghiên cứu bằng nhiễu xạ tia X cho thấy dưới 300oC tốc độ rất chậm và khó đo chính xác, còn dưới 388oC MoS2 oxy hóa chậm hơn WS2. Đặc tính oxy hóa của MoS2 trong không khí khô cũng đã được nghiên cứu bằng phân tích nhiệt lượng. Người ta xác định được rằng 10%, 50% và 90% MoO3 được hình thành ở nhiệt độ tương ứng là 435oC, 466oC và 516oC.
Bên cạnh nhiệt độ và độ ẩm, kích thước hạt MoS2 có thể ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ oxy hóa. Các hạt MoS2 nhỏ hơn có tốc độ oxy hóa cao hơn nhiều so với các hạt lớn hơn do thực tế là các các mặt phẳng cạnh của hạt bị oxy hóa với tốc độ cao hơn nhiều so với mặt phẳng cơ sở của hạt, mà các hạt MoS2 có kích thước nhỏ lại có tỷ lệ mặt phẳng cạnh so với mặt phẳng cơ sở nhiều hơn rất nhiều so với các hạt có kích thước lớn.
Đặc tính Oxi hóa của MoS2 có tầm quan trọng đáng kể trong thực tế bởi một khi sự Oxi hóa của MoS2 diễn ra, sẽ gây ra một số tác dụng không mong muốn có thể kể đến như:
- Sự oxi hóa của MoS2 có thể là nguyên nhân của sự ăn mòn trong một số trường hợp cụ thể.
- Quá trình oxi hóa của MoS2 quyết định đến tuổi thọ của lớp màng bôi trơn.
- Các sản phẩm của quá trình oxi hóa MoS2 có thể gây ra tình trạng tăng sự ma sát.
- Quá trình oxy hóa MoS2 có thể gây ra vấn đề với khả năng tạo gel trong một số loại mỡ.
- Quá trình oxy hóa MoS2 có thể làm giảm nhiệt độ tối đa để sử dụng MoS2.
- Quá trình oxy hóa xác định thời hạn sử dụng của MoS2.
Tuy nhiên, sẽ không chính xác để đánh giá mức độ ảnh hưởng của quá trình oxy hóa molypdenum disulfide với khả năng bôi trơn của nó vì sản phẩm điển hình và ổn định của quá trình oxy hóa molypdenum disulfide là MoO3 không bị mài mòn. Do đó, ngay cả sau khi bị oxy hóa ở mức độ đáng kể, molybdenum disulfide vẫn có thể mang lại hiệu suất bôi trơn ở mức chấp nhận được.
4. Tính chất dẫn điện của MoS2
Các hành vi thuộc tính chất điện của MoS2 có tầm quan trọng thiết thực đặc biệt đối với việc thực hiện trong chổi và thiết bị vũ trụ. Hầu hết các phép đo độ dẫn điện đã được tiến hành trên các đơn tinh thể lớn hoặc các khối MoS2. Theo quan sát của Lansdown, không có sự đồng ý rõ ràng nào về tính dẫn điện của MoS2. Tuy nhiên, quan điểm chung là molybdenum disulfide có thể được phân loại là chất bán dẫn loại “p”.
Có một mối tương quan chặt chẽ giữa độ dẫn điện của MoS2 và nhiệt độ. Mặc dù thực tế là các giá trị tuyệt đối của điện trở suất hoặc độ dẫn điện có thể khác nhau, nhưng rõ ràng là khi nhiệt độ tăng MoS2 thì điện trở suất giảm dần và độ dẫn điện tăng dần.
Độ dẫn điện cũng là chức năng của hướng dòng điện liên quan đến cấu trúc tinh thể, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Độ dẫn điện ở nhiệt độ phòng đối với một số đơn tinh thể nằm trong khoảng từ 0,16 đến 5,12 Ω-1 cm-1 dọc theo mặt phẳng phân cắt và từ 1,02 x 10-4 đến 5,89 x 10-4 Ω-1 cm-1 song song với nó. Đồng thời, người ta đã chứng minh rằng ở 19oC, điện trở là như nhau bất kể hướng của dòng điện liên quan đến cấu trúc tinh thể.
Ngoài ra còn có nhiều loại tham số có khả năng tương quan với điện trở suất MoS2. Tuy nhiên, các thông số như điện thế dòng điện áp dụng, áp suất và ánh sáng dường như ít quan trọng hơn nhiều so với nhiệt độ và mức độ tạp chất (không tinh khiết) của MoS2.
III. CÁC ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG TRONG CHẤT BÔI TRƠN CỦA MOLYBDENUM DISULFIDE
Nhờ đặc tính bôi trơn tuyệt vời, MoS2 được sử dụng trong các giải pháp bôi trơn như là một chất phụ gia hoặc chất làm đặc.
1. Ứng dụng trong mỡ bôi trơn
Mỡ có chứa molybdenum disulfide được triển khai trong nhiều ứng dụng ở hầu hết các thị trường nơi mỡ được sử dụng và trong hầu như tất cả các loại hệ thống làm đặc mỡ, bao gồm đất sét bentonite, lithium, lithium 12-hydroxysterate, lithium complex , aluminum complex và polyurea. Nó cũng đã được coi là một chất phụ gia hữu ích trong mỡ titan complex, bản thân chúng có khả năng chịu tải cao vốn có, nên có thể đạt được hiệu suất thậm chí còn tốt hơn.
Nhìn chung mỡ bôi trơn chứa từ 1 đến 2% MoS2 với các thông số quan trọng là độ nhám bề mặt, tải trọng và tốc độ. Đối với bề mặt kim loại tương đối thô, kích thước hạt MoS2 lớn là cần vì các hạt lớn lấp đầy các rãnh sâu và tạo điều kiện cho việc thiết lập lớp hoàn thiện mịn hơn. Đối với các lớp hoàn thiện mịn, các hạt nhỏ và trung bình sẽ mang lại khả năng chịu tải tốt hơn so với các hạt lớn ở nồng độ MoS2 nhất định. Tuy nhiên, các hạt rất nhỏ có khả năng tạo ra một số vấn đề ăn mòn do nguyên nhân đã được nêu lên ở phân trên của bài . Nói chung, các hạt kích thước trung bình với kích thước hạt khoảng ~ 6 µm (tương ứng với Climax Technical Fine Grade) là kích thước hạt MoS2 được sử dụng phổ biến nhất trong mỡ bôi trơn.
Các sản phẩm mỡ bôi trơn có chứa MoS2 như MOLYKOTE® BR-2 Plus được ứng dụng trong các vị trí như trên các ổ trục, ô bi, ổ trục dẫn hướng, con lăn dẫn hướng, khớp cầu, trục có rãnh và trục ren.
2. Ứng dụng trong Paste chống kẹt
Paste chống kẹt chứa MoS2 của Molykote có tốt không?
Các sản phẩm dạng mỡ có chứa một tỷ lệ cao (50-70%) MoS2 và các chất bôi trơn rắn khác được gọi là paste. Các sản phẩm này thường được sử dụng làm chất giải quyết vấn đề cho các ứng dụng thiết kế lại động cơ ô tô, bộ bánh răng và làm chất bôi trơn chống kẹt cho các kết nối có ren. Paste chứa 50% MoS2 trong dầu silicon cong được sử dụng làm chất bôi trơn tấm lót trong xe có phanh đĩa.
Một số sản phẩm Paste của Molykote có thành phần MoS2 với các ứng ụng vượt trội như:
MOLYKOTE® U Paste ứng dụng bôi trơn O-ring, giảm ma sát và chống kẹt; bôi trơn và ngăn chặn điểm cắt rách của vỏ và trục của máy nén và máy bơm - kéo dài tuổi thọ của vỏ thiết bị; phòng chống quá nhiệt và chống kẹt; giảm ma sát và mài mòn của các cụm lắp ráp ở nhiệt độ cao.
MOLYKOTE M-77 Paste , là chất bôi trơn rắn MoS2 với dầu nền silicone. Thích hợp cho các điểm bôi trơn có tải trọng từ thấp đến trung bình và tốc độ thấp chịu nước và nhiệt độ khắc nghiệt; ở nhiệt độ trên 230°C (446°F), chất mang bay hơi hầu như không để lại cặn. Màng trượt khô còn lại tự nhiên có khả năng bôi trơn lên đến +400°C (+662°F). Thích hợp để bôi trơn các bộ phận bao gồm các vật liệu không chịu được dầu khoáng. Được sử dụng thành công trên các kết hợp kim loại/kim loại có bề mặt ma sát và tiếp xúc, các tấm neo phanh và pít-tông phanh của phanh đĩa.
3. Ứng dụng trong dầu bôi trơn
Molybdenum disulfide có thể được sử dụng một cách hiệu quả để giảm ma sát và mài mòn trong chất bôi trơn dạng lỏng (dầu) trong các điều kiện ngoại biên, giúp tăng khả năng chịu tải và trong trường hợp dầu bị mất hết tại điểm bôi trơn, có thể ngăn chặn/làm chậm sự cọ sát nghiêm trọng. Mặc dù thực tế là ở dạng hòa tan, nồng độ MoS2 có thể nằm trong khoảng từ 0,1 đến 60%, nhưng trong hầu hết các trường hợp MoS2 hòa tan trong dầu, nồng độ này nhỏ hơn 3%.
Nếu chất bôi trơn dạng lỏng có độ nhớt cao hoặc có thể được trộn thường xuyên thì chúng có thể sử dụng các hạt MoS2 nhỏ 1-2 µm (Cấp siêu mịn theo phân loại Climax). Các bánh răng có lượng tiếp xúc trượt đáng kể như bánh vít , bánh răng côn và bánh răng hypoid phản ứng nhanh với sự có mặt của MoS2 trong dầu bôi trơn bánh răng. Một nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về chất bôi trơn bánh răng trục vít trong bộ giảm tốc bánh răng trục vít thực tế, đã chỉ ra rằng trong cả dầu hỗn hợp AGMA #8 gốc dầu khoáng và dầu gốc PAO, việc bổ sung 1% chất phân tán MoS2 dẫn đến tăng hiệu suất cải thiện lên đến 5% và nhiệt độ dầu rời thấp hơn.
Trong các thử nghiệm trục hypoid trên ô tô, được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm, độ phân tán 1% của MoS2 trong dầu bánh răng 80W, hiệu suất trục đạt được là 1,5%.
4. Ứng dụng trong lớp phủ chống ma sát
Lớp phủ chống ma sát là chất bôi trơn dạng màng rắn là những chất có thể cung cấp chất bôi trơn cho các bề mặt trượt mà không có màng chất lỏng (tức là màng mỡ hoặc dầu). Lớp phủ/chất bôi trơn dạng màng rắn là những vật liệu có đặc tính bôi trơn vốn có và được liên kết chắc chắn với bề mặt của chất nền bằng một số phương pháp .
Một trong những đặc tính của MoS2 là nó có thể được cọ xát vật lý trên hầu hết các chất nền kim loại để tạo thành màng bôi trơn có độ dày khoảng 1 đến 5µm (để có tuổi thọ cao nhất, độ dày tối ưu là 3-5 µm). Điều này khiến chúng đặc biệt phù hợp để ứng dụng trên các bề mặt tiếp xúc kim loại/kim loại.chúng có khả năng mang lại khả năng chịu tải cao, ma sát và tỷ lệ hao mòn rất thấp.
Ứng dụng cho lớp phủ chống ma sát cực kỳ phù hợp với các tính chất vật lý và các tính năng đặc biệt của MoS2 và đã được Molykote áp dụng vào các sản phẩm của mình, một số sản phẩm lớp phủ chống ma sát có chứa MoS2 của Molykote được phân phối chính hãng bởi Chemlube:
MOLYKOTE® 3402-C LF Anti-Friction Coating với kết hợp tuyệt vời giữa bôi trơn và bảo vệ chống ăn mòn.
MOLYKOTE® D-321 R Anti-Friction Coating ứng dụng đối với các kết hợp kim loại/kim loại có chuyển động nhanh từ chậm đến trung bình và tải trọng cao. Cả lớp phủ chất lỏng và bình xịt khí dung đều được sử dụng để cải thiện quá trình chạy và bôi trơn ổ trượt, bạc lót và ống lót, truyền động vít lực, kết nối/chốt ren và công tắc điện áp cao – ngay cả trong điều kiện chân không cao và ở nhiệt độ khắc nghiệt.
MOLYKOTE® 3400A Anti-Friction Coating, LF là chất bôi trơn khô xử lý nhiệt. Được sử dụng cho tiếp xúc trượt của các tổ hợp kim loại/kim loại có chuyển động chậm đến nhanh vừa phải và tải trọng cao. Ứng dụng ở các vị trí trong ô tô như chốt, lò xo và bề mặt ổ trục trong hệ thống phanh; bản lề và liên kết cơ thể; các bộ phận chuyển động trong ổ khóa, công tắc, điều khiển thông gió và cơ chế servo; các mối liên kết dưới mui xe tiếp xúc với bụi, hơi ẩm, nhiên liệu, dầu và các chất gây ô nhiễm khác; chốt bản lề, ổ trục và cam; cơ chế servo và ổ đỡ dụng cụ; kết nối ren và ốc vít.
MOLYKOTE® 106 Anti-Friction Coating được sử dụng làm chất bôi trơn khô cho các kết hợp kim loại/kim loại. Cung cấp khả năng bôi trơn vĩnh viễn, không cần bảo dưỡng cho các tổ hợp ma sát có ứng suất cao với tốc độ thấp hoặc vận hành dao động. Ứng dụng khi thiết kế xây dựng ngăn cản việc sử dụng dầu hoặc mỡ hoặc khi nguy cơ bị bẩn là không mong muốn. Có thể được sử dụng để bôi trơn khô ổ khóa, bản lề, khớp nối, phần ứng từ và cho lớp phủ chống kẹt của các bộ phận động cơ và bánh răng.
IV. TỔNG KẾT
Kể từ khi được sáng tạo ra cho đến nay, molybdenum disulfide luôn được sử dụng như là một trong những chất bôi trơn hiệu quả nhất trong ngành công nghiệp bôi trơn. MoS2 được ứng dụng trong mỡ bôi trơn, dầu bôi trơn và đặc biệt là lớp phủ chống ma sát.
Tìm hiểu thêm về các sản phẩm dầu, mỡ, lớp phủ chống ma sát vui lòng liên hệ
CÔNG TY TNHH CHEMLUBE VIỆT NAM
* Trụ sở: Số 35 phố Trúc Bạch, phường Trúc Bạch , quận Ba Đình, TP Hà Nội
Điện thoại: 024 2212 5410 - Fax: 024 3715 0380
* Văn phòng HCM: Số 656 đường Điện Biên Phủ, Phường 22, Quận Bình Thạnh, TP Hồ Chí Minh
Điện thoại: 028 6678 0300 - Fax: 028 6282 8833
|
CÔNG TY TNHH CHEMLUBE VIỆT NAM HOTLINE: 0962845099 - 0352827830 Giấy chứng nhận đăng ký doanh nghiệp |
CHĂM SÓC KHÁCH HÀNG
THỜI GIAN LÀM VIỆC |
