丁為公 ， 趙增兵 ， 陳 波 ， 孟炳楠 ， 楊舒程 ， 成蘭興*

(1.洛陽申雨鉬業(yè)有限責(zé)任公司 ， 河南 洛陽 470003 ； 2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司 ， 河南 鄭州 450052)

二硫化鉬是一種新型固體潤滑材料，由于二硫化鉬的S-Mo-S特殊層狀結(jié)構(gòu)和極低的層間結(jié)合力，使其粉體具有獨(dú)特而優(yōu)良的機(jī)械、物理和化學(xué)性能，被譽(yù)為“固體潤滑之王”[1]。是航天、軍工、核工業(yè)以及重大工程等高新技術(shù)領(lǐng)域和民用工程的高檔固體潤滑材料。

二硫化鉬作為一種極壓潤滑劑，溫度對其潤滑性能有極大的影響。在低于100 ℃時(shí)，二硫化鉬的摩擦系數(shù)隨著溫度升高而升高。室溫下，二硫化鉬的性質(zhì)不活潑，但具有物理和機(jī)械活性，在有氧條件下，一旦溫度超過370 ℃，就會(huì)發(fā)生緩慢氧化，高于500 ℃時(shí)會(huì)迅速氧化。嚴(yán)格來說，二硫化鉬外層表面在85 ℃時(shí)便可以發(fā)生氧化，但外表的微氧化可防止內(nèi)部的進(jìn)一步氧化，氧化程度不僅取決于溫度，還取決于二硫化鉬的顆粒大小，少量的三氧化鉬不影響二硫化鉬的潤滑性，但一旦其含量>0.05%，潤滑性能就會(huì)下降。

傳統(tǒng)二硫化鉬的粉碎一般為氣流粉碎，即干法粉碎，由于氣流粉碎過程中，空氣中氧的存在和高速撞擊剪切摩擦，勢必會(huì)造成溫度升高，三氧化鉬含量升高。而三氧化鉬的含量高低是評價(jià)二硫化鉬產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。本文通過超重力高壓均質(zhì)在二硫化鉬粒度粉碎進(jìn)行試驗(yàn)研究，利用高壓均質(zhì)的濕法介質(zhì)環(huán)境和高壓撞擊剪切破碎性能，達(dá)到細(xì)化二硫化鉬粒度，同時(shí)三氧化鉬指標(biāo)得到有效控制。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

二硫化鉬半成品，MoS298.5%，MoO30.008%，粒度D50≥20 μm，自產(chǎn)。無離子水，電導(dǎo)率≤20 μS/cm，自產(chǎn)。分散劑，SY-010，自制。高壓均質(zhì)試驗(yàn)機(jī)，GJB50-70；激光粒度分析儀，Top sizer。

1.2 測試方法

按照GB/T23271-2009標(biāo)準(zhǔn)和美國CLIMAX二硫化鉬標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1工作原理

超重力高壓均質(zhì)機(jī)主要由高速旋轉(zhuǎn)的均質(zhì)腔和增壓機(jī)構(gòu)構(gòu)成。均質(zhì)腔的內(nèi)部具有特別設(shè)計(jì)的幾何形狀，在增壓機(jī)構(gòu)的作用下，高壓溶液快速通過均質(zhì)腔，動(dòng)態(tài)高壓微射流物料會(huì)同時(shí)受到超重力流場的高速剪切、高頻震蕩、空穴爆破和對流撞擊等機(jī)械力作用和相應(yīng)的熱效應(yīng)，由此引發(fā)的機(jī)械力及化學(xué)效應(yīng)，可誘導(dǎo)物料大分子的物理、化學(xué)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生變化，最終達(dá)到均質(zhì)粉碎的效果。超重力高壓均質(zhì)腔是設(shè)備的核心部件，其內(nèi)部特有的幾何結(jié)構(gòu)是決定均質(zhì)效果的主要因素。而增壓機(jī)構(gòu)為流體物料高速通過均質(zhì)腔提供了所需的壓力，壓力的高低和穩(wěn)定性也會(huì)在一定程度上影響產(chǎn)品的質(zhì)量[2-4]。由于超重力高壓均質(zhì)過程強(qiáng)化是在液相環(huán)境中進(jìn)行，過程產(chǎn)生的熱量被液體吸收并在體外換熱冷卻，使顆粒粉碎過程中始終在較低溫度下進(jìn)行，從而杜絕了傳統(tǒng)干法粉碎高溫氧化造成的產(chǎn)品中三氧化鉬含量升高的現(xiàn)象，使產(chǎn)品品質(zhì)得到保障。

1.3.2實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)裝置簡圖如圖1所示。將分散劑SY-010按比例加入水罐(4)中溶解，開啟水泵(6)，開啟循環(huán)冷卻水(5)，開啟均質(zhì)機(jī)(1)，保持循環(huán)罐(2)中的液位至2/3處。待運(yùn)行穩(wěn)定后，開始加入粉體罐中的二硫化鉬粗粉，記錄時(shí)間和壓力，分別在1.0、3.0、5.0、7.0 MPa壓力下運(yùn)行15、30、45、60、75、90 min出料取樣，檢測產(chǎn)品中二硫化鉬、三氧化鉬含量及產(chǎn)品粒度。

1.均質(zhì)機(jī) 2.循環(huán)罐 3.粉體罐 4.水罐 5.冷卻器 6.水泵

1.3.3結(jié)構(gòu)表征

TESCAN VEGA(Ⅱ)可變電子真空掃描電子顯微鏡，捷克Tescan公司；X'Pert PRO型X射線衍射儀，荷蘭PANalytical生產(chǎn)；顯微共焦激光拉曼光譜儀，英國雷尼紹公司；激光粒度分析儀Top sizer，珠海歐美克。

1.3.4產(chǎn)品含量測定

按照GB/T23271-2009標(biāo)準(zhǔn)中二硫化鉬含量和三氧化鉬含量測定方法測定，產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。產(chǎn)品粒度標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) %

表2 產(chǎn)品粒度標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 均質(zhì)壓力對質(zhì)量變化的影響

控制進(jìn)料二硫化鉬粒度D50為23.15 μm，均質(zhì)時(shí)間30 min，均質(zhì)溫度≤40 ℃條件下，改變均質(zhì)壓力進(jìn)行二硫化鉬粉碎時(shí)間，結(jié)果如表3所示。

從試驗(yàn)結(jié)果看，隨著均質(zhì)壓力的增加，產(chǎn)品MoS2含量有下降趨勢，但均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，MoO3含量有小幅升高，也可以滿足標(biāo)準(zhǔn)和用戶要求，產(chǎn)品粒度隨著均質(zhì)壓力的升高，粒度明顯下降。從超重力均質(zhì)原理上分析，因?yàn)榫|(zhì)粉碎是在液相體系中進(jìn)行，且增加了物料外循環(huán)換熱降溫，保證了體系的運(yùn)行溫度不升高，產(chǎn)品在粉碎過程中氧化反應(yīng)得以抑制；因?yàn)檫^程采用超重力高速均質(zhì)粉碎，體系中二硫化鉬顆粒高速碰撞、撕裂和層間剝離，使得產(chǎn)品粒度得到很好的細(xì)化。從滿足質(zhì)量要求和經(jīng)濟(jì)合理綜合考慮，取均質(zhì)壓力5 MPa為最佳壓力條件。

表3 均質(zhì)壓力對質(zhì)量變化的影響

2.2 均質(zhì)時(shí)間對質(zhì)量變化的影響

控制進(jìn)料二硫化鉬粒度D50為23.15 μm，均質(zhì)壓力5 MPa，均質(zhì)溫度≤40 ℃條件下，改變均質(zhì)時(shí)間進(jìn)行二硫化鉬粉碎試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

表4 均質(zhì)時(shí)間對質(zhì)量變化的影響

從表4可以看出，隨著均質(zhì)時(shí)間的延長，產(chǎn)品含量變化不明顯，MoO3含量明顯上升，這與產(chǎn)品在體系中運(yùn)行時(shí)間長造成的氧化反應(yīng)有關(guān)；產(chǎn)品粒度明顯下降，這是時(shí)間延長增加了產(chǎn)品顆粒碰撞、撕裂、剝離的幾率所致。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量不下降，且MoO3含量滿足要求，取時(shí)間30 min為宜。

2.3 均質(zhì)溫度對質(zhì)量變化的影響

控制進(jìn)料二硫化鉬粒度D50為23.15 μm，均質(zhì)壓力5 MPa，均質(zhì)時(shí)間30 min，改變均質(zhì)溫度進(jìn)行二硫化鉬粉碎試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 均質(zhì)溫度對質(zhì)量變化的影響

從表5可以看出，隨著均質(zhì)溫度的升高，產(chǎn)品MoS2含量影響不明顯，MoO3含量明顯上升，這與產(chǎn)品在體系中溫度升高造成的氧化反應(yīng)加速有關(guān)，產(chǎn)品粒度無明顯變化。為了保證MoO3含量不超標(biāo)和實(shí)際控制水平，控制反應(yīng)溫度40 ℃為宜。

2.4 濕法與干法質(zhì)量對比

超重力高壓均質(zhì)粉碎二硫化鉬(濕法)與超音速氣流磨粉碎方法(干法)的質(zhì)量對比見表6。

表6 濕法與傳統(tǒng)干法質(zhì)量對比

從表6可看出，超重力高壓均質(zhì)粉碎二硫化鉬方法對MoO3含量增加有明顯的抑制作用，粒度越小，MoO3含量抑制作用越明顯，該方法對二硫化鉬生產(chǎn)中粒度控制和質(zhì)量控制具有明顯的優(yōu)越性。

3 結(jié)論

超重力均質(zhì)強(qiáng)化應(yīng)用于二硫化鉬的顆粒粉碎，這是由于超重力過程產(chǎn)生的超重力場下，通過液相體系高壓均質(zhì)粉碎，使二硫化鉬粉體顆粒得到撞擊、剝離和剪切，同時(shí)有效控制了空氣中的氧接觸和高溫氧化，在顆粒得到細(xì)化的同時(shí)，避免了二硫化鉬的氧化，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。試驗(yàn)表明：二硫化鉬的粒度和MoO3含量受壓力、時(shí)間和溫度的影響明顯，二硫化鉬粒度隨著壓力的升高和時(shí)間的延長而變??；二硫化鉬的MoO3含量隨著壓力的升高、時(shí)間延長和溫度升高而升高。本方法(濕法)與傳統(tǒng)氣流磨粉碎(干法)相比，在保證二硫化鉬粒度的情況下MoO3含量明顯降低，有效解決了干法MoO3含量超標(biāo)的難題。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，最佳的工藝操作參數(shù)為壓力5 MPa、時(shí)間30 min、溫度40 ℃的條件時(shí)，生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性最好。