超重力均质强化在高品质二硫化钼质量控制中的应用

丁为公 ， 赵增兵 ， 陈 波 ， 孟炳楠 ， 杨舒程 ， 成兰兴*

(1.洛阳申雨钼业有限责任公司 ， 河南 洛阳 470003 ； 2.河南省化工研究所有限责任公司 ， 河南 郑州 450052)

二硫化钼是一种新型固体润滑材料，由于二硫化钼的S-Mo-S特殊层状结构和极低的层间结合力，使其粉体具有独特而优良的机械、物理和化学性能，被誉为“固体润滑之王”[1]。是航天、军工、核工业以及重大工程等高新技术领域和民用工程的高档固体润滑材料。

二硫化钼作为一种极压润滑剂，温度对其润滑性能有极大的影响。在低于100 ℃时，二硫化钼的摩擦系数随着温度升高而升高。室温下，二硫化钼的性质不活泼，但具有物理和机械活性，在有氧条件下，一旦温度超过370 ℃，就会发生缓慢氧化，高于500 ℃时会迅速氧化。严格来说，二硫化钼外层表面在85 ℃时便可以发生氧化，但外表的微氧化可防止内部的进一步氧化，氧化程度不仅取决于温度，还取决于二硫化钼的颗粒大小，少量的三氧化钼不影响二硫化钼的润滑性，但一旦其含量>0.05%，润滑性能就会下降。

传统二硫化钼的粉碎一般为气流粉碎，即干法粉碎，由于气流粉碎过程中，空气中氧的存在和高速撞击剪切摩擦，势必会造成温度升高，三氧化钼含量升高。而三氧化钼的含量高低是评价二硫化钼产品质量的重要指标。本文通过超重力高压均质在二硫化钼粒度粉碎进行试验研究，利用高压均质的湿法介质环境和高压撞击剪切破碎性能，达到细化二硫化钼粒度，同时三氧化钼指标得到有效控制。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

二硫化钼半成品，MoS298.5%，MoO30.008%，粒度D50≥20 μm，自产。无离子水，电导率≤20 μS/cm，自产。分散剂，SY-010，自制。高压均质试验机，GJB50-70；激光粒度分析仪，Top sizer。

1.2 测试方法

按照GB/T23271-2009标准和美国CLIMAX二硫化钼标准执行。

1.3 实验方法

1.3.1工作原理

超重力高压均质机主要由高速旋转的均质腔和增压机构构成。均质腔的内部具有特别设计的几何形状，在增压机构的作用下，高压溶液快速通过均质腔，动态高压微射流物料会同时受到超重力流场的高速剪切、高频震荡、空穴爆破和对流撞击等机械力作用和相应的热效应，由此引发的机械力及化学效应，可诱导物料大分子的物理、化学及结构性质发生变化，最终达到均质粉碎的效果。超重力高压均质腔是设备的核心部件，其内部特有的几何结构是决定均质效果的主要因素。而增压机构为流体物料高速通过均质腔提供了所需的压力，压力的高低和稳定性也会在一定程度上影响产品的质量[2-4]。由于超重力高压均质过程强化是在液相环境中进行，过程产生的热量被液体吸收并在体外换热冷却，使颗粒粉碎过程中始终在较低温度下进行，从而杜绝了传统干法粉碎高温氧化造成的产品中三氧化钼含量升高的现象，使产品品质得到保障。

1.3.2实验过程

实验装置简图如图1所示。将分散剂SY-010按比例加入水罐(4)中溶解，开启水泵(6)，开启循环冷却水(5)，开启均质机(1)，保持循环罐(2)中的液位至2/3处。待运行稳定后，开始加入粉体罐中的二硫化钼粗粉，记录时间和压力，分别在1.0、3.0、5.0、7.0 MPa压力下运行15、30、45、60、75、90 min出料取样，检测产品中二硫化钼、三氧化钼含量及产品粒度。

1.均质机 2.循环罐 3.粉体罐 4.水罐 5.冷却器 6.水泵

1.3.3结构表征

TESCAN VEGA(Ⅱ)可变电子真空扫描电子显微镜，捷克Tescan公司；X'Pert PRO型X射线衍射仪，荷兰PANalytical生产；显微共焦激光拉曼光谱仪，英国雷尼绍公司；激光粒度分析仪Top sizer，珠海欧美克。

1.3.4产品含量测定

按照GB/T23271-2009标准中二硫化钼含量和三氧化钼含量测定方法测定，产品质量标准如表1所示。产品粒度标准见表2。

表1 产品质量标准 %

表2 产品粒度标准

2 结果与讨论

2.1 均质压力对质量变化的影响

控制进料二硫化钼粒度D50为23.15 μm，均质时间30 min，均质温度≤40 ℃条件下，改变均质压力进行二硫化钼粉碎时间，结果如表3所示。

从试验结果看，随着均质压力的增加，产品MoS2含量有下降趋势，但均能满足标准要求，MoO3含量有小幅升高，也可以满足标准和用户要求，产品粒度随着均质压力的升高，粒度明显下降。从超重力均质原理上分析，因为均质粉碎是在液相体系中进行，且增加了物料外循环换热降温，保证了体系的运行温度不升高，产品在粉碎过程中氧化反应得以抑制；因为过程采用超重力高速均质粉碎，体系中二硫化钼颗粒高速碰撞、撕裂和层间剥离，使得产品粒度得到很好的细化。从满足质量要求和经济合理综合考虑，取均质压力5 MPa为最佳压力条件。

表3 均质压力对质量变化的影响

2.2 均质时间对质量变化的影响

控制进料二硫化钼粒度D50为23.15 μm，均质压力5 MPa，均质温度≤40 ℃条件下，改变均质时间进行二硫化钼粉碎试验，结果如表4所示。

表4 均质时间对质量变化的影响

从表4可以看出，随着均质时间的延长，产品含量变化不明显，MoO3含量明显上升，这与产品在体系中运行时间长造成的氧化反应有关；产品粒度明显下降，这是时间延长增加了产品颗粒碰撞、撕裂、剥离的几率所致。为了保证产品质量不下降，且MoO3含量满足要求，取时间30 min为宜。

2.3 均质温度对质量变化的影响

控制进料二硫化钼粒度D50为23.15 μm，均质压力5 MPa，均质时间30 min，改变均质温度进行二硫化钼粉碎试验，结果如表5所示。

表5 均质温度对质量变化的影响

从表5可以看出，随着均质温度的升高，产品MoS2含量影响不明显，MoO3含量明显上升，这与产品在体系中温度升高造成的氧化反应加速有关，产品粒度无明显变化。为了保证MoO3含量不超标和实际控制水平，控制反应温度40 ℃为宜。

2.4 湿法与干法质量对比

超重力高压均质粉碎二硫化钼(湿法)与超音速气流磨粉碎方法(干法)的质量对比见表6。

表6 湿法与传统干法质量对比

从表6可看出，超重力高压均质粉碎二硫化钼方法对MoO3含量增加有明显的抑制作用，粒度越小，MoO3含量抑制作用越明显，该方法对二硫化钼生产中粒度控制和质量控制具有明显的优越性。

3 结论

超重力均质强化应用于二硫化钼的颗粒粉碎，这是由于超重力过程产生的超重力场下，通过液相体系高压均质粉碎，使二硫化钼粉体颗粒得到撞击、剥离和剪切，同时有效控制了空气中的氧接触和高温氧化，在颗粒得到细化的同时，避免了二硫化钼的氧化，保证了产品质量。试验表明：二硫化钼的粒度和MoO3含量受压力、时间和温度的影响明显，二硫化钼粒度随着压力的升高和时间的延长而变小；二硫化钼的MoO3含量随着压力的升高、时间延长和温度升高而升高。本方法(湿法)与传统气流磨粉碎(干法)相比，在保证二硫化钼粒度的情况下MoO3含量明显降低，有效解决了干法MoO3含量超标的难题。在保证产品质量的前提下，最佳的工艺操作参数为压力5 MPa、时间30 min、温度40 ℃的条件时，生产的经济性最好。