西南交大樊小強Chem. Eng. J：二硫化鉬功能化稠化劑調制高性能潤滑脂

高速載運裝備及其關鍵運動部件服役過程中經常遭受復雜多變的環境和機械雙重作用影響，會誘發嚴重的磨蝕與腐蝕交互損傷問題。潤滑脂因密封防護和潤滑功能而受到青睞，用于機械運動部件表面發揮阻隔摩擦副直接接觸和潤滑功能、阻止腐蝕性介質的浸入等，已經成為大多數機械運動部件的必需品。其中，稠化劑是潤滑脂的最基本組分，其結構與屬性、與潤滑油的感受性決定了潤滑脂的膠體/機械/化學/熱穩定性、流變學性能等。

前期工作圍繞提升潤滑脂理化性能和潤滑密封功能，篩選了系列二元酸、有機胺及調控摩爾比，通過調制復合皂化過程與稠化劑纖維的組分結構，從而可實現對潤滑脂理化性能和摩擦學行為的調控。相關工作發表于Tribology Letters, 2020, 68:99; Friction, 2021, 9, 1077-1097; Tribology International 2022, 173, 107643和175, 107826; Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2022,111, 51-63等，系統解析了皂化反應的二元酸、有機胺及其配比對稠化劑結構與稠化效果、以及對潤滑脂理化性能與流變學性能的影響規律。

在上述研究基礎上，鑒于現用潤滑脂需引入多種添加劑才能滿足工況服役性能要求，這些添加劑僅僅作為增強相存在于潤滑脂的膠體分散體系中，難以與潤滑油、稠化劑充分協同而最大限度地發揮其防護功能。

近日，西南交通大學材料服役行為與安全評價研究團隊樊小強等故提出了功能化稠化劑的理念。通過原位還原MoS₂接枝于凹凸棒制備了功能化的凹凸棒稠化劑(ATP/MoS₂)，證明了ATP/MoS₂稠化劑對潤滑脂摩擦學性能的增強作用，并提出了其潤滑機理，相關工作發表于專業領域權威期刊Tribology International, 2023, 179, 108135。同時，利用機械應力誘導和硫醇化學導向技術充分利用缺陷S空位和活性Mo原子共軛，成功獲得氨基化改性MoS₂，并將其引入到皂化過程中，原位構建了一種新型的二硫化鉬功能化復合鋰皂多元氫鍵稠化體系，探究了該稠化劑所調制的潤滑脂在高剪切速率和長剪切時間下的流變響應行為，揭示了新型稠化劑在摩擦界面二硫化鉬的釋放規律以及獨特納米結構的摩擦膜形成機制。該文章近日以題為“MoS₂ functionalized lithium complex soap with enhanced thickening net structure toward high-performance thickener”發表于國際權威期刊Chemical Engineering Journal, 2023, 478, 147445。

圖1 半胱氨酸接枝在MoS₂硫空位及CLT/MoS₂稠化劑的合成原理

圖2 (a, b, b₁, d) 原始MoS₂和(c, c₁) MoS₂-NH₂的SEM圖像，以及Mo、S、O元素的特征面分布；(e, e₁) LT和(f, f₁) CLT的SEM圖像；CLT/MoS₂的SEM圖像和對應的元素映射圖像(g, g₁, g₁₁, g₂, g₃, g₄, g₅).

圖3 (a) CLT(S)+MoS₂-NH₂相互作用的單位細胞模型；(b) CLT(S)/MoS₂的優化晶胞模型；(c) CLT(S)/MoS₂的電荷密度切片；(c₂)為(c)中反應作用位點的局部放大圖；(d) 計算出的CLT(S)+MoS₂-NH₂和CLT(S)/MoS₂的相互作用能

圖4 (a) 四種稠化劑對應的潤滑脂的四球摩擦試驗；(b) Mec-mixed樣品重復實驗的摩擦系數曲線與CLT/MoS₂的摩擦系數；(c) 平均摩擦系數；(d) 球磨斑的復合磨損量

圖5 稠化劑作用于摩擦界面的可能場景的示意圖：(a) 大塊的LT稠化劑在界面的聚合導致了潤滑不足效應的產生；(b) CLT細短纖維充分分散于油膜脂中，油膜黏度的提升造成了膜厚的遞增；(c) CLT/MoS₂全方位減磨抗磨機理

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.108135

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147445

作者簡介：

樊小強，工學博士，教授，四川省杰青、省QR計劃特聘專家、省專家服務團專家。榮獲廣西科技進步一等獎（排3）、溫詩鑄楓葉獎-優秀青年學者獎、全國鐵路青年科技創新獎、詹天佑鐵道科學技術獎-專項創新獎、中國科學院院長優秀獎、第七屆IFAM優秀青年科學家獎等榮譽，入選2022年度斯坦福全球前2%科學家榜單。主要從事高速載運裝備磨蝕防護材料與技術研究，以第一或通訊作者已在國際權威期刊發表SCI一區論文80余篇（他引2800余次），授權國家發明專利20件（成果轉化3項），獲國家自然科學基金（青年、面上、聯合基金）等資助。兼任中國機械工程學會表面工程分會青年工作委員會委員；中國機械工程學會材料分會委員會委員；中國腐蝕與防護學會鐵道設施專業委員會委員；四川省腐蝕與防護學會理事會常務理事等。