粉末冶金自润滑轴承中二硫化钼添加剂的作用机理与工艺要点
2026-07-03
粉末冶金自润滑轴承是利用烧结工艺在金属基体中形成连通孔隙、浸油后实现长效自润滑的功能部件，而二硫化钼（MoS₂）作为固体润滑添加剂在其中的作用远不止"减摩"二字。实际生产中，添加1%-2% MoS₂的青铜基含油轴承，其极限pv值可达2.94 MPa·m/s（南京理工大学黄兆轩等实验数据），摩擦系数最低降至0.038，这一性能已接近部分滚动轴承的水平。
二硫化钼在烧结过程中的三重角色
MoS₂在粉末冶金轴承中扮演的功能，需要从混粉、烧结、服役三个阶段分别理解。
**混粉阶段：改善粉末流动性与填充均匀性。** MoS₂的层状晶体结构（S-Mo-S，层间范德华力结合）使其天然具有低剪切特性，粉末混合时能降低金属粉粒之间的内摩擦。铁基或铜基粉末在混料机中转速200-400 rpm条件下，添加1% MoS₂后混粉偏析率显著下降，料仓出粉均匀度提升。这对后续压坯密度一致性至关重要——压坯密度波动超过0.1 g/cm³，烧结后就会出现局部疏松或鼓泡。
**烧结阶段：原位生成减摩相。** MoS₂在烧结温度（铜基780-820℃，铁基1120-1150℃）下的行为比较复杂。铜基烧结温度低于MoS₂的分解温度（约1185℃），MoS₂在烧结过程中大部分保持结构完整，填充于金属颗粒间隙形成弥散分布的固体润滑相。铁基高温烧结时，部分MoS₂分解为Mo和S，其中S与Fe反应生成FeS（莫氏硬度2.0），同样作为软质减摩相存在于基体中。这种"原位反应生成润滑相"的机制，是非酸浸工艺生产的MoS₂（无HCl/HF残留）在粉末冶金领域备受欢迎的原因——酸浸法MoS₂层间嵌入的盐酸分子在烧结时释放H₂S和Cl₂，不仅腐蚀烧结炉衬，还会导致压坯鼓泡开裂，废品率上升25%以上。
**服役阶段：转移膜持续供给。** 含油轴承在运转初期，孔隙中的润滑油在毛细力作用下渗出形成油膜。当pv值升高、油膜破裂时，基体中弥散分布的MoS₂颗粒在摩擦力作用下被拖曳到摩擦表面，形成厚度约0.1-1.0 μm的MoS₂转移膜。这层膜将金属-金属接触转变为MoS₂-MoS₂层间滑移，摩擦系数从0.15-0.30（金属干摩擦）骤降至0.02-0.06。
添加量选择：1%-2%的工艺窗口
MoS₂添加量并非越多越好。南京理工大学的系统实验表明：青铜基含油轴承中，MoS₂质量分数从1.0%增加到2.0%，极限pv值反而下降。原因是MoS₂占位过多会降低基体连续性，孔隙连通率下降，含油量减少，且烧结收缩率增大导致尺寸超差。
实际工艺中，1.0% MoS₂ + 1.0% 石墨的复合添加方案综合表现最优——MoS₂提供极压工况下的固体润滑底线，石墨改善低速条件下的摩擦性能，两者协同使摩擦系数降至0.038。但需注意石墨含量超过1.5%会明显削弱基体力学性能（压溃强度下降15%-20%）。
对于铁基含油轴承，MoS₂添加量通常控制在0.5%-1.5%。超过此范围，烧结过程中释放的S过量，与Fe反应形成连续FeS网状组织，导致基体脆化，轴承压溃强度K值从≥200 MPa降至150 MPa以下。
粒径选择与混合工艺
MoS₂的粒径直接影响其在基体中的分散状态。D50在12-30 μm的粗粉（对应目数500-750目）适合铁基和青铜基轴承的常规混粉工艺，混合均匀性好，不易团聚。D50在3-5 μm的超细粉虽然比表面积更大，但混合时需要延长混料时间30%-50%，否则容易出现局部团聚，烧结后形成软点。
行业标准GB/T 23271-2023《二硫化钼》对粉末冶金用MoS₂的MoS₂含量要求≥98.5%，Fe≤0.25%，H₂O≤0.15%。其中铁含量控制尤为关键——Fe超标意味着原料钼精矿品位不足或提纯工艺不到位，烧结后轴承内可能出现硬质FeS偏聚点，加速对磨件磨损。
小结
粉末冶金自润滑轴承中MoS₂添加剂的作用，贯穿混粉均匀性、烧结反应控制和服役期转移膜形成三个关键环节。1%-2%的添加量窗口、粗粉优先的粒径选择、低铁含量的品质要求，是工艺工程师需要把握的三个核心参数。选择物理浮选法提纯的MoS₂原料，避免酸残留对烧结工艺的干扰，是确保含油轴承成品率与摩擦性能的基础条件。
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