二硫化钨的摩擦系数是多少?

二硫化钨(WS₂)的摩擦系数(μ)是其作为固体润滑剂的核心性能指标,因其极低而备受关注。在理想条件下,如真空(10⁻⁶ Torr)或干氮气中,WS₂的摩擦系数通常在0.03至0.06之间,这一数值通过摩擦测试(如销盘法,负载1-10 N,滑动速度0.1-1 m/s)测得。在空气中,摩擦系数略高,为0.06至0.1(湿度20-50%),若湿度升至50-70%,则可能增至0.1-0.2。

这一低摩擦系数的来源是WS₂的六方层状结构:层内通过强共价键连接钨和硫原子,层间则由弱范德瓦尔斯力维系,使层间易于剪切滑动,在滑动表面形成低摩擦的转移膜。与二硫化钼(MoS₂,μ约0.04-0.1)相比,WS₂在真空中的表现更优,尤其因其对水分和氧气的敏感性较低。在真空环境中,摩擦系数可低至0.03,是固体润滑剂中最优值之一,远低于石墨(空气中0.1-0.2)。然而,在空气中若温度超过510°C,WS₂氧化为三氧化钨(WO₃),摩擦系数急升至0.6-0.8,失去润滑性。

摩擦系数受多种因素影响。负载增加(如至50 N)可使层更紧密排列,μ略降至0.02-0.03;表面粗糙度高则增加摩擦阻力,μ可能升至0.15。湿度是关键变量,湿气吸附于层间会提高剪切阻力,但在干态下WS₂表现最佳。测试条件标准化(如ASTM G99)确保数据一致性,例如在钢或陶瓷对摩面上的测量结果。

WS₂的低摩擦系数使其在航天(如卫星轴承,μ=0.03)、工业齿轮(空气中0.06-0.1)等领域广泛应用。其粉末或涂层形式均能保持这一特性,通过喷涂或抛光工艺施加于表面。相比液体润滑剂,WS₂无需挥发或泄漏,适用于极端环境,但需注意氧化温度限制以维持性能。

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