Dwusiarczek molibdenu
Molibden został odkryty jako materiał przemysłowy dopiero w drugiej połowie 18 wieku i nie występuje w postaci metalicznej w przyrodzie. Mimo to, jego postać mineralna - molibdenit - był używany w czasach starożytnych (czternastowieczny japoński miecz zawierał molibden), ale był nie do odróżnienia od innych podobnych materiałów, takich jak ołów czy grafit.
Molibden został po raz pierwszy zidentyfikowany w 1778 roku przez szwedzkiego naukowca Carla Wilhelma Scheele. Wkrótce po Carlu Wilhelmie Scheele w 1782 r. Peter Jacob Hjelm połšczył tlenek molibdenitu z węglem przez co uzyskał ciemny proszek metaliczny, który nazwał "molibden".
W 1891 roku francuska firma Schneider i spółka po raz pierwszy użyła molibdenu jako pierwiastka do produkcji płyt pancernych. Szybko zauważono, że molibden jest skutecznym zamiennikiem wolframu w licznych zastosowaniach stali stopowych. Dwusiarczek molibdenu zwany również: MoS2, molibdenu (IV) siarkowodór, siarczek molibdenu, CAS 1317-33-5, UN: 1950, EINECS 215-263-9, RTECS nr: QA4697000, czarny siarczek , CB Numer: CB6238843, MIL-M- 7866.
Molibden jest materiałem o strukturze lamelowej. Jest on wydobywany i wysoko rafinowany w celu osiągnięcia czystości odpowiedniej dla smarów. Dwusiarczek molibdenu występuje naturalnie w postaci cienkich stałych żył w granicie.
W sposób naturalny wydobywa się go jako kopalinę. Dwusiarczek molibdenu to nieorganiczny związek. Ten czarny krystaliczny siarczek molibdenu występuje jako molibdenit mineralny. Jest to głównie ruda, z której molibden jest pobierany. Jakość dwusiarczku molibdenu zależy od źródła wydobycia. Większość materiału stosowanego jako środek smarny w USA jest wydobywany w kopalni Henderson & Climax w Kolorado oraz Australii i Kanadzie (Otter Lake, Ontario). Produkt tam wydobywany jest bardzo wysokiej jakości i jest łatwo dostępny. Wielkość cząstek wpływa znacząco na możliwość przenoszenia obciążenia. Dwusiarczek molibdenu MoS2 podobnie jak grafit ma niski współczynnik tarcia, ale w przeciwieństwie do grafitu, nie ulega absorpcji w oparach wody lub wilgoci. W rzeczywistości adsorbowana wilgoć może rzeczywiście doprowadzić do nieznacznego wzrostu tarcia. MoS2 również ma większą nośność od innych środków o charakterze smarnym. Stabilność termiczna w środowiskach utleniających wynosi 1100°C, ale w powietrzu można ją zmniejszyć do zakresu od 35°C do 400°C. Zastosowanie dwusiarczku molibdenu na otwartym powietrzu w podwyższonej temperaturze jest w zasadzie ograniczona do 371°C. Wyższe temperatury powodują utlenianie MoS2 do trójtlenku molibdenu MoO3 i dwutlenek siarki SO2 .Chociaż molibden jest czasem zaliczany do metali ciężkich jego właściwości są bardzo odmienne od typowych metali ciężkich takich jak: rtęć, tal i ołów. Jest on znacznie mniej toksyczny od tych metali. Jego niska toksyczność sprawia, że molibden staje się atrakcyjnym substytutem bardziej toksycznych materiałów.
Właściwości dwusiarczku molibdenu
Dwusiarczek molibdenu jest nierozpuszczalnym w wodzie ciemnoszarym do czarnego proszkiem (kolor w zależności od jego rozmiaru cząsteczek). Najważniejsze, podstawowe właściwości fizyczne są wymienione poniżej:
* Struktura kryształu Sześciokątna
* Kolor Niebieski, szary, czarny
* Wygląd Krystaliczne ciało stałe
* Masa cząsteczkowa /molowa 160,08 g / mol
* Struktura krystaliczna Sześciokątna-warstwowa, romboedryczna
* Przewodnictwo elektryczne Niska, ale zmienna
* Smarowanie próżniowe Doskonałe
* Stabilność chemiczna Obojętne z wyjątkiem silnych utleniaczy
* Stabilność na promieniowanie Dobra
* Gęstość (g/cm3) 5,06
* Właściwości magnetyczne Diamagnetyczny
* Dysocjacja (°C) Temp. 1370 °C (nie utleniające środowisko)
* Temperatura topnienia (°C) 1700 °C (pod ciśnieniem)
* Temperatura sublimacji (°C) 1050 ° C w wysokiej próżni
* Gęstość przy 20oC g/ml 4,8
* Twardość 1-1,5
* Współczynnik tarcia 0.03-0.06
* MoS2 Zawartość (% średnio) 98
* Substancje nierozpuszczalne (% średnio) 0,50
* Żelazo (% w produkcie wyjściowym) 0,30
* Trójtlenki molibdenu (%) 0,05
* Woda (% max) 0,02
* Oleje (% max) 0,05
* Węgiel (% max) 1,90
* Odporność na ścieranie (MIL STD 141A) 10000 cykli / MIL\
* Współczynnik tarcia (ASTM D1894) 0.19 statyczne, 0,16 kinetyczna |
|
* Odporność na sole(ASTM B117) 500 godz.
* Grubość 0,001 "- 0,003"
* Trwałość (ASTM 2625) 250 min.
* Operacyjne Temperatury (oF) Do 750
* Merck 12,6318
* Plastyczność 3450 MPa (5 x 10 5 psi)
* Punkt topnienia (°C) 1185 °C rozkłada się
* Temperatura wrzenia (°C) 450 °C
* Gęstość 5060 kg/m3
* Smarowanie pod ciśnieniem w zakresie temperatur od -185 oC do 1100 oC
* Trwałość chemiczna Substancja obojętna, nietoksyczna
* Właściwości elektryczne właściwości półprzewodnikowe
* Twardość Rockwella 30 HRC
Dwusiarczek molibdenu występuje w dwóch postaciach krystalicznych: sześciokątnej i romboedrycznej. Sześciokątny forma jest zdecydowanie najbardziej popularna i jest jedynym rodzajem w komercyjnym wydobywaniu rud.
Sześciokątna forma dwusiarczku molibdenu została zastosowana w syntetycznym MoS2. Sześciokątna forma MoS2 charakteryzuje się warstwami, w której atomy molibdenu mają trójkątny pryzmatyczny wygląd i koordynują z sześcioma atomami siarki, w którym jedna płaska, sześciokątna warstwa atomów molibdenu przeplata się pomiędzy dwiema warstwami atomów siarki.
Romboedryczna forma była pierwsza w identyfikowaniu materiału syntetycznego.
Dwusiarczek molibdenu klasyfikowany jest jako przejściowy metal dichalcogenide (TMD), który obejmuje: disiarczki, diselenidy i tellurki. Związki te występują w różnych postaciach krystalicznych, ale tylko molibden i wolfram tworzą związki MoS2 w sześciokątną strukturę krystaliczną typu 4. Stąd wynikają doskonałe właściwości smarujące MoS2 - słabe wiązanie Van der Waalsa między S-Mo-S. Dlatego, uzyskane powierzchniowe, niskie tarcie obserwowane przy stosowaniu MoS2 można wytłumaczyć po części dużym odstępem między warstwami S-Mo-S i częściowo korzystnemu rozkładowi elektronów na składowych atomach.
Wewnętrzna właściwość łatwego ścinania występuje na styku cząsteczek siarki. Interakcja między warstwami daje efekt zbliżony do tego, co człowiek może doświadczyć, jeżli stara się manewrować po podłodze całkowicie pokrytej nowymi kartami do gry. Każda karta do gry przesuwa się bardzo łatwo po innej karcie.
Korzystanie z MoS2 jest najbardziej przydatne w systemie smarowania granicznego, gdzie istnieje kontakt pomiędzy częściami metalowymi, w przeciwieństwie do tarcia hydrodynamicznego, gdzie istnieje wystarczająco grubowarstwowy płyn, aby uniemożliwić kontakt pomiędzy warstwami trącymi. Czynniki, które przyczyniają się do istnienia smarowania granicznego obejmują wysokie temperatury, niskie przesuwne prędkości lub oscylacyjny ruch i obciążenie prądem. Generalnie dwusiarczek molibdenu w naturalnie występującej postaci heksagonalnej jest chemicznie bardzo obojętny. Jest nierozpuszczalny w tłuszczach i wodzie. Dwusiarczek molibdenu jest nieaktywny z kwasami, jednak nie jest odporny na atak z gorącym stężonym kwasem siarkowym i azotowym. Dwusiarczek molibdenu jest przekształcany bezpośrednio w metal przez ogrzewanie w otoczeniu wodoru przez pośredni związek Mo2S3 oraz MoO3 oraz silnią egzotermiczną reakcję utleniania w powietrzu w temperaturze 500-600oC. Reakcja naturalnego MoS2 i chloru w przypadku braku powietrza w podwyższonej temperaturze wytwarza pentachlorek molibdenu. Charakterystyka utleniania naturalnego oleju klasy MoS2 była badana przez kilku naukowców w różnych instytucjach. Termiczna szybkość utleniania z MoS2 w powietrzu badana po dyfrakcji promieni rentgenowskich wykazała, że poniżej 300oC, utlenianie jest bardzo powolne i trudne do dokładnego zmierzenia, a poniżej 388oC, MoS2 utlenia się w wolniejszym tempie niż W2S6 . Według obserwacji nie ma wyraźnej zgody co elektrycznego przewodnictwa MoS2. Jednak ogólny jest pogląd, że dwusiarczek molibdenu może być zaklasyfikowany jako półprzewodnik typu "P". Istnieje silna korelacja między przewodnością MoS2, a temperaturą. Pomimo faktu, że wartości bezwzględne oporności lub przewodności mogą być różne, ustalono ponad wszelką wątpliwość, że MoS2 wraz ze wzrostem temperatury wykazuje stopniowy spadek odporności i wzrost przewodności.
Przewodność również jest funkcją kierunku przepływu prądu w stosunku do struktury krystalicznej szczególnie w wyższej temperaturze. Przewodnictwo elektryczne w temperaturze pokojowej wahało się od 0,16 do 5,12 Ohm-1 cm-1 a po ogrzaniu od 1,02 x 10-4 do 5,89 x 10-4 Ohm-1 cm-1 .
Jednocześnie udowodniono doświadczalnie, że oporność jest taka sama niezależnie od kierunku przepływ prądu w stosunku do struktury krystalicznej.
MoS2 jest uważany za półprzewodnik. To fotoelektryczne i bimetaliczne zachowanie jest jednak niekonsekwentne. Jeżeli temperatura zwiększa się to staje się on dobrym przewodnikiem.
Pierwszy mikroprocesor wykonany z dwusiarczku molibdenu został przetestowany przez Andrasa Kissa w pracowni nanoskalowej elektroniki w Lozannie, w Szwajcarii. W przeciwieństwie do grafenu, innego materiału, który może być stosowany w elastycznych półprzewodnikach, MoS2 może wzmacniać sygnały elektroniczne w temperaturze pokojowej, natomiast grafen musi zostać schłodzony do -200oC. Mimo potencjału MoS2 , może minąć jeszcze kilkanaście lat, zanim będzie gotowy do użytku komercyjnego.
Typowe zastosowania:
- na sucho do obróbki plastycznej na zimno i wyciskania operacji
Istnieje wiele preparatów na bazie dwusiarczku molibdenu które tworzą cienką warstwę smarną, którą pokrywa się zarówno metale, plastiki, gumy jak i inne materiały
b) bezpośrednio jako smar konserwujący, gdzie olej i smar nie może być stosowany
Proszek dwusiarczku molibdenu z powodu swojej struktury warstwowej jest skuteczny jako smar. Użytkownicy wyczynowych silników motocyklowych i samochodowych stosują siarczek molibdenu jako jeden z podstawowych środków poprawiających parametry silnika. Mniejsze tarcie wiąże się bezpośrednio z temperaturą silnika, zatem MoS2 sprawdza się także w jednostkach mocno obciążonych termicznie, a więc silnikach modyfikowanych mechanicznie i elektronicznie.
c) dodatek do smarów i olejów powodujący zmniejszenie tarcia
Smary z dodatkiem molibdenu to dziś znacząca część produkcji smarów. Od 1943 roku znaczące firmy z branży chemicznej zaczęły stosować dwusiarczek molibdenu jako dodatek do oleju silnikowego oraz przekładniowego. Dziś olej z dodatkiem dwusiarczku molibdenu to znaczący sektor w produkcji olejów różnych marek.
Laboratoria obliczyły, że zastosowanie MoS2 spowoduje zmniejszenie zużycia paliwa od 10% do 25%. Siarczek molibdenu zmniejsza tarcie w silniku aż do 60%. W czasie wzrostu cen paliw jest to znaczące obniżenie kosztów eksploatacji pojazdu.
d) katalizatory
Katalizatory molibdenowe są odporne na związki siarki. Katalizują przemianę wodoru i tlenku węgla z pirolizy odpadów do alkoholi w obecności siarki w warunkach, które mogłyby uszkodzić inne katalizatory metaliczne. Podobne katalizatory oparte na molibdenie zostały użyte w konwersji węgla do węglowodorów ciekłych.
Cena dwusiarczku dobrej jakości zależy ściśle od czystości (do 98%) i wielkości ranulatu (od 10 nm do 20ľm )
Jedna uwaga.
Dwusiarczek molibdenu opisywany jest niekiedy jako cudowny środek smarny. Żaden inny produkt nie może zapewnić ochrony smarowania jak siarczek molibdenu, ale MoS2 nie wyleczy wszystkiego co związane jest z tarciem. Nie poprawi uszkodzeń mechanicznych lub spowoduje, że stare lub zużyte części będą jak nowe.
Odpowiednio wykorzystanie MoS2 może podwoić żywotność silnika diesla, silnika gazowego, sprężarek i innych urządzenia przemysłowych.
Więcej informacji uzyskasz wysyłając maila abs@lu.onet.pl
Zespół "ABS Serwis"
|
