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二硫化タングステンの特長と用途 | ジュンツウネット21

二硫化タングステンはあまり聞きなれない固体潤滑剤ですがどのようなものですか。

解説します。

二硫化タングステン(WS2)は二硫化モリブデン(MoS2)と次の点で良く似ています。

(1)類似点

(1)結晶構造:六方晶系,層状格子。硫黄と硫黄の原子間引力が弱いため,底面に平行な方向に滑りやすい。
(2)潤滑性能の雰囲気依存性:真空,不活性ガス中で特に摩擦係数が低くなる黒鉛とは異なり,吸着ガスの影響を受けにくいのが特長です。
(3)耐荷重性:黒鉛,軽質金属,プラスチックより優れています。
(4)移着性:金属表面に付着しやすく,良好な潤滑膜を形成します。

(2)相違点

(1)製法:二硫化モリブデンがほとんど天然品であるのに対し,二硫化タングステンはタングステンと硫黄を直接反応させて造る合成品です。
 二硫化モリブデンより高純度で品質のバラツキは少ないのですが高価です。
(2)移着性:二硫化モリブデンより容易に相手面に付着し,優れた潤滑性能を発揮します。
(3)耐酸化性,耐薬品性:大気中で二硫化モリブデンは350℃で,二硫化タングステンは425℃で酸化します。二硫化モリブデンは塩酸,硫酸,硝酸に侵されます。
(4)金属との反応性:各種の下地金属に対して,高温まで低い摩擦係数を維持します。
(5)湿度との関連:湿った大気中での摩擦係数は二硫化モリブデンより高くなっています。
 これは,390℃以下では二硫化モリブデンより酸化しやすいためです。

WS2粉末のX線回析チャート
図1 WS2粉末のX線回析チャート

(3)二硫化タングステン(WS2)の用途

二硫化タングステンは,二硫化モリブデンと同様に,グリース,ペースト,油への添加剤,プラスチックへの充填剤や乾燥被膜,金属系複合材として使用できます。しかし,高価なため,用途は次のように限定されています。

(1)グリース:高温あるいは荷重,速度の大きい条件で使用する場合。
(2)乾燥被膜:二硫化モリブデンの乾燥被膜に添加し,性能向上をはかる場合。
(3)金属系複合材:混合粉末焼結法により金属ベースの自己潤滑性複合材を製造する場合。二硫化タングステンは,二硫化モリブデンより焼結時に反応消失しにくいため,潤滑性が損なわれません。また,反応生成物による強度,靭性の劣化も少なくなっています。したがって二硫化タングステンを多く含有させると,高性能(潤滑性,強度)の複合材が得られます。

二硫化タングステンを含有した製品はSL合金として市販されており,WS2-Cu系,WS2-W系,WS2-MoS2-Ta-Cu系等があります。いずれも高濃度の二硫化タングステンを含有したもので,特殊境界下でのしゅう動材として不可欠な材料となっています。

(4)二硫化タングステン(WS2)の特長

(1)乾燥摩擦(油,グリースなし)でも低い摩擦係数,摩耗量を示します。
(2)低速から高速,低面圧から高面圧,極低温から高温まで,摩擦,摩耗が比較的変化しません。
(3)環境温度が高い所や発熱量の多い高速,高荷重の条件で威力を発揮します。
(4)真空中やAr,He,N2などの不活性ガス中では,特に低い摩擦係数と高い耐摩耗性,耐熱性を示します。
(5)長期間の連続運転が可能で,長期間休止後でも低い摩擦係数で始動可能です。

使用箇所としては,

(1)真空機器のしゅう動部品
(2)真空炉内の軸受
(3)ボールベアリング用の保持器
(4)高温,高荷重用の軸受
(5)圧縮機,冷凍機の軸受,しゅう動面
(6)メインテナンスフリーの各種機器

などがあります。

ブルカージャパン ナノ表面計測事業部

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