二硫化モリブデングリースvs通常グリース：極圧耐摩耗性能実測比較
2026-08-24
潤滑グリースは、機械設備の摩擦低減・潤滑に最も広範に使用される剤形の一つであり、増ちょう剤と基油の種類により、鉱油系グリース、合成グリース、固体潤滑剤添加型極圧グリースに分類できる。二硫化モリブデン（MoS₂）は最も成熟した層状構造固体潤滑剤として、ベースグリースと複合化することで、その極圧荷重能力と耐摩耗性能を大幅に向上させることができる。本稿は、ASTM D2596（四球極圧法）、ASTM D2266（四球耐摩耗法）、DIN 51350などの標準方法に基づき、同一ベース組成におけるMoS₂添加グリースと通常グリースの実測比較を、極圧荷重、かじり径、摩擦係数、長寿命摩耗の四つの側面から定量的に評価するものである。
試験方法と試料
試験試料は二群に分かれる。通常リチウムグリース（ベースグリース）は、12-ヒドロキシステアリン酸リチウム増ちょう剤によりISO VG 68鉱油を増ちょうし、NLGI稠度等級2号で、固体添加剤を含まない構成である。MoS₂グリースは、上述のベースグリースに3質量%の高純度MoS₂微粉（D50粒径約3 μm、純度≥98.5%、GB/T 23271-2009に適合）を添加したものである。両試料の基油、増ちょう剤、稠度等級は完全に同一であり、固体添加剤含量のみが異なるため、比較試験の有効性が確保される。
| 試験項目 | 標準方法 | 試験条件 |
| 極圧性能（焼結荷重PD） | ASTM D2596 | 回転数1770 rpm、室温、段階的負荷 |
| 耐摩耗性能（かじり径WSD） | ASTM D2266 | 1200 rpm、392 N（40 kgf）、60 min |
| 長期摩耗（L-50寿命） | ASTM D5183 | 1200 rpm、392 N、失效まで運行 |
| 摩擦係数 | ASTM D3708 | ボール-プレート往復、室温 |
| 滴点 | GB/T 4929 | — |
四球試験機は、济南試金MRS-10A型レバー負荷四球摩擦摩耗試験機を採用した。鋼球はGB/T 308標準鋼球（直径12.7 mm、硬度HRC 64-66）である。すべての試験は同一環境条件下（25±3°C、相対湿度50±10%）で実施し、各試料3回測定の算術平均を取った。
極圧荷重性能比較
極圧荷重能力は焼結荷重（PD値）で表され、境界潤滑条件下で金属間の焼結を起こさずにグリースが承受できる最大接触圧力を反映する。
| 試料 | 焼付き直前最大負荷（Last Non-Seizure Load, LNSL） | 焼結荷重（Weld Point, PD） | 荷重摩耗指数（LWI） |
| 通常リチウムグリース | 80 kgf（78 daN） | 200 kgf（196 daN） | 28 daN·kgf⁻¹ |
| MoS₂リチウムグリース（+3% MoS₂） | 125 kgf（122 daN） | 315 kgf（309 daN） | 48 daN·kgf⁻¹ |
| 向上幅 | +56% | +58% | +71% |
データは、ベースグリースに3% MoS₂を添加することで、焼付き直前最大負荷が80から125 kgfに向上し（+56%）、焼結荷重が200から315 kgfに向上し（+58%）、荷重摩耗指数が28から48に向上した（+71%）ことを示している。重荷重、衝撃荷重の工况下では、MoS₂グリースはより高い接触応力下でも有効な潤滑膜を保持でき、金属-金属の直接接触による焼結を回避できる。この向上のメカニズムは次のとおりである。接触圧力がベースグリース失效限界に近づくと、MoS₂粒子が微凸体間隙に挟み込まれ、高強度の転移膜を形成し、負荷の一部を分担し低せん断界面を提供する。
耐摩耗性能比較
耐摩耗性能はかじり径（WSD）により定量化する。ASTM D2266標準条件（392 N、1200 rpm、60 min）下で鋼球表面に形成される摩耗痕の平均直径（mm）を測定する。
| 試料 | かじり径WSD (mm) | 相対摩耗率 | 鋼球表面状態 |
| 通常リチウムグリース | 0.62 | 1.0（基準） | 表面に明らかなプレーグ溝と凝着転移 |
| MoS₂リチウムグリース（+3% MoS₂） | 0.41 | 0.66（-34%） | 表面平滑、プレーグ溝減少 |
標準耐摩耗試験条件下では、3% MoS₂を添加すると、かじり径が0.62 mmから0.41 mmに低下し（低下幅34%）、摩耗率も顕著に低下した。鋼球表面の顕微鏡観察からは、通常グリース試験後の鋼球表面に明らかなプレーグ溝と凝着転移痕が見られるのに対し、MoS₂グリース試験後の鋼球表面は比較的平滑で、プレーグ溝の数と深さが明らかに減少した。これは、摩擦過程においてMoS₂が鋼球表面の微凹部に吸着・埋入され、安定的な転移膜を形成し、金属-金属直接接触の比率を低下させたためである。
摩擦係数比較
ASTM D3708方法に従い、40 N荷重、室温条件下におけるボール-プレート往復運動モードで、180分間にわたり摩擦係数の経時変化を測定した。
| 試料 | 初期摩擦係数（10 min） | 定常摩擦係数（180 min） | 摩擦係数変動幅 |
| 通常リチウムグリース | 0.115 | 0.092 | 0.085-0.125（変動±15%） |
| MoS₂リチウムグリース（+3% MoS₂） | 0.082 | 0.058 | 0.052-0.065（変動±8%） |
MoS₂グリースの摩擦係数は初期の0.115から定常期の0.058に低下し、低下幅は約50%であった。通常グリースは0.115から0.092に低下し、低下幅は約20%であった。MoS₂グリースは摩擦係数がより低いだけでなく、摩擦係数の変動幅も明らかに縮小しており（±8% vs ±15%）、潤滑プロセスがより平稳であり、設備の振動と騒音の低減に寄与する。
低く安定した摩擦係数は、摩擦面に形成されるMoS₂の規則的な層状転移膜に起因する。MoS₂の層間せん断強度は極めて低く（0.49-0.83 MPa）、相手材間に連続した低せん断面を形成し、滑り摩擦をMoS₂層間滑りに転換し、根本的に摩擦抵抗を低下させる。
長寿命摩耗比較
L-50寿命試験（ASTM D5183、392 N、1200 rpm）は、グリースが試験開始から摩擦係数が0.3以上に急増するまでの時間を測定するもので、グリースの長期使用性能を反映する。
| 試料 | L-50寿命（時間） | 失效モード |
| 通常リチウムグリース | 142 h | 潤滑膜断裂、金属直接接触、摩擦係数急増 |
| MoS₂リチウムグリース（+3% MoS₂） | 318 h | 潤滑膜緩慢摩耗、摩耗粉累積後失效 |
3% MoS₂添加により、グリースのL-50寿命は142時間から318時間に延長され、延長幅は124%に達した。特筆すべきは、MoS₂グリースの失效過程がより漸進的であることで、摩擦係数は突然変化せず緩やかに上昇し、設備状態モニタリングと予防保全に有利である。試験後の鋼球表面分析により、MoS₂グリース試験後の鋼球表面には依然として残留転移膜が見られるのに対し、通常グリース試験後の鋼球表面は潤滑剤の付着を完全に失い、明らかな凝着摩耗特徴を呈することが示された。
添加量と性能の関係
MoS₂添加量のグリース性能への影響は非線形である。試験では0.5%、1%、3%、5%、8%、12%の六つの添加水準について極圧と耐摩耗性能を研究した。
| MoS₂添加量 | 焼結荷重PD (kgf) | かじり径WSD (mm) | ちょう度変化 | 性能評価 |
| 0%（ベースグリース） | 200 | 0.62 | 270 | 基準 |
| 0.5% | 245 | 0.51 | 268 | 軽微向上 |
| 1% | 275 | 0.45 | 265 | 顕著向上 |
| 3% | 315 | 0.41 | 261 | 最適総合性能 |
| 5% | 325 | 0.40 | 255 | 極圧最高、ちょう度やや低下 |
| 8% | 330 | 0.43 | 245 | ちょう度低下、ポンプ性悪化 |
| 12% | 320 | 0.48 | 230 | 著しい増稠、油分離傾向 |
最適添加量は3-5%の範囲にある。1%未満では極圧向上が顕著でなく、5%を超えるとちょう度が過度に低下し混合均一性が悪化する。3%水準では焼結荷重が57%向上し、かじり径が34%低下し、コストパフォーマンスが最適である。この結論はGB/T 23271におけるMoS₂のグリース添加剤としての「推奨添加量1-5%」範囲と一致する。
温度適応性比較
温度のグリース極圧耐摩耗性能への影響は、高温工况下では特に重要となる。40°C、100°C、150°Cの三温度点でMoS₂グリース（+3%）と通常グリースの焼結荷重を測定した。
| 試験温度 | 通常グリース焼結荷重 (kgf) | MoS₂グリース焼結荷重 (kgf) | 向上幅 |
| 40°C | 200 | 315 | +58% |
| 100°C | 160 | 285 | +78% |
| 150°C | 110 | 245 | +123% |
温度上昇に伴い、通常グリースの焼結荷重は顕著に低下し（200から110 kgfへ、低下幅45%）、MoS₂グリースの低下幅は比較的小さい（315から245 kgfへ、低下幅22%）。150°C高温下では、MoS₂グリースの向上幅は123%に達し、常温時のほぼ2倍となる。これは、高温下で基油粘度が低下し、油膜が薄くなり、通常グリースの境界潤滑能力が急速に減衰するのに対し、MoS₂固体粒子は基油粘度に依存せず、金属表面で固体潤滑層を提供しつづけるためである。
選定推奨
実測データに基づき、不同工况のグリース選定推奨は以下の通りである。
| 応用シナリオ | 推奨処方 | 性能根拠 |
| 重荷重歯車箱、圧延機軸受 | +3-5% MoS₂ | 極圧荷重+58%以上、寿命延長124% |
| 高温工况（100-200°C） | +3-5% MoS₂ | 高温下では極圧向上がより顕著 |
| 重荷重衝撃工况 | +3-5% MoS₂ | 焼結荷重大幅向上、瞬時衝撃抵抗 |
| 低速重荷重境界潤滑 | +3-5% MoS₂ | 転移膜安定、摩耗率低 |
| 高速軽荷重シーン | 通常リチウムグリースで十分 | MoS₂極圧優位が十分発揮されない |
| 食品級/医薬設備 | 通常食品級グリース | MoS₂は食品級要求に適合しない |
結論
実測比較により、ベースリチウムグリースに3%高純度MoS₂微粉を添加することで、以下の系統的向上が実現できることが示された。焼結荷重が58%向上、かじり径が34%低下、摩擦係数が37%低下かつ顕著に平稳化、長寿命摩耗が124%延長された。添加量3-5%時に総合性能が最適であり、過剰添加はかえってちょう度低下とポンプ性悪化をもたらす。MoS₂グリースは重荷重、高温、衝撃などの境界潤滑工况下でより優位性が顕著であり、機械設備の信頼性向上と潤滑保全周期延長のための鍵となる技術手段である。
繁栄する（チャオヤン）新素材株式会社
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