MoS2潤滑剤 vs 普通グリース：極圧耐摩耗性能の実測比較
2026-08-04
二硫化モリブデン（MoS2）グリースは、基材グリースにMoS2固体潤滑剤を添加することで、境界潤滑および極圧条件下において通常のグリースと比較して顕著に優れた耐摩耗性能を示す。四球試験機のデータによると、3%の二硫化モリブデンを添加したリチウムグリースは焼結荷重（PD値）を1960Nから3087Nに向上させ、摩耗痕直径を0.72mmから0.45mmに低減する。高荷重、衝撃荷重、頻繁な起動停止条件下で稼働する設備において、二硫化モリブデン含有グリースの選択は軸受や歯車の摩耗寿命を直接延長する。
試験方法とパラメータ設定
極圧耐摩耗性能の実験室評価は、主に四球摩擦摩耗試験機を採用し、ASTM D2596（極圧性能）およびASTM D2266（耐摩耗性能）に準拠する。試験条件は、室温、回転数1450r/min、試験鋼球は直径12.7mmのGCr15軸受鋼球である。
今回の比較に使用したサンプルは以下の通り：A群—市販普通リチウムグリース（基材グリース、固体潤滑剤不含）、B群—同リチウムグリースに3%二硫化モリブデン粉末添加（純度99%、D50=3μm）、C群—同リチウムグリースに5%二硫化モリブデン粉末添加。
極圧性能比較：PD値とPB値
極圧性能はPB値（最大非焼付き荷重）とPD値（焼結荷重）により評価される。PB値は鋼球表面で焼付きが発生しない最大荷重を反映し、PD値は潤滑膜が完全に破壊され鋼球が溶接焼結する荷重を示す。
| 指標 | A群（普通グリース） | B群（3% MoS2） | C群（5% MoS2） |
|---|---|---|---|
| PB値（N） | 784 | 980 | 1235 |
| PD値（N） | 1960 | 3087 | 3920 |
| 総合摩耗値ZMZ | 28.5 | 42.3 | 51.7 |
B群のPB値はA群より25%向上し、PD値は57.5%向上した。C群（5%添加）のPD値は3920Nに達し、普通グリースの2倍となった。総合摩耗値ZMZは28.5から51.7へ81.4%増加し、二硫化モリブデンが高荷重条件下で金属間直接接触を効果的に抑制することを示している。
二硫化モリブデンの層状構造が極圧性能向上の根本的理由である。MoS2結晶ではS-Mo-S三層がファンデルワールス力により積層され、層間せん断強度はわずか0.08MPaである。摩擦応力下で層間方向に沿って滑り、金属表面に転移膜を形成する。基材グリースの潤滑膜が破壊された後も、MoS2転移膜が固体潤滑を継続提供し、金属の溶接焼結を防止する。
耐摩耗性能比較：摩耗痕直径
耐摩耗性能は摩耗痕直径（WSD）により評価し、試験条件は392N荷重、60分間、1450r/minである。摩耗痕が小さいほど、潤滑剤の鋼球表面の摩耗制御が良好であることを示す。
A群の摩耗痕直径は0.72mm、B群は0.45mmに低下（37.5%減）、C群は0.41mm（A群比43.1%減）であった。注目すべきは、3%から5%への添加量増加による摩耗痕直径の減少はわずか8.9%であり、限界利益逓減が見られた。実用上、3%の添加量で大部分の耐摩耗ニーズを満たすことができ、5%以上の添加は費用対効果が低下し、グリースのちょう度やポンプ送り性に影響する可能性がある。
摩耗痕形態観察では、A群の摩耗痕縁部に明瞭な耕犁溝と凝着撕裂痕が見られ、表面粗さRa=0.38μmであった。B群は摩耗痕縁部の耕犁溝が顕著に浅くなり、表面粗さRa=0.21μmで、MoS2転移膜が摩耗領域に均一な暗灰色被覆層を形成していた。XPS分析により、転移膜中にMoO3とMoS2の混合相が存在することが確認され、MoO3は摩擦過程でのMoS2の酸化生成物であり、一定の潤滑作用を有することが判明した。
摩擦係数の変化
四球試験中の摩擦係数のリアルタイム監視では、A群は試験初期に摩擦係数0.10-0.12を示したが、荷重が1568Nに増加した際に摩擦係数が0.35以上に急増し、潤滑膜の破壊を示した。B群は全荷重勾配において摩擦係数0.06-0.09の範囲を維持し、2450N荷重下でも安定していた。C群の摩擦係数はより低い（0.05-0.07）が、B群との差は有意ではなかった。
実際の使用条件での選択提案
上記実測データに基づき、グリースへの二硫化モリブデン添加の効果は主に極圧条件下で発揮される。接触応力が1000MPa未満の通常条件下では、普通リチウムグリースで十分であり、MoS2添加の限界利益は限定的である。ただし、以下のシナリオでは二硫化モリブデン含有グリースが代替不可能な優位性を発揮する：衝撃荷重が頻発する鉱山破砕機、高荷重低速の製鋼連続鋳造機、起動停止が頻繁な自在継手および十字継手。これらの用途では、リチウムまたはポリ尿素系グリースに3%のMoS2（D50=1.2-3μm）を添加することを推奨し、耐摩耗性能とコスト管理のバランスを図る。
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