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
2026-08-05
高負荷、衝撃、境界潤滑条件下では、通常のグリースの油膜強度は金属同士の直接接触を隔離するのに不十分であり、スカッフィング、焼付き、早期摩耗を引き起こす。二硫化モリブデン（MoS₂）を固体潤滑剤としてグリースに添加することで、金属表面にせん断強度の極めて低い移着膜を形成し、摩擦界面の潤滑メカニズムを根本的に変える。本稿では、四球極圧試験（SH/T 0202、ASTM D2596相当）およびTimken摩耗試験の実測データに基づき、二硫化モリブデングリースと通常グリースの性能を系統的に比較する。
トライボロジーメカニズムの根本的差異
通常グリースの潤滑メカニズムは、基油が摩擦面に形成する流体動圧油膜または弾性流体潤滑（EHL）油膜に依存する。低速、高負荷、頻繁な起動停止条件下では、油膜厚さが両面を完全に分離するのに不十分であり、摩擦対は境界潤滑状態にある。このとき金属の微小突起が直接接触し、接触応力は1,000〜2,500 MPaに達し、摩擦力の急激な上昇と材料移着を引き起こす。
二硫化モリブデングリースの潤滑メカニズムは全く異なる。MoS₂は六方晶系のS-Mo-S層状結晶構造を持ち、層内のS-Mo共有結合は強く、層間のS-Sファンデルワールス力は層内の1/100に過ぎない。せん断力の作用下で層間すべりが発生し、MoS₂粒子が金属表面に厚さ0.05〜0.5 μmの連続的な移着膜を形成する。この移着膜の摩擦係数はわずか0.02〜0.08であり、境界潤滑状態での通常グリースの0.12〜0.20を大きく下回る。移着膜は自己再生能力を持ち、摩耗した膜はグリース中のMoS₂粒子によって絶えず補充され、動的な自己修復システムを形成する。
さらに重要なことに、MoS₂移着膜のせん断強度は荷重の増加に伴って低下する。この特性により、MoS₂グリースは高負荷条件下で予想を超える極圧性能を発揮する。荷重が大きいほど、移着膜は摩擦面により平行に配向し、層間すべりが容易になる。
極圧性能：四球試験による比較
四球極圧試験（SH/T 0202 / ASTM D2596）は、潤滑グリースの耐荷重能を評価する標準的方法である。同じリチウム基グリースを用い、ブランクグリースと5%二硫化モリブデン（D50=3〜5 μm、純度≥98.5%）添加グリースの比較試験を実施した。
| 指標 | 通常リチウムグリース（ブランク） | リチウムグリース + 5% MoS₂ | 変化 |
|---|---|---|---|
| PD値（焼付き荷重, N） | 1,570 | 4,905 | **+212%（3倍向上）** |
| PB値（最大非焼付き荷重, N） | 373 | 726 | **+94.6%** |
| 摩耗痕径WSD（392N, 75°C, 60分, mm） | 0.69 | 0.47 | **−31.9%** |
PD値が1,570Nから4,905Nへ跳ね上がることは、MoS₂グリースが金属焼結を起こすことなく3倍以上の限界荷重に耐えられることを示す。この向上の工学的意義は大きく、低速重荷重ギアボックス、建設機械のピンジョイント、鉱山設備の軸受などの条件下で、MoS₂グリースは衝撃荷重による歯面のスカッフィングと焼付きのリスクを大幅に低減する。
PB値は潤滑膜が金属-金属直接接触を防止できる最大荷重を表す。373Nから726N（+94.6%）への向上は、MoS₂移着膜が約730Nの接触荷重でも有効な潤滑を維持する一方、通常グリースの油膜は約370Nで破断することを示している。
摩耗痕径（WSD）は持続荷重下でのグリースの耐摩耗性を反映する。MoS₂グリースのWSDは0.69mmから0.47mmへと31.9%減少した。毎時3,600サイクルの長時間摩擦条件下では、この差は摩耗速度の約3分の1の低減に相当する。
耐摩耗性能：Timken試験と産業事例
Timken OK荷重試験（ASTM D2509）は、MoS₂の耐摩耗優位性をさらに検証する。リング-ブロック接触形態において、5%物理浮遊選鉱法MoS₂（アスペクト比20:1〜50:1）を添加したグリースのOK値は220〜280Nに達し、基油グリースの約150〜180Nと比較して約50〜80%向上した。
産業応用事例が実験室データを裏付けている。ある建設機械メーカーは、ローダーのピンジョイント潤滑において、3% MoS₂添加リチウムグリースと通常リチウムグリースの500時間比較試験を実施した。ピン摩耗量の測定結果：MoS₂グリース群の平均ピンクリアランス増加量は0.12mm、通常グリース群は0.28mmで、摩耗が57%低減した。SEMによるピン表面形態分析では、MoS₂グリース群の表面は平滑で摩耗痕が均一であるのに対し、通常グリース群の表面には明らかなプラウイングと材料剥離が認められた。
風力発電ヨー軸受の長期使用において、4% MoS₂添加複合リチウムグリースは36ヶ月運転後、軸受軌道面の摩耗深さ中央値が15 μmであったのに対し、通常複合リチウムグリースを使用した軸受では32 μmで、53%低減した。
高温安定性と酸化安定性
グリースの高温性能は産業潤滑における重要な検討事項である。熱重量分析（TGA）データによると、PAO基グリースの5%重量減少温度は273°Cであるが、MoS₂を添加すると284°C（+11°C）に上昇する。この上昇幅は控えめに見えるが、11°Cの向上はMoS₂移着膜が高温での基油の酸化分解を遅延させることを示している。
銅板腐食試験（GB/T 7326 / ASTM D4048）は、グリースと金属の適合性を評価する重要な指標である。MoS₂グリースを100°C、24時間の銅板試験にかけた結果、銅板の評価は1a〜1b（軽微な変色）であり、通常のリチウムグリースと同等であった。これは、MoS₂が通常の使用温度で金属腐食を促進しないことを示している。ただし、使用するMoS₂の酸価が低く（物理浮遊選鉱法製品：酸価≤0.3 mg KOH/g）、化学法製品に残留する可能性のある酸イオンや塩化物イオン（Cl⁻<50 ppm）を含まないことが前提である。
選定と添加量の推奨
二硫化モリブデングリースを選択する際、MoS₂の添加量と粒径が重要なパラメータとなる。
添加量は2〜5%（質量比）が推奨される。2〜3%の添加は中程度の荷重の軸受や歯車の通常条件に適し、4〜5%は重荷重、衝撃、または境界潤滑が支配的な過酷条件に適する。5%を超える添加はグリース稠度の過剰な上昇と低温ポンパビリティの低下を招く可能性がある。
粒径選択については、D50=3〜5 μm（約2,500メッシュ）の微粉末がほとんどの産業潤滑ニーズに適し、分散性が良好でコストも適度である。精密軸受や高速用途にはD50=1〜2 μmの超微粉末が推奨され、より均一な移着膜が得られる。
MoS₂純度は≥98.5%、鉄分≤0.25%、酸不溶分≤0.50%が求められる。高い酸価や不純物はグリースの酸化安定性や長期貯蔵安定性に影響を与える可能性がある。
基グリースの種類はMoS₂と化学的に適合する必要がある。リチウムグリースおよび複合リチウムグリースは、産業界で最も一般的なMoS₂キャリアである。ポリウレアグリースは高温（>120°C）条件下でより優れた性能を発揮する。複合スルホン酸カルシウムグリースは水による洗い流しのある湿潤条件に適する。
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