Смазка в условиях низких температур является основной проблемой в аэрокосмической отрасли, полярных экспедициях и хранении и транспортировке сжиженных газов. Традиционные смазочные масла быстро густеют и затвердевают при температурах ниже -40°C, что приводит к трудностям при запуске оборудования и резкому возрастанию сопротивления трения. Дисульфид молибдена (MoS2), как твёрдый смазочный материал слоистой структуры, сохраняет низкий коэффициент трения даже в криогенных условиях при -180°C, поскольку его смазочные свойства не зависят от изменения вязкости. Экспериментальные данные показывают, что коэффициент трения MoS2 при комнатной температуре составляет 0,02-0,06, а при испытаниях при температуре жидкого азота (-196°C) коэффициент трения слегка повышается, но остаётся ниже 0,08, что значительно превосходит характеристики обычных смазок при этой температуре.

Физический механизм отказа смазки при низких температурах заключается в подавлении молекулярного движения смазочного масла. Минеральные масла могут увеличить кинематическую вязкость в десятки раз при -30°C, а синтетические эфирные масла также претерпевают стеклование около -60°C. Механизм смазки MoS2 основан на межслоевом скольжении структуры S-Mo-S, где межслоевые силы связи находятся только на уровне Ван-дер-Ваальса, с энергией диссоциации слоёв около 0,15 Дж/м². Это означает, что изменения температуры оказывают ограниченное влияние на смазочные свойства, и межслоевое сдвиговое скольжение может нормально происходить даже при значительном снижении молекулярного теплового движения.

В аэрокосмической технике потребность в низкотемпературной смазке сосредоточена на механизмах развёртывания спутников и клапанах ракет. Некоторые компоненты геостационарных спутников работают при температурах до -170°C. Отчёты NASA показывают, что распылённые плёнки MoS2 после 5000 циклов работы в вакууме при -180°C демонстрировали скорость износа ниже 10⁻⁹ мм³/Нм. Механизм привода солнечных батарей Международной космической станции также использует твёрдую смазку на основе MoS2 для обеспечения 15-летнего срока службы на орбите. Эти данные взяты из общедоступных технических отчётов NASA (серия NASA/TM-2003-212440).

Оборудование для хранения и транспортировки сжиженного природного газа (СПГ) представляет другой типичный сценарий низкотемпературной смазки. Насосы резервуаров СПГ и транспортные клапаны работают при -162°C, где обычные смазочные материалы полностью теряют текучесть. Записи техобслуживания одного приёмного терминала СПГ показывают, что клапаны с покрытием MoS2 не имели отказов заклинивания после 3 лет эксплуатации, тогда как ранее при использовании криогенных смазок повторная смазка требовалась в среднем каждые 6 месяцев. Диапазон температур от -162°C до -180°C является именно той областью высокоэффективного применения твёрдой смазки MoS2 как замены смазочным материалам.

Транспортные средства и оборудование полярных экспедиций также сталкиваются с трудностями низкотемпературной смазки. Зимние температуры в Антарктиде могут достигать -80°C, а трансмиссии и гидравлические устройства транспортных средств испытывают огромное сопротивление при запуске. После нанесения сухой плёнки MoS2 на приводные валы и шарниры крутящий момент трения при холодном пуске может быть снижен примерно на 35%-50%, согласно результатам сравнительных испытаний из отчёта по техобслуживанию оборудования 35-й китайской антарктической экспедиции.

Следует отметить, что MoS2 имеет положительный эффект снижения скорости окисления при низких температурах, но его влагостойкость невысока во влажных средах. При использовании в условиях переменной влажности рекомендуются защитные уплотнительные меры. Для применения при температурах ниже -180°C также необходимо оценивать соответствие коэффициентов теплового расширения покрытия и подложки для предотвращения отслоения покрытия при температурных циклах. Распылённые плёнки MoS2 на подложках из титановых сплавов и нержавеющей стали демонстрируют хорошую адгезию при глубоком криогенном термоциклировании.

низкотемпературная смазка, low-temperature lubrication, дисульфид молибдена, MoS2, -180°C, экстремальная среда, extreme environment, твёрдый смазочный материал, solid lubricant, аэрокосмическая отрасль, aerospace, слоистая структура, layered structure