脲基功能化的咪唑无卤素离子液体对复合锂基润滑脂摩擦学性能的影响

合成了两种脲基功能化的咪唑无卤素离子液体DOSS-1和DOSS-4. 采用SRV-V微动摩擦磨损试验机和Bruker-NPFLEX表面非接触光学三维轮廓仪，考察这两种离子液体作为2号复合锂基润滑脂(G)的减摩抗磨添加剂的摩擦学性能. 摩擦测试结果表明:这两种功能化咪唑离子液体添加到2号复合锂基润滑脂(G)中均表现出优异的减摩抗磨性能. 在添加量同等条件下，长链的DOSS-4表现出优于DOSS-1的减摩抗磨性能. 当添加质量分数为3%时，DOSS-4和DOSS-1的减摩抗磨性能最佳. 利用表面轮廓和扫描电镜进一步分析了磨斑表面的形貌，同时结合X射线光电子能谱仪(XPS)进一步分析了磨斑表面主要化学元素组成，阐明其摩擦机理. 该离子液体能够显著地降低摩擦磨损是因其在摩擦副表面形成了含N元素和S元素的化学反应膜.      

N/P无卤素离子液体润滑剂的链长与摩擦学性能的关系

合成了不同链长的N/P无卤素离子液体(NPILs:缩写为NP-11114，NP-11116，NP-11118)润滑剂，以聚α-烯烃(PAO 10)和卤素离子液体1-辛基3-甲基咪唑六氟磷酸盐(L-P 108)作为参照样，评价NPILs、PAO 10及L-P 108之间黏温性能、热稳定性以及室温和高温条件下的钢/钢摩擦副润滑剂的性能差异，探索了NPILs阳离子链长变化对其物理化学性质和摩擦学性能的影响规律. 结果表明:NPILs的黏度高于PAO 10和L-P 108，热分解温度低于PAO 10和L-P 108，NPILs黏度和热分解温度随着链长的增加而增加. 作为钢/钢摩擦副的润滑剂时，NPILs室温状态下减摩性能不及L-P108，但是NP-11118的抗磨性能优于L-P108；高温状态下，NPILs的减摩抗磨性能均优于L-P 108. 在常温和高温下NPILs相比PAO 10均具有优异的减摩抗磨性能，而且摩擦学性能随着烷基链长的增加而提高. 通过对磨斑表面进行扫描电镜分析证明这类离子液体具有优异的抗磨性能，通过EDS和XPS对磨斑表面的元素进行分析结果表明这类离子液体优异的摩擦学性能归因于离子液体结构中包含的N、P元素与金属基底发生摩擦化学反应所形成的具有优异减摩抗磨特性的摩擦化学反应膜.      

离子液体作为聚乙二醇（PEG）添加剂的摩擦学性能

本文研究了作为聚乙二醇（PEG）添加剂的离子液体的摩擦学性能,并用扫描电镜和XPS研究了磨斑形貌和磨斑表面的元素种类及化学状态。结果表明:离子液体作为聚乙二醇添加剂时具有优异的减摩抗磨能力,这是因为在摩擦过程中,离子液体容易吸附在摩擦表面,进一步与摩擦副发生摩擦化学反应,形成1层稳定的保护膜而起到减摩抗磨作用。     

离子液体作为钢-聚四氟乙烯润滑剂的摩擦学性能研究

采用微动摩擦磨损试验机考察了不同条件下三种离子液体作为钢/聚四氟乙烯润滑剂的摩擦学性能,并与传统润滑油聚α-烯烃(PAO)及干摩擦条件下的摩擦学性能做了对比.采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行了分析.结果表明:在变载变频试验条件下,三种离子液体与PAO的减摩抗磨性能相当;而在长磨试验条件下,离子液体均表现出优于PAO的摩擦学性能.原因是离子液体分子中的N、P、O等活性元素在摩擦过程中与聚四氟乙烯基底发生了摩擦化学反应,形成了具有润滑作用的化合物边界润滑膜,有效抑制了摩擦副的直接接触,而且该润滑膜的性能优于PAO润滑下形成的保护膜,从而使离子液体表现出优于PAO的摩擦学性能.     

多库酯类离子液体作为镁合金润滑剂的摩擦学性能及机理研究

合成了以季铵盐、季鏻盐和烷基咪唑为阳离子,琥珀酸二异辛酯磺酸为阴离子的五种多库酯类离子液体,考察了其理化性能,研究其作为钢-镁合金摩擦副润滑剂的摩擦学性能,并与常规离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺(L-F104)作对比. 结果表明:该类离子液体具有良好的黏温性能和热稳定性,并且与L-F104相比,对镁合金腐蚀较轻,且具有优异的减摩抗磨性能;接触电阻和磨斑表面元素分析结果表明该类离子液体能够在镁合金表面形成有效的吸附膜,且摩擦试验过程中形成了MgSO₄和MgO等物质的摩擦化学反应膜,能够阻止摩擦过程中金属表面间的直接接触,从而起到减摩抗磨效果.      

季铵盐聚离子液体作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究

合成了含季铵阳离子的聚离子液体PPM-Cl,采用阴离子交换得到三种具有不同烷基链长羧酸根阴离子的聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa. 发现聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa能够提升水基润滑剂的黏度. 将聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa作为润滑添加剂溶于去离子水得到一系列水基润滑剂,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机考察了水基润滑剂的摩擦磨损性能并与含有商业增黏剂APE30的水基润滑剂进行了比较. 结果发现,聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa对水基润滑剂的增黏效果优于商业增黏剂APE30,聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa作为润滑添加剂均体现出优异的减摩抗磨性能. 其中,阴离子链长较长的聚离子液体PPM-Oa能够明显提升水基润滑剂的抗腐蚀性能,同时使水基润滑剂具有优异的减摩抗磨性能. 利用非接触表面光学三维轮廓仪和扫描电子显微镜分析摩擦副的磨斑区域的表面形貌,发现含聚离子液体的水基润滑剂在摩擦过程中能够减缓对摩擦副表面的腐蚀并抑制黏着磨损. 利用X射线光电子能谱仪分析摩擦副磨斑区域的表面化学状态,发现摩擦过程中聚离子液体在摩擦副表面形成吸附膜并与金属摩擦副发生复杂的摩擦化学反应,生成摩擦化学反应膜,发挥了优异的减摩抗磨作用.      

油溶性有机钼添加剂的摩擦学性能及其摩擦化学作用机制

采用四球摩擦磨损试验机考察了2种油溶性有机钼添加剂2-乙基己基-二硫代磷酸氧钼(MoDDP)和硫化-二异丙基-二硫代磷酸钼(MoDTP)的摩擦学性能及其复配体系的抗磨减摩性能,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面形貌和表面膜元素组成,探讨了有机钼添加剂的摩擦化学作用机制.结果表明,有机钼添加剂MoDDP和MoDTP均具有优异的摩擦学性能,其复配体系呈现协同抗磨减摩效应,这是由于有机钼添加剂在摩擦副表面形成由FeS、MoS2及MoO2组成的化学反应膜和由含磷化合物组成的沉积膜所致.     

二烷基二硫代磷酸锌添加剂对油润滑下填充聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

利用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了聚四氟乙烯(PTFE)及其铜和镍填充复合材料在干摩擦以及液体石蜡和含商品添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的液体石蜡-润滑下同GCr15轴承钢对摩时摩擦磨损性能,采用能量色散X射线显微分析(EDXA)测定了钢环磨损表面S和Zn元素的面分布,进而探讨了ZDDP对液体石蜡减摩抗磨作用的影响.研究表明:液体石蜡及含2%ZDDP的液体石蜡润滑均可大幅度降低摩擦副的摩擦系数,同时可显著降低PTFE-30%Ni复合材料的磨痕宽度,但对PTFE-30%Cu复合材料抗磨性能的影响不大.ZDDP作为添加剂可以有效地提高液体石蜡的抗磨作用,但对其减摩作用几乎无影响;ZDDP作为添加剂在摩擦过程中未发生摩擦化学反应,而是以物理吸附或化学吸附的方式在摩擦副接触表面成膜,从而起到抗磨作用.     

膦酸酯离子液体在合成多元醇酯过程中的双重作用:从催化剂到合成酯的减摩抗磨添加剂

合成了两种膦酸酯类离子液体,用作三羟甲基丙烷(TMP)与油酸(OA)的酯化催化剂合成三羟甲基丙烷三油酸酯(TMPTO).结果表明:这两种离子液体均具有一定的催化活性和较高的产物(二酯和三酯)选择性.反应结束后,离子液体催化剂可完全溶于产物TMPTO中,在微动摩擦磨损试验机SRV-IV上评价其作为钢/钢摩擦副润滑油减摩抗磨添加剂的高温摩擦学性能;结果表明所合成的磷酸酯离子液体具有优异的减摩抗磨性能.采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行了分析,结果表明所合成的膦酸酯类离子液体在高温下均表现出优异的摩擦学性能,源于膦酸酯类离子液体与金属基底发生了摩擦化学反应并形成了摩擦化学反应膜从而使该离子液体表现出优异的摩擦学性能.     

胆固醇衍生离子液体复合氮化硼纳米片作为减摩抗磨添加剂的性能研究

本文中以天然胆固醇为前体,合成了一种胆固醇基胍盐离子液体[ColC₄][TMG],并通过机械-化学剥离法获得了纳米尺寸的六方氮化硼纳米片(h-BNNS),通过NMR、HRMS、TEM、FT-IR和XRD等表征了离子液体(IL)和h-BNNS的结构特征. 将其单独或复合后作为基础油(PEG 200)的减摩抗磨添加剂,通过球-盘往复摩擦形式,考察高载荷下(200 N)作为钢/钢摩擦副间润滑剂的摩擦学性能,结果表明,使用离子液体复合氮化硼纳米片(IL@BNNS)作为添加剂时,表现出最优的减摩抗磨性能,摩擦系数和磨损体积分别降低67%和77%,最优添加质量百分浓度为1.5% IL和0.1%的BNNS. 通过分析磨斑形貌和表面元素化学组成,IL@BNNS的协同减摩抗磨机理主要归结为极性离子液体通过静电作用和分子间相互作用吸附在金属基底表面形成厚而致密的润滑膜,降低了液体分子间的剪切作用,同时IL与基底发生摩擦化学反应形成摩擦膜,阻止基底的进一步磨损. 而h-BNNS在摩擦过程中进入接触区域,利用层间弱相互作用发生滑移,并抛光和自修复磨斑表面,使磨斑表面平整光滑,从而进一步降低磨损.      

碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂的摩擦学性能研究

采用碳酸钙纳米颗粒与全氟聚醚型超分子凝胶复合得到了一种新型的纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂. 超分子凝胶具有错综复杂的网络结构,有效地提高了碳酸钙纳米颗粒在全氟聚醚润滑油中的分散稳定性. 此外,碳酸钙纳米颗粒作为添加剂极大地提高了超分子凝胶的润滑性能,使其表现出较好的耐高温性能,以及较高的承载力. 采用差式扫描量热仪、热重分析仪和流变分析仪对该复合润滑剂的热力学性能进行表征,结果显示该复合润滑剂具有很好的热稳定性以及较好的力学性能. 最后,通过X射线光电子能谱(XPS)对其摩擦机理进行表征,结果表明碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂优异的摩擦学性能可归因于碳酸钙纳米颗粒在摩擦副表面形成了易剪切的薄膜,以及小尺寸的纳米粒子在摩擦过程中对摩擦表面进行的自修复效应.      

含氮硼酸衍生物的摩擦学性能及与二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)配伍性能研究

合成两种含氮硼酸衍生物抗磨添加剂:长链烷基醇胺硼酸钙ODOB-Ca、长链烷基醇胺和长链烷基苯酚的硼酸酯DPOB,分别用元素分析和红外光谱对分子结构进行表征.用热重分析仪考察两种化合物的热稳定性,用饱和蒸汽法考察其水解稳定性,发现这两种化合物均具有良好的热稳定性和较好的水解稳定性,其水解稳定性分别为硼化聚异丁烯基丁二酰亚胺(T154B)的3倍和10倍;用立式万能摩擦磨损试验机考察了ODOB-Ca和DPOB的摩擦学性能以及与ZDDP的配伍性能,结果表明两种化合物作为矿物基础油均具有较好的抗磨性能,且均与ZDDP在一定比例配伍,有很好的协同作用.采用XPS考察了钢球磨斑表面成份,结果显示钢球磨斑表面形成了B2O3、铁的氧化物以及硫酸化合物等多组分混合边界润滑膜,从而使配伍体系摩擦学性能得以改善.     

合成酯型摩擦改进剂的制备及摩擦学性能研究

通过酯交换以及酯化反应制备了一种新型合成酯型润滑添加剂(SE).采用四球试验机对比考察了SE与甘油单油酸酯(GMO)在聚α烯烃(PAO)基础油以及发动机油中的摩擦学性能.研究了不同添加浓度、载荷和温度对其摩擦学性能的影响规律.结果表明:SE在PAO以及发动机油中均具有良好的减摩、抗磨损性能,其中SE的减摩性能优于GMO而抗磨损性能则相反,同时对SE与GMO在PAO中的摩擦学机理进行了探讨.加压差示扫描量热试验表明由于受阻酚官能团的存在,SE在PAO以及发动机油中均表现出一定的抗氧化性能.     

有机钼添加剂对不同基底材料的摩擦学性能研究

在不同温度、载荷和速度条件下,考察非硫磷油溶性有机钼(SPFMo)添加剂对发动机低黏度润滑油(0W-20)在轴承钢、铝合金以及钛合金等五种不同材料表面摩擦学性能的影响. 采用三维共聚焦激光显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对不同基底材料磨痕的形貌、磨损体积和元素成分进行测量和分析. 结果表明:在五种材料表面,SPFMo均可明显提高0W-20的减摩抗磨性能. 温度越高,SPFMo的作用效果越明显,除钛合金外四种材料的摩擦系数最高可降低18%~23%;五种材料的摩擦系数和磨损率均随着载荷的升高而升高;随着摩擦速度的升高,五种材料的摩擦系数呈现出不同的变化规律,但磨损率均随摩擦速度的升高而升高. 研究结果可为新型发动机的润滑油选用和设计提供有力的技术支撑和理论参考.      

石墨烯的功能化改性及其作为水基润滑添加剂的应用进展

传统的油基润滑剂在使用过程中通常存在冷却性能差,易造成环境污染等问题,近年来绿色环保的水基润滑逐渐受到科学家们的关注. 水由于自身黏度低且易挥发等特点,其作为润滑剂时润滑效果不佳,因此亟待发展高效的水基润滑添加剂来改善其摩擦磨损性能. 在本文中,作者综述了近年来石墨烯基纳米材料的功能化改性及其作为水基润滑添加剂的最新研究进展,总结了其在摩擦过程中的润滑机理,并对目前石墨烯水基润滑添加剂存在的问题及今后重点研究内容进行了展望.      

二硫化钼/硫化锌纳米粉体的制备及其改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能研究

采用一步水热法设计制备了二硫化钼/硫化锌(MoS₂/ZnS)纳米杂化体,并利用热压成型技术得到聚酰亚胺/二硫化钼/硫化锌(PI/MoS₂/ZnS)复合材料. 采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪以及光电子能谱仪对所制备材料的形貌和化学组成进行表征,结果表明MoS₂纳米薄片均匀致密地包覆在ZnS纳米颗粒表面. 热重分析和差示扫描量热曲线结果表明,MoS₂/ZnS纳米杂化体的引入显著地提升了PI基体的热稳定性能. 摩擦磨损测试结果表明,三种填料(MoS₂,ZnS和MoS₂/ZnS)均能有效改善PI基体的摩擦学性能,其中MoS₂/ZnS纳米杂化体的增强效应最为显著,这主要归因于MoS₂纳米片和ZnS纳米粒子之间的协同增强效应. 当MoS₂/ZnS纳米杂化体的质量分数为1.5%时, PI/MoS₂/ZnS复合材料的摩擦学性能达到最优,相较于纯的PI,复合材料的摩擦系数和磨损率分别下降了15. 9%和34. 3%.      

织构深度对不锈钢表面油润滑条件下摩擦学性能影响的试验和仿真研究

采用激光加工技术在不锈钢表面构造深度不同的沟槽型织构图案，通过UMT摩擦磨损试验机测试了不同织构深度的不锈钢表面在PAO6油润滑条件下的摩擦磨损性能，利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)对摩擦前后的沟槽形貌进行表征分析，采用计算流体动力学(CFD)方法对试验进行模拟并计算，结合ANSYS Fluent软件模拟分析结果，探究了沟槽织构深度对不锈钢表面在油润滑条件下的摩擦学性能的影响机理. 研究结果表明:加工的沟槽织构及其织构深度显著影响不锈钢表面在PAO油润滑条件下的摩擦磨损行为，织构深度为10 μm的不锈钢表面获得最好的抗磨和减摩效果，与未织构表面相比，其摩擦系数与磨痕宽度降低了60%以上. 这主要是由于织构深度为10 μm的不锈钢表面在摩擦过程中，润滑油通过其收敛区域时产生了很好的楔效应，润滑油产生的升力较大，改善了该织构表面在摩擦过程的润滑状态，从而呈现很好的摩擦学性能.      

油溶性有机钼添加剂作用下微弧氧化改性TC4钛合金的摩擦学性能

借助微弧氧化技术在TC4钛合金表面构筑了高硬度氧化物薄膜,利用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)及拉曼光谱等手段对膜层结构进行了分析,考察了二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)作为聚α烯烃PAO6润滑添加剂对微弧氧化薄膜的摩擦学性能的影响. 结果表明:经过微弧氧化处理后得到的钛合金试样展现了优异的减摩抗磨性能,与未处理的TC4样品相比,在含质量分数为2% MoDTC的PAO6油润滑下,摩擦系数降低了87.4%,磨损率下降了3个数量级. 这主要是因为经微弧氧化处理后,TC4钛合金表面形成的TiO₂薄膜具有较高硬度与耐磨性,同时促进了MoDTC添加剂在边界润滑条件下的摩擦化学反应,在接触区表面生成含有MoS₂的润滑层.      

Tribological behavior of the boron succinimide on cylinder liner and piston ring surfaces

In this study, tribological performances of two types of anti-wear additive, boron succinimide anti-wear package and ZnDTPs, were investigated in the cylinder liner and piston ring tribological system with a reciprocating tribotest machine. The tribological performances of oils were evaluated in three main contexts including wear rates, surface tribofilm formation and friction. Results showed that NP-3 (boron succinimide containing) lubrication oil which was environment and catalyst friendly, can be an alternative lubrication oil with its tribological performance due to its friction and wear reduction capacity.     

高温润滑脂中WS_2亚微米粒子的摩擦学性能研究

以新型润滑材料WS2亚微米粒子作为高温润滑脂添加剂,对其在高温润滑脂中于不同温度下所起的抗磨、减摩、抗极压等摩擦学性能进行了研究,并用电子探针显微镜和俄歇电子能谱仪分析了钢球磨斑表面形貌与表面典型元素的面分布和深度分布.结果表明:在不同温度尤其高温下,WS2亚微米粒子能显著提高润滑脂的摩擦学性能;在摩擦过程中,WS2亚微米粒子在摩擦副表面形成WS2吸附膜和含Fe、S的化学反应膜来有效减少摩擦磨损,增强润滑脂的抗磨、减摩和极压性能,从而更好地保护摩擦表面.