含膦酸酯官能团离子液体对钢/铝摩擦副的润滑作用研究

合成了3种新型1-(O,O-二乙基膦酰丙基)-3-烷基咪唑六氟磷酸盐离子液体,采用SRV型摩擦磨损试验机评价了所制备的离子液体作为润滑剂对钢／铝摩擦副摩擦学性能的影响,并探讨了其润滑机理．结果表明,所合成的离子液体作为润滑剂对钢／铝摩擦副具有优良的润滑作用,摩擦系数低,抗磨性能优良．表面分析结果表明含膦酸酯官能团的离子液体在摩擦副接触表面形成化学吸附边界润滑膜,从而有效地起到抗磨和提高承载能力的作用．     

季膦盐离子液体对钢/锡青铜的摩擦磨损性能研究

合成了几种三丁基烷基四氟硼酸季膦盐离子液体,用核磁共振氢谱仪表征其结构,用差热分析仪测定其热稳定性,在SRV摩擦磨损试验机上评价其作为润滑剂对钢/锡青铜摩擦副的摩擦磨损性能,并与磷嗪X-1P和2-乙基-3-己基咪唑四氟硼酸盐(L-P206)进行比较,采用X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜分析磨损表面元素的化学状态及其磨斑形貌.结果表明,三丁基烷基四氟硼酸季膦盐离子液体的热稳定性和抗氧化性能较好,作为钢/锡青铜摩擦副润滑剂具有优异的摩擦磨损性能,摩擦系数极低(＜0.05),抗磨性优于常规二烷基咪唑基离子液体.     

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.      

膦酸酯类离子液体作为钢/铜锡合金润滑剂的摩擦学性能及其机理研究

合成了三种膦酸酯类离子液体,在微动摩擦磨损试验机SRV-IV上评价其作为钢/铜锡合金润滑剂的摩擦学性能,并与全氟聚醚及传统离子液体1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐对比.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:所合成的膦酸酯类离子液体在常温及高温下均表现出优于全氟聚醚及1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐离子液体的摩擦学性能.离子液体分子的极性使其形成有效的吸附润滑膜,并且膦酸酯类离子液体与金属基底发生了摩擦化学反应,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.     

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.      

1-乙基-3-辛基咪唑二乙基膦酸盐离子液摩擦学行为研究

合成了1-乙基-3-辛基咪唑二乙基膦酸盐离子液体,采用傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）和核磁共振谱仪表征了其结构;测定了该化合物的黏度、倾点和密度;在四球试验机和SRV摩擦磨损试验机上评价了其作为润滑剂对钢/钢体系的润滑作用;采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析了钢块磨损表面形貌及化学状态.结果表明：1-乙基-3-辛基咪唑二乙基膦酸盐离子液体低温流动性能和抗腐蚀性能较好;作为润滑剂对钢/钢摩擦副具有优异的减摩抗磨性能,XPS结果显示该离子液体在钢磨损表面形成了含Fe2O3和有机金属复合物等的边界润滑膜,有效地提高了摩擦副的承载能力和抗磨性能.     

表面织构与离子液体润滑组合体系的摩擦学性能研究

利用激光加工技术在钛合金表面构建不同尺寸的圆形微坑织构图案. 利用MS-T3001型试验机测试了圆形微坑织构、离子液体[1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰胺盐和十四烷基三丁基季鏻双(2-乙基己基)磷酸盐]及二者构成润滑组合的摩擦磨损性能. 利用金相显微镜观察圆形微坑织构的尺寸和表面形貌,利用扫描电镜分析摩擦过程前后织构化表面的形貌,采用ANSYS Fluent软件模拟分析表面织构参数和离子液体理化性质对摩擦学性能的影响. 结果表明,表面织构、离子液体、表面织构与离子液体的复合体系均展示了良好的减摩抗磨性能. 优化表面织构与离子液体的组合能够提升润滑体系的摩擦学性能. 表面织构与离子液体组成的复合润滑体系,摩擦系数随圆形微坑织构直径的增大而减小,归因于圆形微坑织构能够储存磨屑和离子液体并形成稳定的离子液体润滑薄膜,黏度较大的离子液体在收敛区间产生楔形效应,导致对上摩擦副升力增大.      

弧齿锥齿轮摩擦系数与啮合效率研究

综合考虑接触几何、接触载荷、速度矢量、卷吸夹角、表面粗糙度、流变特性等因素,研究了不同啮合位置以及不同转速下弧齿锥齿轮的摩擦系数与啮合效率.结果表明:一对啮合副从啮入到啮出过程中,摩擦系数先增大后减小,与相对滑动速度变化趋势相反;一个啮合周期内,弧齿锥齿轮啮合效率与摩擦系数变化规律相似,但在啮出点附近,由于下一对啮合副进入啮合,啮合效率开始增大;随着转速增大,摩擦系数减小,啮合效率增大.采用文献中已有摩擦系数计算方法分析了弧齿锥齿轮摩擦系数和啮合效率,并与本文中的计算结果进行对比.结果表明:在节点啮合时,采用经验公式与简化算法的摩擦系数预测结果误差较大,而啮合效率计算误差较小;混合润滑和全膜润滑状态下,基于摩擦系数简化算法的弧齿锥齿轮效率计算结果与本文中的计算结果相近.     

磷酸酯类双离子液体的合成及摩擦学性能研究

以咪唑、1,6-二溴代己烷和磷酸三乙酯合成1,6-二(3-乙基-1-咪唑基)己烷二乙基磷酸盐双离子液体,采用核磁共振谱仪(NMR)和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)等对其结构及理化性能进行了分析;用SRV摩擦磨损试验机考察了其作为钢/钢体系润滑剂的减摩抗磨作用;用SEM和XPS对磨痕表面的形貌和元素组成进行了表征,并分析了其润滑机制.结果表明,该类双离子液体具有较好的低温流动性,作为润滑剂对钢/钢摩擦副具有优异的减摩抗磨性能.XPS分析结果表明,该离子液体在钢磨损表面形成了含FePO4和Fe4(P2O7)3等物质的边界润滑膜,从而有效地提高了摩擦副的承载能力和抗磨损性能.     

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.     

胆固醇类油溶性类离子液体润滑添加剂的制备及摩擦学性能研究

合成制备了两种胆固醇类季磷盐油溶性类离子液体,并将其分别作为聚α烯烃PAO-10的润滑添加剂,静置试验和热重分析结果表明两种油溶性类离子液体在PAO-10中具有良好的分散稳定性和热稳定性. 微动摩擦磨损测试结果表明两种类离子液体可显著改善基础油对钢/铝摩擦副的摩擦学性能. 扫描电子显微镜(SEM)结果表明空白PAO-10润滑摩擦副时磨损类型以黏着磨损为主,以添加两种离子液体的混合油样为润滑剂时磨斑直径显著降低,此时摩擦副间磨损类型以磨粒磨损和腐蚀磨损为主. X射线光电子能谱分析(XPS)与X射线能谱仪(EDS)表明类离子液体中的活性元素在摩擦过程中可与铝基体表面发生摩擦化学反应. 两种类离子液体的润滑机理归因于类离子液体与金属基体发生摩擦化学反应生成具有减摩抗磨作用的磷酸盐和硫酸盐等耐磨化合物.      

对甲苯酚-AOT双组份超分子凝胶的制备及摩擦学性能研究

本文中报道了一类制备方法简单且成本较低的双组份超分子凝胶,其具有良好的减摩抗磨性能. 双组份凝胶的两种凝胶因子选择的是对甲苯酚(p-cresol)和琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠(AOT),它们在基础油中共同作用形成凝胶,将该双组份凝胶因子简称为p-cresol-AOT. 该双组份凝胶因子具有很强的自组装能力,可以凝胶化多种润滑油,包括矿物润滑油、合成润滑油和全配方商品润滑油等. 本文中通过氢谱核磁共振、红外光谱和RS6000旋转流变仪对凝胶的自组装机理和流变学进行研究,结果显示凝胶因子通过分子间非共价键作用发生超分子自组装. 采用微动摩擦磨损试验机(SRV-IV)对超分子凝胶润滑剂进行摩擦学评价,结果显示,p-cresol-AOT在不同的基础润滑油中形成的凝胶均能提高该基础油的耐极压,减摩和抗磨性能. 该凝胶润滑剂之所以具备良好的润滑性能主要归结于凝胶因子起到了润滑添加剂的作用,在摩擦过程中形成有效的边界保护膜从而减少了摩擦副的直接接触,起到了良好的润滑保护作用.      

胍盐离子液体对钢/铝摩擦副的摩擦性能研究

合成了两种胍盐离子液体,采用热重分析仪评价其热稳定性.利用SRV往复摩擦试验机测试了离子液体的摩擦学性能并与常规离子液体和液体石蜡进行了对比.利用扫描电子显微镜观察磨斑处的形貌并用X射线光电子能谱仪表征了磨斑表面的化学状态,并对润滑机理进行了分析.结果表明:胍盐离子液体对钢/铝摩擦副具有优异的摩擦学性能;摩擦过程中,钢/铝摩擦副界面发生了复杂的摩擦化学反应并形成了边界润滑膜.     

氨基酸离子液体作为不同摩擦副润滑剂的性能研究

设计合成了三种具有不同官能团结构的氨基酸类离子液体,采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机考察了其作为Si_3N_4/Si_3N_4和钢/钢摩擦副润滑剂的摩擦学性能,并与丙三醇进行对比,采用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分析磨斑形貌和表面元素的化学状态.结果表明:三种氨基酸类离子液体均能适用于两种摩擦副的润滑,并具有良好的减摩抗磨性能.羟基和羧基官能团的存在不仅有效增强了离子液体在基底上的物理吸附作用,同时还促使其与摩擦副发生摩擦化学反应.比较三种离子液体的摩擦学性能发现,同时含有两个羧基的谷氨酸四丁基磷盐离子液体的减磨性能优于其他两种只含一个羟基或羧基基团的离子液体.     

1—甲基—3—西基咪唑六氟磷酸盐离子液的摩擦学性能

合成了1－甲基－3－西基咪唑六氟磷酸盐离子液体，采用核磁共振氢谱仪和傅立叶转换红外光谱仪表征了其结构；测定了该化合物的粘度、倾点和密度，在SRV摩擦磨损试验机上评价了其作为润滑剂对钢／钢体系的润滑作用；采用X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜分析了钢磨损表面形貌及化学状态，以考察其润滑机理。结果表明：1－甲基－3－丁基咪唑六氟磷酸盐离子液低温流动性能好，作为润滑剂对钢／钢摩擦副具有优异的润滑作用，摩擦系数极低，且抗磨性能优良。这是由于该离子液体在钢磨损表面形成含FePO4和FeF2等物质的边界润滑膜，从而有效地提高了摩损副的承载能力和抗磨性能。     

磷酸酯胺盐离子液体作为钢/铜锡合金润滑剂的高温摩擦学性能研究

以烷基胺盐为阳离子,磷酸酯为阴离子合成了三种磷酸酯胺盐离子液体(磷酸二丁酯单丁胺离子液体,磷酸二丁酯二丁胺离子液体,磷酸二丁酯四丁铵离子液体),并在微动摩擦磨损试验机(SRV)上评价了其作为钢/铜锡合金摩擦副润滑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;磷与氮元素之间在摩擦过程中存在协同作用.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析磷酸酯胺盐离子液体的润滑机理.从磨斑形貌对比图与磨损表面特征元素的XPS能谱图可以看出,该离子液体在铜磨损表面形成了一层具有保护作用的边界润滑膜,从而使得磷酸酯胺盐离子液体表现出优异的高温摩擦学性能.     

不同形态的二硫化钼润滑剂在离子液体中的摩擦学性能

以1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体为基础油,考察了不同形态二硫化钼(Mo S2)微粒的摩擦学性能.低载低速下,空心球形Mo S2(空心球)与片状纳米Mo S2(纳米片)均能改善基础油的减摩抗磨性能,片状微米Mo S2(微米片)不仅不具备减摩性能,还会增加磨损;高载高速下,空心球仍保持着较好的减摩抗磨性能,微米片也表现出一定的减摩抗磨能力,而纳米片易导致润滑失效.纯离子液体润滑时钢球表面出现了一定的疲劳磨损,添加空心球与纳米片后,疲劳磨损消失,磨损量下降.空心球与纳米片润滑时,Mo S2能转移到摩擦表面,少部分仍以Mo S2形式存在,其余Mo S2与基础油及摩擦副材料等发生摩擦化学反应,形成由Mo O3、Mo S2、Fe PO4、Fe SO4、Fe F2及含N与S的有机物组成的复合润滑膜;微米片润滑时,很少Mo S2参与了转移膜的形成,因而对基础油改性效果较差.     

固液润湿性对流体动压润滑薄膜的影响

利用自行开发的微型面接触润滑油膜测量系统,研究了固液润湿性对流体动压润滑油膜厚度的影响.试验中以静止的微型滑块平面和旋转的光学透明圆盘平面形成润滑副.固液的润湿性通过接触角判定,不同材料的微滑块平面和润滑液体形成不同的界面.在保持载荷和面接触楔形角不变的条件下对油膜厚度-速度关系进行了测量.结果表明:对于固液润湿性强的界面,形成的油膜厚度与经典润滑理论有较好的一致性;当固液润湿性明显降低时,测量得到的油膜厚度减小.对于试验中观察到的界面效应,应用界面滑移理论进行了初步分析.