锂离子液体作为聚乙二醇添加剂的摩擦学性能研究

利用2-恶唑烷酮(OZO)、尿素、三乙二醇二甲醚(G3)和四乙二醇二甲醚(G4)与四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、三氟甲烷磺酸锂(LiSO3CF3)和双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiTFSI)的配位作用,在聚乙二醇(PEG)中合成了一系列锂离子液体润滑油添加剂,如[Li(OZO)]BF4、[Li(OZO)] PF6、[Li(OZO)]SO3CF3和[Li(OZO)] TFSI等,并对其物理化学性质和摩擦学性能进行了研究.结果显示:这类离子液体在PEG中具有较好的溶解性,作为PEG的添加剂,显示出优于传统离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐)的减磨抗磨性能;阳离子对这一系列离子液体添加剂的摩擦学性能影响不明显,以TFSI-为阴离子的离子液体表现出最好的减摩性能.     

磺酸醇胺离子液体作为水润滑添加剂的摩擦学机制研究

合成了不含卤素的磺酸醇胺离子液体(S-IL),并将其作为水基润滑添加剂进行研究. 与商用的水基润滑添加剂聚合蓖麻油酸酯(L4)进行对比,共同考察了他们在不同金属摩擦对偶上的摩擦学性能. 通过对磨斑表面的XPS测试探究了S-IL分别在钢/钢、钢/铜、钢/铝、钢/钛和钢/镁摩擦副上的润滑机理. 结果表明:所合成的磺酸醇胺离子液体在水体系中具有良好的溶解性,同时表现出一定的抗腐蚀性能. 相比于商用水基添加剂,S-IL具有优异的减摩作用和极压性能,这主要归因于离子液体分子结构中极性基团(-SOO-)在金属摩擦副表面的物理/化学吸附,以及其分子结构中含有的活性元素S和N与金属摩擦副基底发生摩擦化学反应所形成的摩擦化学反应膜.      

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.      

离子液体润滑脂导电性研究

以一定比例的PAO和PAG为基础油,聚四氟乙烯作稠化剂,分别以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(LB104)和1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(LB106)离子液体为添加剂,制备离子液体润滑脂,采用扫描电子显微镜(SEM)观察铜磨斑表面形貌,采用Lovibond EC110电导率测定仪测量润滑脂室温条件下的导电率,并换算成体积电阻率.研究结果表明:离子液体润滑脂与商业导电脂相比,不但具有良好的润滑性能,同时具有良好的导电性,这为离子液体在电力设备中的应用提供理论和技术支持.     

新型水溶性润滑添加剂的研究进展

在工业润滑领域中,水溶性润滑添加剂决定着水基润滑体系的性能.近年来一些具有特殊结构与组成的新型水基润滑添加剂表现出了优异的使用性能和广阔的应用前景.本文作者从摩擦学特性和润滑机理出发,分别综述了国内外关于纳米微粒、含氮杂环化合物、高分子聚合物和离子液体等材料作为水溶性润滑添加剂的研究进展,分析了当前研究中存在的问题,并对其发展趋势进行了展望.     

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.     

X射线光电子能谱(XPS)在摩擦学研究中的应用

X射线光电子能谱(XPS)是最常用的表面分析技术之一,在材料的摩擦化学、摩擦和磨损机理以及材料失效等研究方面发挥着重要作用.本文综述了XPS的基本原理、设备构成、分析特点及在润滑油添加剂的吸附与反应、聚合物填料、气相润滑和离子液体等摩擦化学研究中的应用,希望为摩擦学者在表面分析方法方面提供一些新的启示.     

季膦盐离子液体润滑脂的制备及摩擦学规律研究

发展高性能离子液润滑脂是离子液体作为新型润滑材料在摩擦学领域的热点和重点.针对这一问题,用三丁基烷基季膦盐离子液体为基础油,聚四氟乙烯微粉为稠化剂制备了三种具有较高滴点的润滑脂.在钢/钢摩擦副表面摩擦学研究结果表明:与1-辛基-3甲基咪唑磷酸二辛基酯盐离子液体润滑脂相比,在室温和高温(100℃)下,三丁基烷基季膦盐离子液体润滑脂均具有优异的减摩抗磨性能.通过磨斑表面的XPS分析和电场条件下考察离子液体润滑脂摩擦系数变化,推断三丁基烷基季膦盐离子液体润滑脂的减摩抗磨机理为离子液体润滑脂中的聚四氟乙烯与摩擦表面发生摩擦化学反应生成含FeF_2的化学反应膜,以及离子液体阳离子、阴离子以物理吸附的方式在摩擦表面形成稳定吸附膜.     

新型苯并三氮唑功能化离子液体的缓蚀与摩擦学行为研究

合成了3种新型苯并三氮唑(BTA)阳离子功能化的离子液体，首先将3种离子液体作为0.5 M H₂SO₄溶液的缓蚀剂，利用电化学测试方法考察了对铜锡合金的缓蚀性能，电化学阻抗谱图和动电位极化曲线测试结果表明:3种离子液体均能够有效地抑制0.5 M H₂SO₄溶液对铜锡合金的腐蚀，起到较好的缓蚀效果. 考察了3种离子液体作为聚乙二醇(PEG)基础油添加剂时的摩擦学性能，结果表明:3种离子液体能够显著降低基础油的摩擦系数和磨损量，表现出较好的减摩抗磨性能. 利用SEM-EDS和XPS对磨斑进行了分析表征，发现摩擦化学产物和离子液体吸附膜构成的边界润滑膜是产生减摩抗磨效果的主要原因. 这种新型BTA阳离子功能化离子液体是一种兼具抗腐蚀性和优异摩擦学性能的多功能材料，在工业上具有非常广阔的应用前景.      

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.      

1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体对蓖麻油润滑性能的影响

本文作者着眼于改善植物油的润滑性能,探索离子液体作为添加剂应用于植物油的可行性.以蓖麻油为基础油,1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([HMIM]BF4)为添加剂,配制三种不同质量百分数的混合蓖麻油,分别利用紫外可见光谱仪、流变仪、热重分析仪、四球摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)考察了其理化性能和润滑性能,探讨[HMIM]BF4对蓖麻油的作用机理.研究结果表明:随着温度的增加,[HMIM]BF4对蓖麻油的黏温特性影响越来越小,但一定程度上提高了蓖麻油的热稳定性;适量的[HMIM]BF4有助于提高蓖麻油的最大卡咬载荷、烧结点载荷和接触压力,但过多[HMIM]BF4会降低蓖麻油的抗磨损性能和承载能力.     

2种有机功能分子的高温重载摩擦学行为和缓蚀性能研究

首先通过摩擦学和电化学方法，对比研究了B-N系添加剂(三乙醇胺硼酸酯，TAB)和P系添加剂(磷酸三甲酚酯，TCP)2种有机功能分子高温重载条件下在聚乙二醇(PEG)基础油中的摩擦学行为，以及在盐酸腐蚀溶液中的缓蚀性能.然后采用扫描电子显微镜与X射线光电子能谱等表面分析手段对磨损表面和腐蚀表面的微观形貌进行深入研究，并分析讨论了2种有机功能分子的高温润滑承载和缓蚀机理. 2种有机功能分子作为PEG添加剂的承载能力均超过了400 N，表现出优异的高温极压性能.在高温重载摩擦磨损试验中，TAB作为添加剂能够显著降低PEG基础油的摩擦系数和磨损量，表现出良好的减摩抗磨效果；对于TCP而言，作为添加剂可以明显降低PEG基础油摩擦系数，却表现出加剧磨损的现象.电化学试验结果表明，2种有机功能分子都具有一定的缓蚀作用，TAB缓蚀效率优于TCP.结合表面分析结果发现，TAB作为添加剂能够在金属表面形成较强吸附膜以及以硼酸酯、硼的氧化物和氮化物为主的非牺牲性摩擦膜，从而表现出良好的缓蚀性能和优异的高温极压抗磨性能；TCP作为添加剂与金属表面发生了较为剧烈的摩擦化学反应，生成以磷酸铁和氧化铁为主的致密摩擦...     

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.      

微量离子液体润滑下铝自配副的载流摩擦学性能

本文中考察了铝自配副在干摩擦和微量离子液体润滑条件下的载流摩擦学性能.在干摩擦条件下,铝自配副因黏着极易发生卡咬.而微量的离子液体L-P106就可有效润滑铝自配副,摩擦系数可低至0.1左右.无论载流与否,润滑状态均为边界润滑.与无载流条件相比,载流时铝自配副的摩擦系数稍有增大,且在高速(0.79 m/s及以上)磨损由中等程度的磨损转化为严重磨损.电流会导致电侵蚀磨损,从而使磨损加剧.     

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.      

离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜的构筑及其摩擦学性能的研究

分别采用激光织构、磁控溅射和浸渍-提拉技术在单晶硅片表面成功构筑了具有离子液体纳米薄膜的织构化类金刚石碳复合润滑薄膜,采用三维轮廓仪和SEM观察了织构化类金刚石碳表面,通过X射线光电子能谱证实了织构化类金刚石碳膜表面离子液体纳米薄膜的存在,并利用微摩擦试验机重点考察和理论分析了这种复合润滑薄膜在较大和微载荷下的摩擦学性能.研究结果表明:这种离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜在微载荷下能够有效地缩短磨合时间、降低摩擦系数,然而其在小载荷下摩擦学性能欠佳.     

二元离子液体混合润滑剂的摩擦学性能研究

以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(L-B104)、六氟磷酸盐(L-P104)及双三氟甲烷磺酰亚胺盐(L-F104)三种离子液体为研究对象,采用STA 449 C同步热分析仪、SYP1003-III运动黏度仪、Optimol SRV-IV微动摩擦磨损试验机、Micro XAM三维廓仪以及铜片腐蚀试验分别测试了这三种离子液体在混合前后其热稳定性、黏温性能、摩擦学性能以及对基底材料的腐蚀性能的变化规律.研究结果表明:L-B104+L-P104,L-B104+L-F104和L-P104+LF104三个混合体系中,L-B104+L-F104对基底材料的腐蚀性比未混合之前两种纯离子液体的腐蚀性低;其热稳定性高于纯离子液体L-B104,而接近于L-F104;这个体系在常温和高温条件下,都表现出较好的减摩抗磨性能.使用这种混合润滑剂,在实际应用中不但可以降低高成本离子液体L-F104的使用量,同时还能达到理想的润滑效果.     

全氟聚醚羧酸铵离子液体的润滑性能及润滑机理研究

设计制备了三种全氟聚醚羧酸铵离子液体,在微动振动摩擦磨损试验机上考察了其在不同温度下对钢/铜锡合金以及钢/钢摩擦副的润滑性能,并与全氟聚醚(PFPE)和全氟聚醚羧酸(PFPEC)进行了对比. 通过测量接触角表征了所制备离子液体对金属表面的润湿性,通过测试摩擦试验过程中接触电阻的变化分析了摩擦过程中摩擦膜的变化;采用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分别对磨斑表面形貌和元素状态进行了表征. 结果表明:作为钢/铜锡合金摩擦副的润滑剂时,全氟聚醚羧酸铵离子液体在常温下的润滑性能与PFPE和PFPEC相差不大,但在高温条件下表现出更为优异的减摩抗磨性能;而作为钢/钢摩擦副的润滑剂,其在常温、高温条件下均表现出优于PFPE以及PFPEC的减摩抗磨性能. 多种物理化学表征研究表明该类离子液体优异的减摩抗磨性能归因于其在金属表面优异的吸附性能以及稳定摩擦化学反应膜的形成.      

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.