混合/流体润滑状态下原位离子液体添加剂的摩擦学性能研究

本工作重点研究了混合/流体润滑状态下原位离子液体添加剂的摩擦学性能,选用聚乙二醇(PEG-400)作基础油,将双(三氟甲基磺酰)亚胺锂盐(Li TFSI)溶解在PEG中原位合成离子液体.利用微型牵引力试验机测量在室温、60和80℃以及不同滑滚比下摩擦系数随卷吸速度的变化,研究离子液体添加剂的有效性以及离子液体添加剂对PEG流变行为的影响.本研究中将为深入研究离子液体的润滑机理提供一种新的研究手段,对于指导设计新型离子液体润滑材料具有较为重要的意义.     

锂盐添加剂对润滑油摩擦学性能和导电性的影响

采用MFT-R4000型往复摩擦磨损试验机测试四氟硼酸锂(Li BF4),双三氟甲烷基磺酰亚胺锂(Li NTf2)和六氟磷酸锂(Li PF6)这3种锂盐作为润滑油添加剂时对基础油的摩擦学性能的影响,利用OLS4000型三维形貌测量仪测量钢块的磨损体积,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察钢块磨痕的表面形貌.采用DDSJ-308A型电导率测定仪测量不同锂盐含量下,润滑油的盐度和电导率的变化情况,阐述锂盐含量和润滑油电导率之间存在的关系.研究结果表明:锂盐能够降低润滑油的摩擦系数,增强其抗磨性,具有良好的摩擦学性能;同时锂盐的加入使基础油的导电性得到很大提高.     

六氟乙酰丙酮离子液体的合成及摩擦学性能研究

合成了三种含有六氟乙酰丙酮阴离子和不同烷基链长咪唑阳离子的室温离子液体([C_nmim][hfac]；n=4，6，8)润滑剂，以1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰基亚胺盐(L-F104)为参照样，研究了它们作为不同金属摩擦副润滑剂的摩擦学性能和理化性质，并探索了其结构中阳离子烷基链长的影响规律. 结果表明:[C_nmim][hfac]离子液体对金属基底材料腐蚀较轻，常温下作为钢/铜和钢/铝摩擦副的润滑剂均具有良好的润滑性能，并且随着其结构中阳离子烷基链的增长，热稳定性和黏度呈递增趋势，减摩抗磨作用也更加优异.      

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.     

杂环离子液体作为钛合金润滑剂的摩擦学性能研究

以3-(苯并噻唑-2-巯基)丙烷磺酸为阴离子,烷基链长与活性元素不同的季鏻、季铵为阳离子,合成了4种杂环磺酸基离子液体(ZILs),研究了其作为钛合金润滑剂的摩擦学性能.并以传统离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚铵盐(L-F104)作为对照样,评价了ZILs的黏温性能、热稳定性、吸附性能和摩擦学性能.研究结果表明：ZILs的黏度均大于L-F104的黏度,且随阳离子链长的增加略有减小.同时,ZILs的热分解温度均高于240℃,具有较好的热稳定性.在不同温度下,ZILs(除N₄₄₄₄ZPS和P₈₈₈₈ZPS外)在钢/钛摩擦副上的减摩抗磨性能均优于对照样LF104,主要归因于ZILs阴离子中磺酸基在钛界面上的极性吸附作用.此外,ZILs中活性元素与钛金属基底发生摩擦化学反应,形成稳定的化学反应膜.     

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.      

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.     

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.      

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.      

（4-氟-3-三氟甲基苯氧基）环三磷嗪添加剂对季戊四醇酯减摩抗磨作用的影响

合成了(4-氟-3-三氟甲基苯氧基)环三磷嗪，采用核磁共振氢谱(^1H NMR)和傅立叶转换红外光谱仪对其结构进行了表征，利用热重法分析了其热稳定性，在SRV型摩擦磨损试验机上评价了其作为季戊四醇酯添加剂对钢／钢体系的润滑作用，并采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪分析了其作用机理．结果表明，同另一种芳氧基磷嗪化合物X-1P相比，(4-氟-3-三氟甲基苯氧基)环三磷嗪作为高温润滑油添加剂表现出更好的摩擦学性能．就磷嗪衍生物添加剂而言，氟代芳氧基中的氟含量对摩擦学性能具有重要影响．在摩擦过程中，(4-氟-3-三氟甲基苯氧基)环三磷嗪与摩擦副表面发生了复杂的摩擦化学作用，在摩擦副表面形成了含Fe3(PO4)2及FeF2等物质的边界润滑膜，从而表现出减摩、抗磨和承载作用．     

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.     

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.      

几种纳米微粒作为锂基脂添加剂对钢-钢摩擦副摩擦磨损性能的影响研究

采用四球摩擦磨损试验机考察了纳米SiO2、纳米LaF3及纳米Ni等3类纳米微粒作为锂基脂添加剂对钢-钢摩擦副摩擦磨损性能的影响;采用扫描电子显微镜、X射线能量色散谱仪及X射线光电子能谱仪分析了含纳米微粒添加剂的锂基脂润滑下的钢球磨损表面形貌、元素面分布及典型元素的化学状态.结果表明:3种纳米微粒作为添加剂均能够显著提高锂基脂的减摩抗磨能力;锂基脂及含不同纳米添加剂的锂基脂润滑下的钢球磨损表面形貌及其表面保护膜的性质存在明显差异,这种差异决定了钢-钢摩擦副在相应脂润滑条件下的摩擦磨损性能差异;含纳米SiO2的锂基脂润滑下的钢球磨损表面形成的含纳米SiO2的表面保护膜均匀且厚度适中,故其相应的减摩抗磨效果最佳.     

聚酰亚胺/二硫化钼插层复合材料的制备及其摩擦磨损性能研究

用插层法制备了聚酰亚胺/二硫化钼插层复合材料(PI/MoS2),采用X射线衍射仪、红外光谱仪以及扫描电子显微镜等对材料的结构进行表征,采用四球长磨摩擦磨损试验机考察了聚酰亚胺/二硫化钼插层复合材料作为润滑脂添加剂的摩擦磨损行为.结果表明,所合成的PI/MoS2插层复合材料作为锂基脂添加剂对钢-钢摩擦副表现出良好的减摩抗磨作用.这主要是由于在摩擦过程中钢球表面形成了由FeSO4、MoO3及Fe的氧化物等组成的边界润滑及防护薄膜所致.     

渗硫层与FeS粉末摩擦学机理的对比研究

为了改善GCr15轴承钢在脂润滑条件下的摩擦学性能,通过2种方法将FeS固体润滑材料应用于脂润滑下轴承钢材料的摩擦过程中.通过低温离子渗硫处理在轴承钢表面制取渗硫层;将FeS材料研磨成微米粉末添加到润滑脂中.在球-盘摩擦磨损试验机上对比研究了轴承钢渗硫层和使用FeS微米粉末的摩擦学性能.研究表明:在材料表面制取渗硫层和使用FeS粉末均可有效改善轴承钢在脂润滑条件下的减摩抗磨性能.在较低转速和载荷下,轴承钢表面渗硫层的摩擦磨损性能较使用FeS粉末更好,而在高速重载的工况下,轴承钢表面在使用FeS粉末时体现出更好的抗磨性能.     

电磁场?渗流场耦合作用下离子液体多孔介质流动模型

离子液体是一类可调控、多功能的绿色环保材料, 具有良好的电磁场响应, 有望应用于调控水驱油路径. 在分析离子液体在毛细管中电磁场响应机理的基础上, 建立了电磁场?渗流场耦合作用下离子液体多孔介质流动模型. 通过理论推导与数值分析发现: 电磁场?渗流场耦合作用下毛细管流量大小主要由离子液体电导率与黏度的比值(内因)、电磁场强度与压力梯度(外因)两方面决定; 电磁场产生的洛伦兹力对离子液体施加一个电磁驱动压强, 形成一个类似压力梯度的电磁驱动等效压力梯度, 从而改变离子液体的流量, 当电磁场强度为2.0 × 104 V/m·T时, 电磁场在电导率为0.5 S/m的离子液体上可形成10 kPa/m电磁驱动等效压力梯度. 通过调整电磁场方向即可控制离子液体在多孔介质中的流动方向, 解决常规注水利用压力差难以控制流动路径的难题, 为离子液体智能驱油提供理论依据, 且电磁场产生的热效应会影响离子液体的流动能力及潜在驱油效率.      

表面修饰SiO2纳米微粒对锂基脂抗磨性能影响的研究

合成了表面修饰SiO2纳米微粒,利用四球摩擦磨损试验机考察了SiO2纳米微粒作为锂基脂添加剂的摩擦磨损行为,用扫描电子显微镜、能量色散谱仪和X射线光电子能谱仪对钢球磨损表面进行了分析.结果表明:SiO2纳米微粒作为锂基脂添加剂具有良好的抗磨损性能,能够显著提高锂基脂的失效载荷.这是由于在摩擦过程中,SiO2纳米微粒富集在磨损表面并形成边界润滑膜,对磨损表面起到修复作用,从而使得锂基脂的抗磨和承载能力明显提高.