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.      

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.     

磷酸酯离子液体对钢/铝摩擦副的摩擦性能研究

为解决钢/铝摩擦副润滑困难的现状,合成了1种磷酸酯类离子液体.采用SRV微动摩擦磨损试验机对其在钢/铝摩擦副条件下的摩擦学行为进行了测试;采用扫描电子显微镜（SEM）及X光电子能谱（XPS）对磨损表面进行了分析.结果表明：此磷酸酯离子液体对钢/铝摩擦副具有优良的减摩抗磨性能,优于常见的含氟类离子液体（LB106和LP106）及液体石蜡.SEM和XPS分析结果表明：磷酸酯离子液体在摩擦过程中于金属表面形成了包含有机金属配合物,磷酸铝盐的复合边界润滑膜,从而使其表现出优异的摩擦学性能.     

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.     

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.     

双咪唑阳离子结构离子液体的高温摩擦学性能研究

合成了含有双咪唑阳离子结构的离子液体1,6-二(3-己基咪唑)亚己基六氟磷酸盐,测定了其黏度和密度;采用钢/锡青铜摩擦副,在SRV摩擦磨损试验机上评价了该离子液体的摩擦磨损性能,并添加苯并三氮唑抑制摩擦过程中的腐蚀作用;采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析锡青铜表面磨斑处的表面形貌和化学状态.结果表明:苯并三氮唑能够抑制双咪唑阳离子六氟磷酸盐的黏着磨损和摩擦腐蚀,摩擦副表面与离子液体在摩擦化学反应中形成含有Cu_2O和CuO的边界润滑膜.     

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.     

膦酸酯离子液体作为两种碳氢润滑油添加剂的摩擦学行为及机理研究

合成了三种膦酸酯离子液体,在微动微振摩擦磨损试验机SRV-IV上评价其作为两种碳氢润滑油(矿物油和聚α-烯烃)的添加剂对钢/钢摩擦副的摩擦学性能.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:膦酸酯离子液体能够有效改善这两种碳氢润滑油的摩擦学性能,离子液体分子的极性性质使其能够从基础油中不断吸附到金属表面,形成有效的吸附润滑膜,并且膦酸酯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减摩抗磨性能.     

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.     

不同调制周期MoS2/DLC多层薄膜结构及摩擦学性能

采用多靶射频磁控溅射方法,在Si(100)衬底上制备不同调制周期(Λ分别为54 nm、30 nm、18 nm)MoS_2/类金刚石(DLC)多层薄膜.利用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米压痕仪研究多层膜的形貌、微观结构及力学性能受调制周期的影响规律;利用球-盘摩擦试验机考察薄膜在大气环境下的润滑性能.结果表明:采用交替沉积MoS_2/DLC多层膜可有效抑制溅射MoS_2中柱状结构生长,制备的薄膜结构致密;多层膜硬度随调制周期的增加而增大.透射断面分析表明:多层膜层间界面不平整但周期性结构清晰且致密,其调制周期厚度与试验设定值基本一致.与纯MoS_2薄膜相比,调制周期为54 nm的薄膜具有较好的法向承载及弹性恢复能力,其硬度最高,达7.15 GPa;法向载荷为5 N时,该薄膜在大气环境(相对湿度约30%)下具有最低的摩擦系数(0.09)和最低的磨损率[1.34×10~(–7) mm~3/(N·m)].     

MoS2/a-C复合薄膜在高/低湿度环境下的摩擦学性能研究

采用磁控溅射方法制备了MoS_2薄膜与不同碳含量的MoS_2/a-C复合薄膜,利用XRD、SEM、Raman光谱仪、纳米压痕仪和CSM摩擦试验机等分析了复合薄膜的结构、力学和摩擦学性能.结果表明:MoS_2薄膜为疏松的柱状结构,MoS_2/a-C复合薄膜为无定形的致密结构,硬度较高.低湿环境下MoS_2薄膜与MoS_2/a-C复合薄膜的摩擦性能差别不明显;高湿环境下薄膜的摩擦系数和磨损率均有所升高,其中MoS_2薄膜与低碳含量的MoS_2/a-C复合薄膜氧化严重,而高碳含量的MoS_2/a-C复合薄膜的摩擦学性能稳定,对湿度交替变换的环境适应性更佳.这是由于碳元素掺杂改善复合薄膜的微观结构,提高复合薄膜的抗氧化性和力学性能.     

磁控溅射沉积抗氧化、长寿命二硫化钼基复合薄膜

采用磁控溅射技术制备了MoS_2,Ti/MoS_2,Pb/MoS_2和Pb-Ti/MoS_2复合薄膜.通过AFM,SEM和XRD对薄膜的形貌和结构进行分析;利用纳米压痕仪,CSM摩擦试验机和Bainano高真空摩擦试验机分析薄膜的力学和摩擦学性能,并探讨了Pb、Ti掺杂对薄膜的结构,力学和摩擦学性质的影响.结果表明:Pb-Ti/MoS_2复合薄膜具有非常致密的结构,表面光滑平整,且具有较高的硬度;Pb、Ti共掺杂显著提高MoS_2薄膜在RH75%高湿度环境下和真空环境下的摩擦学性能,在潮湿大气和真空环境下磨损率分别为未掺杂MoS_2的13%和25%,且低于单一掺杂MoS_2薄膜.PbTi/MoS_2复合薄膜优异的摩擦学性能得益于Pb掺杂元素增加薄膜结构的致密度和Ti掺杂元素提高薄膜的抗氧化和力学性能.     

磁控溅射沉积高承载、低摩擦MoS_2/Ti复合薄膜

采用磁控溅射技术制备了不同Ti含量的Mo S2/Ti复合薄膜,利用SEM、AFM、纳米压痕仪、XRD和CSM摩擦试验机分析了复合薄膜的结构、力学和摩擦学性能.结果表明:复合薄膜结构致密,表面光滑平整,且具有较高的硬度,Ti含量较低的Mo S2/Ti复合薄膜呈现以(002)基面为主的择优取向;在大气环境下,赫兹接触应力为2.5 GPa的摩擦工况下,Ti含量较低的Mo S2/Ti复合薄膜的摩擦系数低至0.02,磨损率低至10-17m3/(N·m)数量级,呈现出高承载、低摩擦、耐磨损的优异摩擦学性能.这是由于Ti的掺杂一方面提高了复合薄膜的力学和抗氧化性能,另一方面复合薄膜的(002)基面取向对其摩擦磨损性能发挥了重要作用.     

载荷对MoS2/C复合薄膜摩擦学行为的影响

采用直流磁控溅射与高功率磁脉冲磁控溅射制备了以Ti为过渡层的MoS_2/C复合薄膜,并对其结构、组分、力学性能以及摩擦学行为进行了研究.摩擦测试结果表明:载荷增加时,摩擦系数与磨损率呈规律性降低趋势;通过赫兹接触模型对平均摩擦系数进行分析拟合,发现载荷的变化带来赫兹接触面积与接触压强的不同,导致了摩擦系数的变化;通过对摩擦产物的拉曼光谱分析发现不同载荷对非晶碳石墨化程度影响不明显;借助透射电子显微镜对转移膜的微结构进行分析,发现转移膜主要是排列有序且基面平行于滑移界面的MoS_2层,使其在较高载荷下仍具有低的剪切强度,因而获得低的摩擦系数.进一步采用同一磨球、磨痕体系从高载荷到低载荷变化的连续摩擦验证式试验,可以得出,MoS_2/C复合薄膜在所有高载荷条件下获得低摩擦系数,赫兹接触起着主导作用.     

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.     

MoS2/SiCH固液复合润滑体系摩擦学性能研究

本文中通过考察MoS_2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能,探究了该复合润滑体系的摩擦磨损机理.研究表明射频溅射MoS_2薄膜表面所固有的柱状晶体结构具有明显的润滑油吸附功能,提高了MoS_2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能.球盘摩擦试验结果表明:当仅对钢盘表面沉积MoS_2薄膜时,该固液复合润滑体系的滑动摩擦寿命达到1.86×106 r,为采用SiCH油润滑时摩擦寿命的1.2倍,是MoS_2薄膜固体润滑状态的4倍,表现出了良好的协同润滑效应.     

Fe_3Al/WS_2复合材料的真空摩擦学性能研究

采用热压烧结的方法制备了添加WS2质量百分数为10%、20%和30%的Fe-28Al-5Cr基复合材料,通过XRD和SEM等手段分析了样品的相组成和组织结构.利用自制的真空摩擦试验机测试了样品在4×10-4Pa真空下的摩擦学性能.研究结果显示:通过与WS2的复合能够显著降低Fe3Al基金属间化合物在真空条件下的摩擦系数,但三种不同WS2含量复合材料的摩擦系数差别不大.随着WS2含量增加,复合材料的磨损率逐渐降低,特别是30%复合材料的磨损率较纯Fe-28Al-5Cr的磨损率低约1个数量级.滑动速度和载荷对三种材料的摩擦系数和磨损率均有一定的影响.纯Fe3Al的磨损表面较为粗糙,出现严重的剥落坑和剥落痕迹,磨损机理为严重的疲劳磨损.添加质量百分数为10%WS2的复合材料的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损;添加WS2质量百分数为20%和30%的复合材料,其磨损表面相对较为光滑平整,磨损机理为轻微剥落.因此,在复合材料制备中添加WS2能够显著提高Fe3Al金属间化合物的真空摩擦学性能.     

Ti3SiC2、不锈钢和NiCr合金在人工海水中的摩擦学性能

在SRV-1型摩擦磨损试验机上考察了Ti3SiC2、NiCr合金和不锈钢在干摩擦、蒸馏水和人工海水中的摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM-EDS)及光电子能谱(XPS)对磨痕形貌及成分进行分析.结果表明:Ti3SiC2/Al2O3摩擦副的摩擦系数对摩擦条件变化不敏感,在液体介质中磨损稍有降低.3种摩擦条件下存在机械磨损和摩擦氧化磨损竞争,但机械磨损始终为主要磨损机制,因此摩擦和磨损较大.不锈钢/Al2O3和NiCr合金/Al2O3两摩擦副对摩擦条件变化较敏感,摩擦系数和磨损率在于摩擦、蒸馏水和海水中依次降低,其中NiCr合金降低幅度最大.干摩擦条件下两者以机械磨损为主要磨损机制,表现为黏着磨损和材料转移;蒸馏水中机械磨损和摩擦氧化磨损并存;海水中以腐蚀磨损为主导,腐蚀产物FeCl2、CrCl3或CrO22-或CrO2-等具有减摩抗磨作用.     

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.      

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.