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.     

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.      

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.     

玻璃表面全氟聚醚衍生物润滑膜的自组装及性能研究

利用自组装技术将两种不同分子量的全氟聚醚衍生物分别组装在玻璃表面,然后采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、接触角测量仪、原子力显微镜(AFM)、椭圆偏振测厚仪对自组装润滑膜的化学结构、润湿性能、微观形貌和膜厚进行了表征,并用TRB摩擦试验机考察了自组装和非自组装两种全氟聚醚衍生物润滑膜的摩擦学性能. 结果表明:全氟聚醚衍生物在玻璃表面的自组装明显降低了玻璃基底的摩擦系数,分子量的大小、自组装溶液的浓度对润滑薄膜的润湿性和耐磨性均有重要影响;而且自组装的分子与玻璃基底的化学键合力更强,热处理后的自组装润滑膜更为致密,因此摩擦学性能更优. 利用三维轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析润滑膜磨痕的形貌及对偶钢球表面的磨斑形貌、元素组成及化学状态,显示润滑膜与对偶钢球摩擦的过程中发生分解,形成了含有有机氟氧化物和有机氟碳化物等的碎片,并发生了转移,进而导致摩擦失效.      

一种氯苯基硅油的合成及其摩擦磨损性能研究

合成了一种甲基封端、侧基含五氯苯基取代基团的有机聚硅氧烷(CPSO),考察了CPSO的粘温性能、倾点、饱和蒸气压及热稳定性能.采用OptimolSRV型微动摩擦磨损试验机评价了CPSO及空间用润滑油全氟聚醚(PFPE)和磷嗪(X-1P)在常温常压下用于GCr15/CuSn合金摩擦副润滑剂的摩擦磨损性能;采用CZM型真空摩擦试验机评价了3种润滑油在真空条件下用于GCr15/CuSn合金和GCr15/9Cr18摩擦副润滑剂的摩擦磨损性能.结果表明:在真空和常温常压条件下,CPSO的减摩和抗磨损性能均优于PFPE及X-1P;与此同时,CPSO具有极低的饱和蒸气压、很低的热挥发损失以及较好的热稳定性和低温流动性.故其在空间飞行器械运动部件润滑领域具有广泛的应用前景.     

全氟聚醚润滑油的摩擦学研究进展

对全氟聚醚(PFPE)作为润滑油的研究和应用进行了综述,介绍了PFPE的基本性能,分析了其在大气及真空环境中的摩擦磨损性能,评述了PFPE在大气及空间条件下的润滑和失效破坏机理,指出了发展新型空间润滑剂的必要性.     

润滑剂中微纳米润滑材料的研究现状

随着纳米技术的发展,微纳米润滑材料在润滑剂中已得到广泛的应用。本文对润滑剂中微纳米润滑材料进行分类,通过分析润滑剂承载能力变化,对偶件磨损表面的修复情况,评价了不同类型微纳米润滑材料的摩擦学性能,总结了微纳米润滑材料在润滑剂中的特点,并根据微纳米润滑材料自身的理化性能,提出主要的减摩、抗磨和自修复机理,即光滑或超光滑表面滚动摩擦作用机理、沉积膜机理、嵌入渗透层/摩擦化学反应膜机理。最后,提出了微纳米润滑材料应用于润滑剂中存在问题的和今后关于该研究发展的一些建议。     

二硫代二苯甲酸二异辛酯作为铜、铝合金润滑剂的摩擦学性能及机理研究

以具有特殊双硫醚结构的二硫代二苯甲酸和异辛醇为原料合成了酯类润滑油二硫代二苯甲酸二异辛酯(Phe-S-C_i8).采用微动摩擦磨损试验机对其在不同摩擦副上的润滑性能进行评价，使用X射线光电子能谱及扫描电镜对磨斑表面形貌及元素状态进行了表征，对影响其摩擦学性能的因素进行了深入探究.研究结果表明，与参照样1088和Phe-3C_i8相比，Phe-S-C_i8具有更好的氧化安定性及热稳定性，其作为钢/铜摩擦副的润滑剂，具有一定的减摩抗磨效果；作为钢/铝摩擦副的润滑剂，具有较好的减摩抗磨性能.Phe-S-C_i8在以上两种摩擦副上表现出显著优于参照样的极压承载能力.通过对磨斑表面元素进行分析可知，Phe-S-C_i8在钢/铜摩擦副上的减摩抗磨性能主要归因于润滑剂分子在摩擦副表面的物理吸附作用，其在钢/铝摩擦副间的减摩抗磨性能主要归因于Phe-S-C_i8与摩擦界面间的化学反应.     

单晶硅表面全氟聚醚润滑膜的制备及摩擦特性研究

利用浸涂技术在单晶硅基片上成功地制备出极性全氟聚醚润滑膜,在DF－PM型动－静摩控系数精密测定装置上考察了润滑膜的摩擦特性,并采用接触角测定仪和X射线光电子能谱仪对润滑膜的表面性质和化学状态进行了表征。结果表明,与基片相比,经烘烤处理后的全氟聚醚润滑膜同钢对摩擦系数显著降低,经60次摩擦后,摩擦系统迅速增大到0．22左右,此时润滑膜被磨穿;此后摩擦系数缓慢增加,当摩擦次数达到200次左右时,摩擦系数稳定于0．42附近,低于单晶硅片相应的摩擦系数,这可能是由于基片表面的全氟聚醚在滑动过程中向钢球表面发生转移所致。     

一种油溶性季铵盐离子液体作为PAO基础油添加剂的摩擦学研究

合成了新型季铵盐磷酸酯油溶性离子液体(N₈₈₈₁₆P₄),采用热重分析仪(TGA)分析其热稳定性. 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该离子液体作为聚α-烯烃(PAO 10)基础油减摩抗磨添加剂及其与商业添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)复配后的摩擦学性能. 结果表明:N₈₈₈₁₆P₄具有优异的油溶性能,与ZDDP具有良好的配伍性. 在室温和高温(100 ℃)条件下,N₈₈₈₁₆P₄均可显著改善PAO 10的减摩抗磨性能. 相较于与ZDDP复配,N₈₈₈₁₆P₄ 单独作为PAO 10添加剂表现出更优异的减摩抗磨性能. 铜片腐蚀试验结果表明,N₈₈₈₁₆P₄几乎没有腐蚀性,且与ZDDP复配后能够明显抑制ZDDP的腐蚀. 利用扫描电子显微镜(SEM)对磨斑表面形貌进行进一步分析,同时结合能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面主要化学元素进行分析,证明N₈₈₈₁₆P₄能够与金属基底发生复杂的摩擦化学反应,由于其在摩擦副表面形成了含N和P元素的化学反应膜,从而起到优异的减摩抗磨作用.      

宽温域环境中聚四氟乙烯及其复合材料摩擦学性能研究

对比研究了?100~100 ℃范围内聚四氟乙烯(PTFE)及三氧化二铝/聚四氟乙烯(Al₂O₃/PTFE)复合材料的摩擦学性能. 研究结果表明,PTFE因为蠕变,在升温过程中摩擦系数逐步降低,磨损率逐步升高. 而引入Al₂O₃填料会显著影响PTFE的摩擦学行为,Al₂O₃/PTFE的摩擦系数普遍比PTFE高,而磨损率比PTFE低. 摩擦学机理表明,滑动过程中形成的摩擦膜是决定摩擦学行为的关键因素. 这对极端工况条件下高分子复合材料的设计具有重要的指导意义.      

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%.      

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.      

Ti6Al4V合金激光熔覆Ti3SiC2增强Ni60复合涂层组织与摩擦学性能

为了提高Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,在其表面利用激光熔覆技术制备出两种不同配比的Ti₃SiC₂/Ni60复合涂层,分别是5%Ti₃SiC₂+Ni60(N1)和10%Ti₃SiC₂+Ni60(N2)(均为质量分数),研究了这两种涂层在室温、300和600 ℃下的微观组织、显微硬度、摩擦学性能表现及相关磨损机理. 结果表明:涂层主要由硬质相TiC/TiB/Ti_xNi_y,γ-Ni固溶体连续相和润滑相Ti₃SiC₂组成. N1、N2涂层的显微硬度均为基体(350HV_0.5)的3倍左右,分别为1 101.90HV_0.5 和1 037.23HV_0.5 ,在室温、300和600 ℃下的摩擦系数分别为0.39、0.35、0.30和0.41、0.45、0.44,均小于基体的摩擦系数(0.51、0.49、0.47). N1、N2涂层在室温、300和600 ℃下的磨损率分别为3.07×10?5、1.47×10?5、0.77×10?5 mm3/(N·m)和1.45×10?5、0.96×10?5、0.62×10?5 mm3/(N·m),均远小于基体[35.96×10?5、25.99×10?5、15.18×10?5mm3/(N·m)]. 在本文中Ti₃SiC₂提高了Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,使得N1涂层表现出更好的减摩性能,N2涂层表现出更好的耐磨性能. 室温下,磨粒磨损、塑性变形以及轻微的黏着磨损为两种涂层的主要磨损机理;300 ℃时,塑性变形、氧化磨损和黏着磨损是N1涂层的对应机理,600 ℃时出现了三体磨粒磨损;在300和600 ℃时,黏着磨损、氧化磨损及磨粒磨损为N2涂层的主要磨损机理.      

载荷对Ni3Al基自润滑复合涂层摩擦学行为的影响

采用高能球磨结合喷雾造粒技术制备微米级球形Ni₃Al基复合粉末,利用等离子喷涂方法制备涂层后考察其在不同载荷(5、10和20 N)下宽温域内(25~800 ℃)的摩擦学性能. 用SEM、EDS和Raman分析磨痕、对偶销和磨屑的微观组织和物相组成,对比分析载荷对摩擦磨损机理的影响. 结果表明:25~200 ℃时,载荷增加促进了润滑相的“析出效应”,但载荷增至20 N时涂层发生塑性变形产生“封闭效应”,使涂层摩擦系数和磨损率随载荷增加呈先减后增的趋势;400~600 ℃时,载荷增加导致的摩擦热加速了氧化进程,降低磨损表面剪切强度,从而使摩擦系数和磨损率持续降低;800 ℃时,磨损表面形成富含NiCr₂O₄、Ag₂MoO₄和NiO的连续、光滑釉质层,但在20 N时局部过高的接触应力使润滑膜破裂而发生剥落,导致摩擦学性能下降.      

热处理对Ni/Ti2AlC复合材料显微组织和摩擦学性能的影响

通过真空热压烧结方法制备Ni/Ti₂AlC复合材料,并对材料进行热处理,考察了两种不同热处理工艺对复合材料的显微组织和室温及800 ℃下摩擦学性能的影响. 结果表明:烧结后,Ni/10%Ti₂AlC复合材料包含Ni基固溶体、TiC_x、Ni₃Al和少量Al₂O₃,而Ni/50%Ti₂AlC主要由Ni₂TiAl、TiC_x、Ti₃NiAl₂C和少量Al₂O₃组成. 分别于1 200和1 350 ℃热处理16 h后,Ni/10%Ti₂AlC中的Ni₃Al相和Ni/50%Ti₂AlC中的Ti₃NiAl₂C相消失. 热处理导致TiC_x相的生长,复合材料显微组织得到优化,同时材料保持了高度致密性. 热处理后,两种复合材料的维氏硬度下降,这主要归结于Ni₃Al强化相的消失和碳化物的长大. 随着热处理温度的升高,室温下复合材料的磨损率降低,这主要归结于热处理优化了显微组织,提高了两相结合强度,进而抑制了TiC_x颗粒的脱出,减少了磨粒磨损的发生;800 ℃摩擦条件下,热处理前后,复合材料均表现出较低的摩擦系数和磨损率,这主要归结于高温下磨损表面形成的由TiO₂、NiO和NiTiO₃组成的润滑膜所起到的减摩抗磨作用,此外,热处理使得显微组织更均匀,更有利于磨损表面TiO₂和NiTiO₃润滑相的形成,对摩擦学性能有利.      

原位合成Ag/Ag2MoO4纳米复合润滑剂对YSZ涂层摩擦学性能的影响

通过大气等离子喷涂工艺制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,采用真空浸渍技术和水热合成的方法,将含有反应物离子或分子的前驱体溶液引入YSZ涂层内部固有的微裂纹和孔洞等缺陷中,并在缺陷中原位合成了直径约78~111 nm的Ag/Ag₂MoO₄类球形纳米颗粒,首次制备出了YSZ-Ag/Ag₂MoO₄复合涂层. 摩擦试验结果表明:与YSZ涂层相比,YSZ-Ag/Ag₂MoO₄复合涂层由于在室温和600 ℃下形成了润滑层,抑制了YSZ涂层摩擦表面的脆性断裂和磨粒磨损,从而显著降低了涂层的摩擦系数和磨损率,有效提高了涂层的摩擦学性能.