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.      

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

季铵盐修饰磷钼酸铵纳米微粒作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能

采用共沉淀法在溶液中原位合成了季铵盐修饰磷钼酸铵[(NH4)3PMo12O40]纳米微粒,采用透射电子显微镜、X射线衍射仪、示差扫描热分析仪及热重分析仪等观察分析了表面修饰(NH4)3PMo12O40纳米微粒的形貌和热稳定性,并在四球摩擦磨损试验机上考察了其作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能。结果表明：表面修饰(NH4)3PMo12O40纳米微粒大小均匀,平均粒径约为20nm;(NH4)3PMo12O40纳米核在300℃左右分解;(NH4)3PMo12O40。纳米微粒作为液体石蜡添加剂,在中低负荷下具有较好的抗磨性和一定的减摩作用,并可提高液体石蜡的极压负荷,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对磨斑表面形貌和化学组成进行观察分析发现,(NH4)3PMo12O40纳米微粒在摩擦副接触表面发生了摩擦化学作用,并形成由多种含氧化合物组成的表面保护膜,从而起到减摩抗磨作用。     

功能化苯并三氮唑离子液体作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

本文作者通过两步法合成一种含酯基的功能化离子液体1-乙酸乙酯基苯并三氮唑四氟硼酸盐,采用傅里叶红外光谱仪对其进行结构表征.采用四球摩擦磨损试验机测其在葵花籽油中的摩擦学性能,并与基础油进行对比.采用光学显微镜,扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分别对钢球磨斑表面形貌和主要元素进行观察和分析.结果表明:该离子液体在葵花籽油中表现出良好的减摩抗磨效果;与基础油相比,当离子液体质量分数为1.5%时,摩擦系数和磨斑直径均达到最小值,分别减少了42.9%和33.3%.XPS结果表明摩擦过程中在接触面形成一层摩擦保护膜.     

十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)修饰的蜡烛灰作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

通过简单方法收集的蜡烛灰表面呈负电性,可以用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)进行修饰,利用透射电镜观察修饰后蜡烛灰的形貌,发现蜡烛灰是由20 nm左右的洋葱状碳纳米颗粒组成,分散性更好,粒径更加均匀,修饰后明显改善其在液体石蜡(LP)中的分散稳定性.利用Optimol SRV-IV往复振动摩擦磨损试验机评价了修饰前后蜡烛灰在LP中的摩擦学性能.结果表明:蜡烛灰作为LP的添加剂不能明显改善其润滑性能,但是表面修饰的蜡烛灰在LP中能够显著降低摩擦和减小磨损,因而具有良好的润滑性能.通过扫描电子显微镜、拉曼光谱以及X-射线能谱进一步推测两种蜡烛灰在LP中的润滑机理.     

质子型离子液体水基润滑液摩擦学性能研究

配置了不同质量分数的质子型离子液体二乙醇胺月桂酸(Bis[(2-hydroxyethyl)ammonium] lauric,B_OEAL)水溶液,使用MRS-10A摩擦试验仪、NGY-6型纳米膜厚测量仪、接触角测量仪,对B_OEAL水溶液的减摩抗磨性能、极压性能、成膜性能和润湿性等进行试验研究,并用3D共聚焦表面形貌仪和XPS对摩擦磨损机制进行了分析. 结果表明: 质量分数为5%的B_OEAL水溶液最大无卡咬负荷在834~883 N之间,相比纯水(98 N)有较大的提高,即B_OEAL可作为水基润滑液的极压添加剂. B_OEAL的加入显著提高了纯水的成膜能力以及在钢-钢摩擦副表面的润湿性能. 分析原因是B_OEAL中的极性基团可以在金属表面形成致密的化学吸附膜或物理吸附膜,从而使得金属摩擦副的摩擦系数降低,抗磨效果提高,同时由于B_OEAL分子极性较强,低质量分数的B_OEAL水溶液在不锈钢表面就表现出良好的摩擦学性能.      

凹凸棒石黏土润滑油添加剂对钢/钢摩擦副摩擦学性能的影响

采用天然凹凸棒石黏土作为润滑油添加剂加入150SN润滑油中,在Optimal SRV-IV摩擦磨损试验机上研究了添加剂含量对钢/钢摩擦副摩擦学性能的影响,借助SEM及EDS分析了摩擦副的表面形貌及表面元素组成.结果表明:凹凸棒石黏土的浓度为0.6%可使平均摩擦系数较基础油润滑条件下降低42.32%;凹凸棒石黏土的浓度为0.4%可使磨损体积降低85.48%;凹凸棒石黏土的加入使得磨损表面更加光滑平整,同时磨损表面氧元素含量升高.分析认为凹凸棒石黏土层链状的晶体结构和摩擦过程中复杂的理化过程是实现减磨抗磨的原因.     

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.     

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.     

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.