两种杂环有机物的分子结构与其在离子液体中缓蚀、减摩抗磨性能的构效关系研究

本文作者通过电化学和摩擦学测试手段,对比考察了苯并三氮唑(BTA)和糖精(SAC)两种杂环有机物在[HMIM][Cl]离子液体体系中对铜锡合金的缓蚀性能和减摩抗磨性能.然后,利用扫描电子显微镜对铜锡合金表面的腐蚀形貌和磨损形貌进行了分析表征.结果表明:BTA能够吸附在铜锡合金表面形成一层致密的聚合物保护膜,阻止Cl-对金属表面的进攻,降低离子液体的腐蚀作用,有效地抑制Cl-引发的孔蚀现象;同时,BTA还进一步提高了基础油的减摩抗磨效果.在铜锡合金表面,SAC与离子液体存在竞争腐蚀作用,低浓度时,以离子液体中Cl-的孔蚀为主,高浓度时,以均匀腐蚀为主;同时,由于促进腐蚀作用的存在,SAC的引入会延长磨合期,加剧磨损.对[HMIM][Cl]离子液体体系而言,杂环分子BTA是一种兼具优异缓蚀性能和良好减摩抗磨性能的添加剂;杂环分子SAC作为添加剂,则不具有缓蚀和减摩抗磨作用.     

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.     

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.      

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.      

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.      

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.      

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.     

N/P无卤素离子液体润滑剂的链长与摩擦学性能的关系

合成了不同链长的N/P无卤素离子液体(NPILs:缩写为NP-11114,NP-11116,NP-11118)润滑剂,以聚α-烯烃(PAO 10)和卤素离子液体1-辛基3-甲基咪唑六氟磷酸盐(L-P 108)作为参照样,评价NPILs、PAO 10及L-P 108之间黏温性能、热稳定性以及室温和高温条件下的钢/钢摩擦副润滑剂的性能差异,探索了NPILs阳离子链长变化对其物理化学性质和摩擦学性能的影响规律. 结果表明:NPILs的黏度高于PAO 10和L-P 108,热分解温度低于PAO 10和L-P 108,NPILs黏度和热分解温度随着链长的增加而增加. 作为钢/钢摩擦副的润滑剂时,NPILs室温状态下减摩性能不及L-P108,但是NP-11118的抗磨性能优于L-P108;高温状态下,NPILs的减摩抗磨性能均优于L-P 108. 在常温和高温下NPILs相比PAO 10均具有优异的减摩抗磨性能,而且摩擦学性能随着烷基链长的增加而提高. 通过对磨斑表面进行扫描电镜分析证明这类离子液体具有优异的抗磨性能,通过EDS和XPS对磨斑表面的元素进行分析结果表明这类离子液体优异的摩擦学性能归因于离子液体结构中包含的N、P元素与金属基底发生摩擦化学反应所形成的具有优异减摩抗磨特性的摩擦化学反应膜.      

酯基功能化离子液体作为钢/钢摩擦副润滑剂的摩擦学性能研究

合成了含酯基官能团的咪唑类离子液体;研究了其物化性质及热稳定性;通过与非功能化的烷基咪唑离子液体对比,在SRV摩擦磨损试验机上研究了常温及高温条件下酯基功能化离子液体作为钢/钢摩擦副润滑剂的摩擦学性能;用SEM和XPS对磨斑表面进行了分析.结果表明:酯基功能化离子液体具有很高的热稳定性;酯基团的引入使得离子液体的黏度有所增加,导致其在较低载荷下的减摩性能降低,但引入的酯基官能团增强了离子液体对金属表面的化学吸附力,使其抗磨性能显著提高,在高载荷下离子液体分解所产生的活性元素氟与摩擦副表面的金属发生摩擦化学反应,生成以氟化亚铁和氧化铁为主体的边界润滑膜,从而降低了摩擦和磨损.同时发现含有TF₂N^-阴离子的功能化离子液体较含有BF^-₄阴离子的功能化离子液体具有更好的抗磨性能;含有较长N-烷基链的功能化离子液体的抗磨减摩性能较好.     

胆碱杂环二酸离子液体水润滑添加剂的制备及结构-性能关系研究

以胆碱和杂环二酸为原料,在去离子水中原位制备了添加剂[Ch]₂[Hdc],并研究了它们的摩擦学性能、腐蚀性、水生生物毒性与分子结构之间的构效关系. 研究发现,水溶液的运动黏度随着水中生成的[Ch]₂[Hdc]浓度的增加而增大,并且当[Ch]₂[Hdc]的分子结构对称性较低、极性较大时,水的黏度增加值相对较大. 这是由于添加剂分子极性较大时,分子间相互作用力较大,导致溶液的黏度增幅更大. 摩擦学性能测试发现,当[Ch]₂[Hdc]的浓度相对较低时,水溶液的减摩抗磨性能与[Ch]₂[Hdc]分子在摩擦副表面的吸附能力有关,分子极性较大,吸附能力较强的[Ch]₂[Hdc]可在摩擦副表面形成更为牢固的润滑保护膜,因而能有效改善水的减摩抗磨性能,反之则不能. 当[Ch]₂[Hdc]的浓度相对较高时,水溶液的减摩性能与其黏度呈反相关关系,抗磨性能则与其黏度呈正相关关系. 这是由于润滑剂黏度相对较大时,其内摩擦力较大,因而表现出较高的摩擦系数,即较差的减摩性能;然而,黏度相对较大的润滑剂则可以在摩擦副表面形成更为牢固的润滑保护膜,因而表现出较低的磨损体积,即较好的抗磨性能. 腐蚀试验结果表明,[Ch]₂[Hdc]可显著降低水对金属基底材料的腐蚀性. 毒性试验显示[Ch]₂[Hdc]对绿藻和海虾毒性远远小于传统离子液体L-B104.      

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.      

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.     

苯并噻唑衍生物在菜籽油中的摩擦学性能研究

利用四球摩擦磨损试验机考察了所合成的苯并噻唑衍生物添加剂在菜籽油中的摩擦学性能，并用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪观察分析了磨斑表面的形貌和元素化学状态。结果表明：苯并噻唑氨基甲酸衍生物添加剂可以显著改善菜籽油的减摩抗磨性能和承载能力；含上述添加剂的菜籽油在摩擦过程中发生了摩擦化学反应，生成了含菜籽油甘油酯、有机硫化物、硫酸亚铁等的边界润滑膜，从而改善了菜籽油的摩擦学性能。     

聚酰胺酰亚胺/聚四氟乙烯复合涂层的制备及其摩擦学性能和耐腐蚀性能

制备了具有良好摩擦学性能和优异耐腐蚀性能的聚酰胺酰亚胺/聚四氟乙烯(PAI/PTFE)多功能复合涂层. 采用CSM摩擦磨损试验机评估了涂层的摩擦学性能,采用P4000A电化学工作站研究了PAI/PTFE复合涂层在质量分数为3.5% NaCl溶液中的抗电化学腐蚀性能. 重点研究了PTFE与PAI的固体质量比对涂层摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响. 结果表明:适量PTFE的引入极大增强了PAI涂层的摩擦学性能和耐腐蚀性能. 特别是,当PTFE与PAI的固体质量比为0.6时,涂层的摩擦学性能最佳,摩擦系数为0.075,磨损率为3.72×10-6 mm3/(N·m). 当PTFE与PAI的固体质量比为1时,复合涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中浸泡240 h后涂层的低频阻抗值∣Z∣_{0.01 Hz}高达3.83×109 Ω?cm2,仍表现出较好的耐腐蚀性能. 此外,经过240 h中性盐雾试验,复合涂层表面没有出现起泡、生锈等现象. 复合涂层具有如此优异的摩擦学性能和耐腐蚀性能归因于PTFE优异的润滑性能以及涂层对腐蚀介质阻隔性能的增强.      

含硫和磷的苯并三氮唑衍生物作为菜籽油添加剂的摩擦学性能研究

利用四球摩擦磨损试验机考察了一种含硫和磷的苯并三氮唑衍生物 BDDP作为菜籽油添加剂的摩擦学性能 ,在热重分析仪上考察了其热稳定性能 ,并通过钢球磨损表面的 X射线光电子能谱分析探讨了其在菜籽油中的减摩抗磨和极压作用机理 .结果表明 ,所合成的添加剂具有较高的热稳定性和很高的承载能力 ,可以明显改善菜籽油的抗磨性能 ,是一种潜在的可生物降解润滑油添加剂