离子液体作为钢-聚四氟乙烯润滑剂的摩擦学性能研究

采用微动摩擦磨损试验机考察了不同条件下三种离子液体作为钢/聚四氟乙烯润滑剂的摩擦学性能,并与传统润滑油聚α-烯烃(PAO)及干摩擦条件下的摩擦学性能做了对比.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:在变载变频试验条件下,三种离子液体与PAO的减摩抗磨性能相当;而在长磨试验条件下,离子液体均表现出优于PAO的摩擦学性能.原因是离子液体分子中的N、P、O等活性元素在摩擦过程中与聚四氟乙烯基底发生了摩擦化学反应,形成了具有润滑作用的化合物边界润滑膜,有效抑制了摩擦副的直接接触,而且该润滑膜的性能优于PAO润滑下形成的保护膜,从而使离子液体表现出优于PAO的摩擦学性能.     

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.     

季铵盐聚离子液体作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究

合成了含季铵阳离子的聚离子液体PPM-Cl,采用阴离子交换得到三种具有不同烷基链长羧酸根阴离子的聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa. 发现聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa能够提升水基润滑剂的黏度. 将聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa作为润滑添加剂溶于去离子水得到一系列水基润滑剂,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机考察了水基润滑剂的摩擦磨损性能并与含有商业增黏剂APE30的水基润滑剂进行了比较. 结果发现,聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa对水基润滑剂的增黏效果优于商业增黏剂APE30,聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa作为润滑添加剂均体现出优异的减摩抗磨性能. 其中,阴离子链长较长的聚离子液体PPM-Oa能够明显提升水基润滑剂的抗腐蚀性能,同时使水基润滑剂具有优异的减摩抗磨性能. 利用非接触表面光学三维轮廓仪和扫描电子显微镜分析摩擦副的磨斑区域的表面形貌,发现含聚离子液体的水基润滑剂在摩擦过程中能够减缓对摩擦副表面的腐蚀并抑制黏着磨损. 利用X射线光电子能谱仪分析摩擦副磨斑区域的表面化学状态,发现摩擦过程中聚离子液体在摩擦副表面形成吸附膜并与金属摩擦副发生复杂的摩擦化学反应,生成摩擦化学反应膜,发挥了优异的减摩抗磨作用.      

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.      

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.      

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。     

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.      

季膦盐离子液体润滑脂的制备及摩擦学规律研究

发展高性能离子液润滑脂是离子液体作为新型润滑材料在摩擦学领域的热点和重点.针对这一问题,用三丁基烷基季膦盐离子液体为基础油,聚四氟乙烯微粉为稠化剂制备了三种具有较高滴点的润滑脂.在钢/钢摩擦副表面摩擦学研究结果表明:与1-辛基-3甲基咪唑磷酸二辛基酯盐离子液体润滑脂相比,在室温和高温(100℃)下,三丁基烷基季膦盐离子液体润滑脂均具有优异的减摩抗磨性能.通过磨斑表面的XPS分析和电场条件下考察离子液体润滑脂摩擦系数变化,推断三丁基烷基季膦盐离子液体润滑脂的减摩抗磨机理为离子液体润滑脂中的聚四氟乙烯与摩擦表面发生摩擦化学反应生成含FeF_2的化学反应膜,以及离子液体阳离子、阴离子以物理吸附的方式在摩擦表面形成稳定吸附膜.     

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.     

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.      

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.     

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.     

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.     

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.     

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.