离子液体和ZDDP添加剂的摩擦润滑性能影响研究

发布时间：2020-04-08 01:03

【摘要】：近十几年来离子液体(Ionic Liquids)作为新型高性能的液体润滑剂和添加剂展现出优异的摩擦学性能引起了研究者的关注,相关研究结果表明离子液体可有效降低摩擦力和表面磨损,而目前广泛应用的二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)能有效降低磨损,但会增大摩擦力,二者的润滑机理显然是不同的。遗憾的是,目前有关离子液体润滑机理的研究不够深入和系统,尤其是对二者协同机制作用下润滑机理的研究鲜有报道。本论文选用2种油溶性的季膦盐离子液体,对比传统的ZDDP添加剂,在四球摩擦磨损实验机上研究了添加剂对摩擦磨损性能的影响;利用光干涉点接触薄膜厚度测量装置研究了乏油条件下添加剂对成膜特性的影响;利用扫描电子显微镜SEM和表面轮廓仪PGI-800对磨斑的表面形貌进行扫描,并利用EDS分析了磨斑表面的化学组分。实验结果表明:在乏油条件下,ZDDP和离子液体均可改善基础油PAO的成膜能力,但离子液体的效果明显优于ZDDP;在边界润滑条件下,与ZDDP相比,离子液体添加剂对基础油的抗磨减摩性能更加优异,尤其在高温条件下效果更为明显。与基础油相比,ZDDP和IL协同作用机制下能有效降低磨损,具有较好的温度稳定性。对于全新的发动机油,如预期般ZDDP和离子液体添加剂的对摩擦学性能影响不大;而对于废旧油,添加ZDDP和离子液体可以明显改善其摩擦学性能,且离子液体添加剂的摩擦学性能接近全新的发动机油。添加剂ZDDP和IL对润滑油的摩擦学影响,可能是由于开始时添加剂容易在金属摩擦表面上形成一层极薄的物理吸附膜,在摩擦作用下发生摩擦化学反应,形成一层摩擦反应膜可避免两接触表面直接接触,从而起到减摩抗磨的作用,且ZDDP引起的摩擦反应膜硬度高且比较粗糙,而IL引起的摩擦反应膜由于其较低剪切强度则相对“软”,这能较好地解释本文中摩擦力实验结果。本文研究了离子液体、ZDDP添加剂和两者协同机制对基础油的摩擦学性能影响,并初步探讨了边界润滑条件下的减摩抗磨机理,以期对指导新型润滑材料提供借鉴意义,对满足设计机械部件尽可能在较低粘度的润滑油下工作的发展趋势,以便尽可能降低摩擦磨损引起的能源损失具有较为重要的现实意义。
【图文】：

对比图,离子液体,二硫化钼,晶体结构

1.2 离子液体的晶体结构意图与二硫化钼和石墨的空间状结构对比图[24]Fig. 1.2 Comparison of the structures of IL in its crystal formMoS2 and graphite子液体作为基础油，对多种摩擦副都具有非常好的润滑性能。研究者在/铝、钢/铜和氮化硅/聚合物等各种接触副进行了实验，离子液体均表现减摩抗磨性能，因此离子液体是一类性能优异的多用途润滑剂[25]。例如等研究发现烷基咪唑六氟磷酸盐离子液体作为钢/钢摩擦副的润滑剂比ZDDP 的液体石蜡具有更好的减摩性能和更高的承载能力[26]，XPS 分析液体润滑后的表面发生了复杂的摩擦化学反应形成了具有减摩抗磨能力ePO4和 FeF2的边界润滑薄膜，所以才具有较好的减摩抗磨能力。夏延了氮化和未氮化两种情况下 Cr18Ni9Ti 不锈钢球相对于 SAE52000 钢在-辛基咪唑六氟磷酸盐离子液体（[POIM][PF6]）和 PAO 润滑下的摩擦磨运用 SEM 和 XPS 分析了磨损表面形态以及主要元素化学态，发现氮化抗磨损性能更佳，但摩擦系数却略高于未氮化的[27]。Qu 等人研究了季

季膦盐,离子液体,边界润滑,金属表面

等[40]考察了不同链长季膦盐离子液体讨论了分子结构对摩擦学性能了季膦盐离子液体的润滑机制（如图 1.3 所示），得出了以下结论离子液体具有比 1-丁基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐（L-F摩擦学性能，季膦阳离子上烷基链的长短对季膦盐离子液体的摩擦大，与烷基链相比苯甲基不利于季膦盐离子液体的减摩性能。低下，离子液体的季膦阳离子和(CF3SO2)2N 、（TFSA ）阴离子在摩擦属表面发生摩擦化学反应分别生成含磷酸盐和氟化物的边界润滑膜主导地位，但与咪唑类离子液体相比，季膦阳离子的存在阻碍了 T面的摩擦化学反应。阴离子是二烷基磷酸（(CH3O)2P(O)O ）和二烷（(C2H5O)2P(S)S ）的季膦盐离子液体的摩擦学性能优于阴离子是 T离子液体，这是因为(CH3O)2P(O)O 和(C2H5O)2P(S)S 在金属表面发反应生成了含磷酸盐化合物的边界润滑膜，其润滑机理类似于传统，，如烷基磷酸酯和 ZDDP 润滑下的摩擦机理[41]。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH117.22

【参考文献】