外加电场下咪唑类离子液体的摩擦学性能研究

发布时间：2020-05-13 12:20

【摘要】：本论文首先搭建了基于电场工况下的摩擦学测试平台,选择六种咪唑类离子液体在钢/钢摩擦副上进行摩擦磨损实验,设计研究了电场方向(正、负两个方向)、电场强度(0 V、±0.2 V、±0.4 V、±0.6 V、±0.8 V、±1.0 V)、载荷(1 N、3 N、5 N、10 N、20 N)、频率(0.5 Hz、1 Hz、2 Hz、3 Hz)等因素对其润滑性能的影响,利用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)对离子液体的结构进行分析,利用热重分析仪(TGA)对离子液体的热稳定性进行分析,通过摩擦磨损试验机对离子液体的摩擦学行为进行测定,利用Micro-XAM型激光共聚焦三维表面轮廓仪对磨痕表面进行表征,利用JSM-5600 LV型低真空扫描电子显微镜(SEM)对磨痕表面的微观结构进行表征,PHI5702型多功能电子能谱仪对磨痕表面的元素分布和价态等进行微观检测分析。主要研究结果如下:1.研究具有不同阳离子的咪唑类离子液体在外加电场环境下,利用控制变量法,分别在不同电场强度、不同频率、不同载荷条件下,随着烷基链长的不断增长,其摩擦磨损性能的变化规律。控制载荷和频率相同,烷基侧链长度的不断增长使之在不同的电场强度下其摩擦系数逐渐减小;控制电位和载荷相同,在不同的频率下摩擦系数则呈逐渐增大的趋势;控制电位和频率相同,不同载荷时,摩擦系数则随着烷基侧链长度的增长而逐渐减小。同时,电场方向对以上条件没有明显影响。2.研究具有不同阴离子的咪唑类离子液体在外电场工况下,利用控制变量法,分别在不同电场强度、不同频率、不同载荷条件下,其摩擦学性能的变化规律。在上述三种情况下,此三种离子液体的减磨耐磨性能均表现为:四氟硼酸盐的耐磨性能优于氯盐优于硝酸盐。同时,电场方向的变化对以上规律没有明显的影响。
【图文】：

示意图,润滑机理,离子液体,示意图

所带的正电荷同离子液体的阴离子相互结合形成阴离子吸附层，再与离子液体中的阳离子结合形成结构相对稳定的保护膜，使之能够起到很好的减摩抗磨作用（如图1.1所示）。图1.1 离子液体的润滑机理示意图[43]Fig.1.1 Schematic diagram of ionic liquid lubrication mechanism[43]2001年，刘维民院士首次报道了离子液体润滑剂研究[44]，并且将其优异的摩擦学性能归因于其独特的偶极结构，易在摩擦副表面吸附，并且经XPS表征结果显示离子液体能够在摩擦过程中与金属表面发生摩擦化学反应生成含氟化物、B2O3和BN的物质。2006年，该课题组发表的一篇文章[45]较为详细地描述了离子液体润滑机理，首先，离子液体的阴离子极易与金属表面的带正电荷部位结合，而且离子液体中具有电负性的元素也促使其与金属表面进行吸附，形成

离子液体,石墨,晶体结构

西北民族大学硕士学位论文5了物理化学吸附膜，如图1.2所示为可能的离子液体层状结构，这种结构与石墨烯和二硫化钼相似，赋予其优异的润滑性能。此外，在这样的滑动条件下离子液体中的活性元素通常会与金属表面发生摩擦化学反应而后生成有保护作用的摩擦化学反应膜。图1.2 离子液体的晶体结构、MoS2和石墨烯结构[45]Fig.1.2 Comparison of the structure of ionic liquid in its crystal form, MoS2and graphite[45]1.3 外加电场对摩擦学性能影响的研究现状到目前为止，关于不同润滑条件下的电控摩擦性能研究的机理解释存在很大的差异，，如图1.3所示。图1.3 润滑状态不同时的电控摩擦现象的相关机理解释Fig.1.3 Interpretation of the mechanism of electronically controlled friction in differentlubrication states1.3.1 外加电场对干摩擦性能的影响依据摩擦副的表面是否有转移膜形成的角度分析看，外加电场对干摩擦性能的影响机理主要分为静电作用理论和表面转移膜理论。静电作用是指在外部施加电场的环境下根据静电引力的存在而导致的摩擦
【学位授予单位】：西北民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O645.1;TH117.1

【参考文献】