【摘要】：近十幾年來離子液體(Ionic Liquids)作為新型高性能的液體潤(rùn)滑劑和添加劑展現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能引起了研究者的關(guān)注,相關(guān)研究結(jié)果表明離子液體可有效降低摩擦力和表面磨損,而目前廣泛應(yīng)用的二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDP)能有效降低磨損,但會(huì)增大摩擦力,二者的潤(rùn)滑機(jī)理顯然是不同的。遺憾的是,目前有關(guān)離子液體潤(rùn)滑機(jī)理的研究不夠深入和系統(tǒng),尤其是對(duì)二者協(xié)同機(jī)制作用下潤(rùn)滑機(jī)理的研究鮮有報(bào)道。本論文選用2種油溶性的季膦鹽離子液體,對(duì)比傳統(tǒng)的ZDDP添加劑,在四球摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上研究了添加劑對(duì)摩擦磨損性能的影響;利用光干涉點(diǎn)接觸薄膜厚度測(cè)量裝置研究了乏油條件下添加劑對(duì)成膜特性的影響;利用掃描電子顯微鏡SEM和表面輪廓儀PGI-800對(duì)磨斑的表面形貌進(jìn)行掃描,并利用EDS分析了磨斑表面的化學(xué)組分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在乏油條件下,ZDDP和離子液體均可改善基礎(chǔ)油PAO的成膜能力,但離子液體的效果明顯優(yōu)于ZDDP;在邊界潤(rùn)滑條件下,與ZDDP相比,離子液體添加劑對(duì)基礎(chǔ)油的抗磨減摩性能更加優(yōu)異,尤其在高溫條件下效果更為明顯。與基礎(chǔ)油相比,ZDDP和IL協(xié)同作用機(jī)制下能有效降低磨損,具有較好的溫度穩(wěn)定性。對(duì)于全新的發(fā)動(dòng)機(jī)油,如預(yù)期般ZDDP和離子液體添加劑的對(duì)摩擦學(xué)性能影響不大;而對(duì)于廢舊油,添加ZDDP和離子液體可以明顯改善其摩擦學(xué)性能,且離子液體添加劑的摩擦學(xué)性能接近全新的發(fā)動(dòng)機(jī)油。添加劑ZDDP和IL對(duì)潤(rùn)滑油的摩擦學(xué)影響,可能是由于開始時(shí)添加劑容易在金屬摩擦表面上形成一層極薄的物理吸附膜,在摩擦作用下發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng),形成一層摩擦反應(yīng)膜可避免兩接觸表面直接接觸,從而起到減摩抗磨的作用,且ZDDP引起的摩擦反應(yīng)膜硬度高且比較粗糙,而IL引起的摩擦反應(yīng)膜由于其較低剪切強(qiáng)度則相對(duì)“軟”,這能較好地解釋本文中摩擦力實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文研究了離子液體、ZDDP添加劑和兩者協(xié)同機(jī)制對(duì)基礎(chǔ)油的摩擦學(xué)性能影響,并初步探討了邊界潤(rùn)滑條件下的減摩抗磨機(jī)理,以期對(duì)指導(dǎo)新型潤(rùn)滑材料提供借鑒意義,對(duì)滿足設(shè)計(jì)機(jī)械部件盡可能在較低粘度的潤(rùn)滑油下工作的發(fā)展趨勢(shì),以便盡可能降低摩擦磨損引起的能源損失具有較為重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【圖文】：

1.2 離子液體的晶體結(jié)構(gòu) 意圖與二硫化鉬和石墨的空間 狀結(jié)構(gòu)對(duì)比圖[24]Fig. 1.2 Comparison of the structures of IL in its crystal formMoS2 and graphite子液體作為基礎(chǔ)油，對(duì)多種摩擦副都具有非常好的潤(rùn)滑性能。研究者在/鋁、鋼/銅和氮化硅/聚合物等各種接觸副進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，離子液體均表現(xiàn)減摩抗磨性能，因此離子液體是一類性能優(yōu)異的多用途潤(rùn)滑劑[25]。例如等研究發(fā)現(xiàn)烷基咪唑六氟磷酸鹽離子液體作為鋼/鋼摩擦副的潤(rùn)滑劑比ZDDP 的液體石蠟具有更好的減摩性能和更高的承載能力[26]，XPS 分析液體潤(rùn)滑后的表面發(fā)生了復(fù)雜的摩擦化學(xué)反應(yīng)形成了具有減摩抗磨能力ePO4和 FeF2的邊界潤(rùn)滑薄膜，所以才具有較好的減摩抗磨能力。夏延了氮化和未氮化兩種情況下 Cr18Ni9Ti 不銹鋼球相對(duì)于 SAE52000 鋼在-辛基咪唑六氟磷酸鹽離子液體（[POIM][PF6]）和 PAO 潤(rùn)滑下的摩擦磨運(yùn)用 SEM 和 XPS 分析了磨損表面形態(tài)以及主要元素化學(xué)態(tài)，發(fā)現(xiàn)氮化抗磨損性能更佳，但摩擦系數(shù)卻略高于未氮化的[27]。Qu 等人研究了季

等[40]考察了不同鏈長(zhǎng)季膦鹽離子液體討論了分子結(jié)構(gòu)對(duì)摩擦學(xué)性能了季膦鹽離子液體的潤(rùn)滑機(jī)制（如圖 1.3 所示），得出了以下結(jié)論離子液體具有比 1-丁基-3-甲基咪唑雙（三氟甲烷磺酰）亞胺鹽（L-F摩擦學(xué)性能，季膦陽(yáng)離子上烷基鏈的長(zhǎng)短對(duì)季膦鹽離子液體的摩擦大，與烷基鏈相比苯甲基不利于季膦鹽離子液體的減摩性能。低下，離子液體的季膦陽(yáng)離子和(CF3SO2)2N 、（TFSA ）陰離子在摩擦屬表面發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)分別生成含磷酸鹽和氟化物的邊界潤(rùn)滑膜主導(dǎo)地位，但與咪唑類離子液體相比，季膦陽(yáng)離子的存在阻礙了 T面的摩擦化學(xué)反應(yīng)。陰離子是二烷基磷酸（(CH3O)2P(O)O ）和二烷（(C2H5O)2P(S)S ）的季膦鹽離子液體的摩擦學(xué)性能優(yōu)于陰離子是 T離子液體，這是因?yàn)?CH3O)2P(O)O 和(C2H5O)2P(S)S 在金屬表面發(fā)反應(yīng)生成了含磷酸鹽化合物的邊界潤(rùn)滑膜，其潤(rùn)滑機(jī)理類似于傳統(tǒng)，，如烷基磷酸酯和 ZDDP 潤(rùn)滑下的摩擦機(jī)理[41]。
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH117.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2618652