【摘要】：近十幾年來離子液體(Ionic Liquids)作為新型高性能的液體潤滑劑和添加劑展現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學性能引起了研究者的關注,相關研究結果表明離子液體可有效降低摩擦力和表面磨損,而目前廣泛應用的二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDP)能有效降低磨損,但會增大摩擦力,二者的潤滑機理顯然是不同的。遺憾的是,目前有關離子液體潤滑機理的研究不夠深入和系統(tǒng),尤其是對二者協(xié)同機制作用下潤滑機理的研究鮮有報道。本論文選用2種油溶性的季膦鹽離子液體,對比傳統(tǒng)的ZDDP添加劑,在四球摩擦磨損實驗機上研究了添加劑對摩擦磨損性能的影響;利用光干涉點接觸薄膜厚度測量裝置研究了乏油條件下添加劑對成膜特性的影響;利用掃描電子顯微鏡SEM和表面輪廓儀PGI-800對磨斑的表面形貌進行掃描,并利用EDS分析了磨斑表面的化學組分。實驗結果表明:在乏油條件下,ZDDP和離子液體均可改善基礎油PAO的成膜能力,但離子液體的效果明顯優(yōu)于ZDDP;在邊界潤滑條件下,與ZDDP相比,離子液體添加劑對基礎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。與基礎油相比,ZDDP和IL協(xié)同作用機制下能有效降低磨損,具有較好的溫度穩(wěn)定性。對于全新的發(fā)動機油,如預期般ZDDP和離子液體添加劑的對摩擦學性能影響不大;而對于廢舊油,添加ZDDP和離子液體可以明顯改善其摩擦學性能,且離子液體添加劑的摩擦學性能接近全新的發(fā)動機油。添加劑ZDDP和IL對潤滑油的摩擦學影響,可能是由于開始時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)生摩擦化學反應,形成一層摩擦反應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引起的摩擦反應膜硬度高且比較粗糙,而IL引起的摩擦反應膜由于其較低剪切強度則相對“軟”,這能較好地解釋本文中摩擦力實驗結果。本文研究了離子液體、ZDDP添加劑和兩者協(xié)同機制對基礎油的摩擦學性能影響,并初步探討了邊界潤滑條件下的減摩抗磨機理,以期對指導新型潤滑材料提供借鑒意義,對滿足設計機械部件盡可能在較低粘度的潤滑油下工作的發(fā)展趨勢,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)實意義。
【圖文】：

1.2 離子液體的晶體結構 意圖與二硫化鉬和石墨的空間 狀結構對比圖[24]Fig. 1.2 Comparison of the structures of IL in its crystal formMoS2 and graphite子液體作為基礎油，對多種摩擦副都具有非常好的潤滑性能。研究者在/鋁、鋼/銅和氮化硅/聚合物等各種接觸副進行了實驗，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 分析液體潤滑后的表面發(fā)生了復雜的摩擦化學反應形成了具有減摩抗磨能力ePO4和 FeF2的邊界潤滑薄膜，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 不銹鋼球相對于 SAE52000 鋼在-辛基咪唑六氟磷酸鹽離子液體（[POIM][PF6]）和 PAO 潤滑下的摩擦磨運用 SEM 和 XPS 分析了磨損表面形態(tài)以及主要元素化學態(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]考察了不同鏈長季膦鹽離子液體討論了分子結構對摩擦學性能了季膦鹽離子液體的潤滑機制（如圖 1.3 所示），得出了以下結論離子液體具有比 1-丁基-3-甲基咪唑雙（三氟甲烷磺酰）亞胺鹽（L-F摩擦學性能，季膦陽離子上烷基鏈的長短對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，離子液體的季膦陽離子和(CF3SO2)2N 、（TFSA ）陰離子在摩擦屬表面發(fā)生摩擦化學反應分別生成含磷酸鹽和氟化物的邊界潤滑膜主導地位，但與咪唑類離子液體相比，季膦陽離子的存在阻礙了 T面的摩擦化學反應。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性能優(yōu)于陰離子是 T離子液體，這是因為(CH3O)2P(O)O 和(C2H5O)2P(S)S 在金屬表面發(fā)反應生成了含磷酸鹽化合物的邊界潤滑膜，其潤滑機理類似于傳統(tǒng)，，如烷基磷酸酯和 ZDDP 潤滑下的摩擦機理[41]。
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH117.22

【參考文獻】

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本文編號：2618652