本文關鍵詞：硼酸鹽（酯）的制備及其作為潤滑油添加劑的摩擦學性能研究

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【摘要】：由于含硼化合物在摩擦學領域應用較多,無機納米硼酸鹽以及有機硼酸酯均能夠顯著地提高潤滑基礎油的摩擦學性能,因此研究含硼化合物在摩擦學領域的應用就顯得至關重要。作為一種多功能的潤滑油添加劑,有機硼酸酯不僅無毒無臭,還具有很好的防銹性、抗氧化性和生物降解性。但是由于硼酸酯分子中的B原子為sp2雜化,還存在一個空的P軌道,因此很容易受到水等親核試劑的進攻進而發(fā)生水解,這極大地限制了其在工業(yè)領域上的應用。本文中我們將N原子和烷基酚聚氧乙烯醚(OP-4)大分子引入到硼酸酯結構中制備了兩種新型硼酸酯,N原子含有的孤對電子和B原子的P軌道配對從而使B原子變得穩(wěn)定,并且OP-4的引入增大了硼酸酯分子的空間位阻,很好的提高了硼酸酯的水解穩(wěn)定性。研究了它們在三種不同基礎油(礦物油液體石蠟LP、合成油聚-α-烯烴PAO6和癸二酸二異辛酯DIOS)中的摩擦學性能。此外我們還采用了簡單的沉淀法制備了油胺修飾氟硼酸鑭納米微粒,探究了不同條件對其形貌的影響,表征了其在兩種不同基礎油(LP和DIOS)中的摩擦學性能,評價了不同摩擦活性元素F、B、La的復配以及同時含有不同摩擦活性元素的化合物對于減摩抗磨性能的協(xié)同或拮抗作用。本文的主要研究內容和結果如下:(1)硼酸酯的制備及其在不同基礎油中的摩擦學性能研究合成了兩種油溶性較好的綠色環(huán)保潤滑油添加劑MEBE和DEBE并在四球摩擦磨損試驗機上研究了其在LP、PAO及DIOS中的摩擦學性能,對鋼球的磨斑表面進行了掃描電子顯微鏡(SEM)、(EDS)及X射線光電子能譜儀(XPS)分析。結果表明,合成的兩種硼酸酯在三種基礎油中均未表現(xiàn)出減摩性能,這是由于添加劑同摩擦副新鮮磨損表面發(fā)生相互作用形成吸附膜或反應膜,這種膜的剪切強度或粗糙度比基體金屬的高,從而造成了摩擦系數(shù)的升高。而在LP及PAO中均具有較好的抗磨性能,原因主要是生成了含有BN/B_2O_3,Fe_2O_3,含N有機物等的保護膜;然而由于合成硼酸酯的極性低于DIOS,因此由于競爭吸附的作用,DIOS優(yōu)先吸附到金屬表面,而少量的硼酸酯破壞了DIOS油膜的連續(xù)性,使得添加合成硼酸酯后,DIOS摩擦學性能變差。(2)氟硼酸鑭的制備及摩擦學性能研究采用簡單的沉淀法制備了硼酸鑭和氟化鑭納米微粒,利用X射線粉末衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、佛立葉紅外光譜(FT-IR)等手段表征了其形貌、結構及化學組成;用四球摩擦磨損實驗機考察了單獨添加一種納米微粒以及兩種納米微粒以一定比例復配后潤滑基礎油的摩擦學性能;利用XPS分析了鋼球磨斑表面的化學元素狀態(tài)并簡單分析了納米微粒所起的作用和機理。結果表明,合成硼酸鑭和氟化鑭在單獨使用時在兩種基礎油(LP和DIOS)中均具有較好的減摩抗磨性能,而以一定比例復配后,在DIOS中幾乎不具有減摩抗磨性,而在LP中,當添加總濃度為0.6%時,在LaBO3/LaF3=0.3/0.3時摩擦學性能最為優(yōu)異,分析其減摩抗磨機理可能是在摩擦過程中發(fā)生了摩擦化學反應,形成了含有B_2O_3,Fe_2O_3,FeF3,La_2O_3等物質的摩擦化學反應膜,此外還有LaF3及表面修飾劑的吸附膜,摩擦化學反應膜和沉積吸附膜一起形成了邊界潤滑膜,從而具有很好的減摩抗磨性能。而不同復合濃度下摩擦學性能有差異可能是由于摩擦過程中生成的產物含量的差別。此外我們采用簡單的沉淀法制備了氟硼酸鑭納米顆粒并表征了其在基礎油中的摩擦學性能,討論了不同反應條件對氟硼酸鑭形貌及粒徑的影響,確定氟硼酸鑭的最佳反應條件為:以硝酸鑭和氟硼酸鈉為原料,以油胺為修飾劑,CTAB為分散劑,60℃條件下反應3h制備了粒徑均一,分散性較好的氟硼酸鑭納米片;合成的氟硼酸鑭納米片在LP和DIOS中均具有很好的減摩抗磨性能;合成氟硼酸鑭納米片在DIOS中之所以具有很好的減摩抗磨性能是因為形成了含有B_2O_3、Fe_2O_3、FeF3和La_2O_3的摩擦化學反應膜以及氟硼酸鑭的吸附膜共同組成的邊界潤滑膜。
【關鍵詞】：硼酸鑭 氟化鑭 氟硼酸鑭 硼酸酯 摩擦學性能
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE624.82
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 環(huán)境友好型潤滑油添加劑11-12
• 1.2 含B潤滑添加劑12-17
• 1.2.1 硼酸鹽潤滑添加劑13-14
• 1.2.2 硼酸酯潤滑添加劑14-16
• 1.2.3 摩擦學機理分析16-17
• 1.3 潤滑基礎油17-20
• 1.4 選題依據(jù)及研究內容20-22
• 1.4.1 選題依據(jù)20-21
• 1.4.2 研究內容21
• 1.4.3 可行性分析21-22
• 參考文獻22-27
• 第二章 硼酸酯的制備及其在不同基礎油中的摩擦學性能研究27-49
• 引言27-28
• 2.1 MEBE的制備及其在不同基礎油中的摩擦學性能研究28-38
• 2.1.1 實驗部分28-31
• 2.1.2 結果與討論31-38
• 2.1.3 本節(jié)小結38
• 2.2 DEBE的制備及其在不同基礎油中的摩擦學性能研究38-45
• 2.2.1 實驗部分38-39
• 2.2.2 結果與討論39-45
• 2.2.3 本節(jié)小結45
• 2.3 本章小結45-46
• 參考文獻46-49
• 第三章 氟硼酸鑭的制備及摩擦學性能研究49-78
• 引言49-50
• 3.1 硼酸鑭的制備及摩擦學性能研究50-56
• 3.1.1 實驗部分50-52
• 3.1.2 結果與討論52-56
• 3.1.3 本節(jié)小結56
• 3.2 氟化鑭的制備及摩擦學性能研究56-60
• 3.2.1 實驗部分56-57
• 3.2.2 結果與討論57-60
• 3.2.3 本節(jié)小結60
• 3.3 硼酸鑭、氟化鑭復合后摩擦學性能研究60-65
• 3.3.1 硼酸鑭、氟化鑭在LP中的摩擦學性能研究61-64
• 3.3.2 本節(jié)小結64-65
• 3.4 氟硼酸鑭的制備及摩擦學性能研究65-74
• 3.4.1 實驗部分65-66
• 3.4.2 結果與討論66-73
• 3.4.3 本節(jié)小結73-74
• 3.5 本章小結74-75
• 參考文獻75-78
• 第四章 結論78-79
• 碩士期間完成的論文79-80
• 致謝80-81

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