發(fā)布時間：2016-10-23 08:17

第 1 章 緒論

由于汽車工業(yè)的迅速發(fā)展以及汽車需求量的攀升，促使世界石油資源日漸枯竭，能源危機(jī)迫在眉睫，燃料價格不斷上漲。而大量汽車尾氣的排放也嚴(yán)重影響了環(huán)境質(zhì)量，如 2013 年初我國北方如北京、濟(jì)南等部分城市冬季出現(xiàn)的持續(xù)較長時間的霧霾天氣、PM2.5 的問題，都與汽車尾氣的排放密切相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計，大氣污染中有 60%的一氧化碳、50%的氮氧化物和 70%的烴類、有機(jī)揮發(fā)物來自汽車排放。隨著人們生活質(zhì)量的提高、節(jié)能及環(huán)保意識的逐漸增強(qiáng)，人們對生活環(huán)境提出了更高的要求，如空氣中 PM2.5 的限制是典型的一個案例。世界各國也對大氣質(zhì)量的控制以及對汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的要求更加嚴(yán)格。為了滿足法規(guī)要求的排放標(biāo)準(zhǔn)，未來汽車均采用電控燃油噴射技術(shù)，廣泛安裝催化轉(zhuǎn)化器，柴油車還要安裝顆粒物過濾器。汽車技術(shù)的發(fā)展要求發(fā)動機(jī)油在不斷提高其高溫清凈性、分散性和抗氧化性能的同時，還要滿足低灰分、低磷、低硫的需求[1-2]。因?yàn)榇罅吭囼?yàn)已經(jīng)證實(shí)，尾氣中的這些化學(xué)成分會降低排放后處理裝置的效率，縮短其使用壽命，甚至失效。在理論上，潤滑油中所有的硫、磷及灰分都會降低排放后處理裝置的效率，縮短其使用壽命[3-4]。目前，許多潤滑油規(guī)格已開始對潤滑油中的硫、磷及灰分含量進(jìn)行了限制。如表 1.1 所示，在轎車用油規(guī)格中的 ILSACGF-5/APISM，ACEAC1、C2、C3、C4，奔馳的 MBp22931 等。

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第 2 章 試劑、儀器及試驗(yàn)方法

2.1 試劑、儀器

潤滑油的潤滑性能一般用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)來測定，常用的試驗(yàn)機(jī)有：四球試驗(yàn)機(jī)、梯姆肯試驗(yàn)機(jī)、法萊克斯試驗(yàn)機(jī)等。相互接觸的摩擦副的摩擦磨損性能不僅與整個摩擦系統(tǒng)的組成成份密切相關(guān)，而且還與潤滑材料性能相關(guān)，例如潤滑油基礎(chǔ)油的品質(zhì)，潤滑油添加劑的種類、添加量、純度、性能，也受到工作參數(shù)、工作狀況、環(huán)境因素等多種情況的影響[81]。因而試驗(yàn)儀器的選擇也比較重要，本文形成的潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能測試選擇了現(xiàn)在人們最常用的四球試驗(yàn)機(jī)，它具有操作步驟方便、數(shù)據(jù)可靠等優(yōu)點(diǎn)。四球試驗(yàn)機(jī)的工作部分機(jī)構(gòu)示意圖如圖 2.1所示[82]。

2.2 熱穩(wěn)定性能測試方法

采用美國PERKIN-ELMER公司TGAQ500型綜合熱分析儀對六種添加劑進(jìn)行熱分析測試。測試條件：氮?dú)夥諊�，測試溫度從室溫以 20℃/min 升的溫速率，升溫到 550℃。其主要原理為：熱重法是在程序設(shè)置溫度控制的條件下，測量被測物質(zhì)量隨著溫度的變化情況，熱重分析儀主要用于研究物質(zhì)的分解、吸附、解析、脫水、化合、相變、蒸發(fā)、凝固、升華、溶化等現(xiàn)象及對物質(zhì)做鑒別分析、動力學(xué)參數(shù)測定、熱參數(shù)分析、組分分析等[80]。

第 2 章 試劑、儀器及試驗(yàn)方法..........17
2.1 試劑、儀器.........17 
2.2 熱穩(wěn)定性能測試方法..........18
2.3 摩擦學(xué)性能測試方法.............18
第 3 章 無硫磷含氮雜環(huán)潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能研究 ............22
3.1 無硫磷含氮雜環(huán)潤滑添加劑的設(shè)計合成及熱穩(wěn)定性能..........22 
3.2 5-烷氧基-[1,2,4]-三唑并[4,3-a]喹唑啉的摩擦學(xué)性能.................... 32 
3.3 5-烷胺基-[1,2,4]-三唑并[4,3-a]喹唑啉的摩擦學(xué)性能..................... 48
第 4 章 結(jié)論及展望............................ 73
4.1 結(jié)論........ 73
4.2 展望................. 74

第 3 章 無硫磷含氮雜環(huán)潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能研究

3.1 無硫磷含氮雜環(huán)潤滑添加劑的設(shè)計合成及熱穩(wěn)定性能

基于上述分子設(shè)計思想，開發(fā)出一種他人尚未在潤滑添加劑中報道的無灰、無磷、無硫的雙含氮雜環(huán)：喹唑啉并三氮唑環(huán)，作為所設(shè)計添加劑的母體化合物，如圖 3.1 所示。在前期研究工作積累和潤滑添加劑歷史研究中得知，喹唑啉環(huán)和三氮唑環(huán)都是各自兼具摩擦學(xué)、抗氧抗腐防銹等多功能屬性的含氮單雜環(huán)；分子中苯環(huán)的存在可以提高分子熱穩(wěn)定性和氧化安定性，還有益于增加其對基礎(chǔ)油的感受性，同時對分子油溶性以及抗腐蝕性會有貢獻(xiàn)，多個處于鄰位的氮原子更是有利于分子在摩擦金屬表面強(qiáng)有力吸附，形成更穩(wěn)定的正離子過渡態(tài)，生成更致密的表面膜。

3.2 5-烷氧基-[1,2,4]-三唑并[4,3-a]喹唑啉的摩擦學(xué)性能

從圖 3.16 中可以看出加入 BOTQ、OOTQ 和 DOTQ 三種潤滑添加劑之后，液體石蠟的最大無卡咬負(fù)荷值均得到提高，這可能是在高負(fù)荷的條件下三種添加劑發(fā)生分解成含鐵的有機(jī)化合物潤滑膜，這種潤滑膜質(zhì)軟而且容易剪切，在油膜破裂后，能夠在金屬表面繼續(xù)起潤滑作用，這種潤滑膜還能夠繼續(xù)防止摩擦副的接觸區(qū)域的進(jìn)一步燒結(jié)或劃傷，從而可提高基礎(chǔ)油的承載能力。從圖 3.16 中得知該3種添加劑都隨著添加劑的濃度的增大，其最大無卡咬負(fù)荷值也隨著增大，都在添加劑的濃度為 2.0%時的最大無卡咬負(fù)荷值達(dá)到最大；當(dāng)添加劑 BOTQ 的添加量為 1.0%、OOTQ 的添加量為 1.5%、DOTQ 的添加量為 1.0%時，最大無卡咬負(fù)荷值分別達(dá)到 470N、520N 、540N，分別較基礎(chǔ)油液體石蠟最大無卡咬負(fù)荷值 300N的基礎(chǔ)上提高了 57%、73%和 80%，但是當(dāng)添加劑的濃度繼續(xù)上升時，其最大無卡咬負(fù)荷值已經(jīng)不再繼續(xù)發(fā)生明顯的變化，此時可能由于潤滑添加劑在潤滑邊界的吸附已趨近飽和。BOTQ、OOTQ 和 DOTQ 屬于同系列的化合物，它們有著相同的官能團(tuán)，只是烷基含有不同的鏈長，從圖中可以看出隨著該類添加劑鏈長的增加，其最大無卡咬負(fù)荷值也增加，且在相同濃度下，鏈長的潤滑添加劑高于鏈短的添加劑，說明添加劑的鏈長越長，形成的吸附膜越厚，其極壓承載能力越好。
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第 4 章 結(jié)論及展望

4.1 結(jié)論

本論文以液體石蠟為基礎(chǔ)油，在四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上分析了合成的兩類六種無硫磷含氮雜環(huán)潤滑添加劑在液體石蠟中的的摩擦學(xué)性能，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，得到了如下的主要結(jié)論。（1）合成了 5-烷氧基-[1,2,4]三唑并[4,3-a]喹唑啉類和 5-烷胺基-[1,2,4]三唑并[4,3-a]喹唑啉類六種潤滑添加劑，它們分別為 BOTQ、OOTQ、DOTQ 與 BATQ、OATQ、DATQ，確定了添加劑的分子結(jié)構(gòu)，其熱穩(wěn)定性良好，最低的初始分解溫度為 130℃，能夠滿足一般工況的要求。（2）同系列的 BOTQ、OOTQ 、DOTQ 三種添加劑具有良好的摩擦學(xué)性能，隨著烷基的鏈長增長，其摩擦學(xué)性能增強(qiáng)。1.0%的添加劑 DOTQ 可以提高液體石蠟的 PB值的 80%；在添加劑的濃度為 1.0%、載荷為 245N、長磨時間為 30min 的條件下，添加劑 BOTQ、OOTQ 、DOTQ 的磨斑直徑分別從基礎(chǔ)油的磨斑直徑0.679mm 減小到 0.390mm、0.365mm、0.352mm，含 1.0%添加劑 DOTQ 的摩擦系數(shù)由基礎(chǔ)油的 0.08030 減小到 0.07868。

4.2 展望

通過無硫磷的含氮雜環(huán)潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能研究，該類潤滑添加劑屬于環(huán)境友好的添加劑，并且具有優(yōu)良的摩擦學(xué)性能，但是由于研究時間與條件以及本人研究水平限制，本論文只是開發(fā)環(huán)境友好潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能的基礎(chǔ)研究，研究中也必定存在著些許問題，，本論文的研究也僅僅是拋磚引玉，本人認(rèn)為在此研究的基礎(chǔ)上還可以對該類添加劑進(jìn)行復(fù)配的摩擦學(xué)性能等基礎(chǔ)研究。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號：150038