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，能源危機迫在眉睫，燃料價格不斷上漲。而大量汽車尾氣的排放也嚴重影響了環(huán)境質量，如 2013 年初我國北方如北京、濟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。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、有機揮發(fā)物來自汽車排放。隨著人們生活質量的提高、節(jié)能及環(huán)保意識的逐漸增強，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量的控制以及對汽車排放標準的要求更加嚴格。為了滿足法規(guī)要求的排放標準，未來汽車均采用電控燃油噴射技術，廣泛安裝催化轉化器，柴油車還要安裝顆粒物過濾器。汽車技術的發(fā)展要求發(fā)動機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]。因為大量試驗已經(jīng)證實，尾氣中的這些化學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。

......

第 2 章 試劑、儀器及試驗方法

2.1 試劑、儀器

潤滑油的潤滑性能一般用摩擦磨損試驗機來測定，常用的試驗機有：四球試驗機、梯姆肯試驗機、法萊克斯試驗機等。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，而且還與潤滑材料性能相關，例如潤滑油基礎油的品質，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]。因而試驗儀器的選擇也比較重要，本文形成的潤滑添加劑的摩擦學性能測試選擇了現(xiàn)在人們最常用的四球試驗機，它具有操作步驟方便、數(shù)據(jù)可靠等優(yōu)點。四球試驗機的工作部分機構示意圖如圖 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行熱分析測試。測試條件：氮氣氛圍，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：熱重法是在程序設置溫度控制的條件下，測量被測物質量隨著溫度的變化情況，熱重分析儀主要用于研究物質的分解、吸附、解析、脫水、化合、相變、蒸發(fā)、凝固、升華、溶化等現(xiàn)象及對物質做鑒別分析、動力學參數(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性能研究 ............22
3.1 無硫磷含氮雜環(huán)潤滑添加劑的設計合成及熱穩(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]喹唑啉的摩擦學性能..................... 48
第 4 章 結論及展望............................ 73
4.1 結論........ 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性能研究

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

基于上述分子設計思想，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、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油的感受性，同時對分子油溶性以及抗腐蝕性會有貢獻，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荷值均得到提高，這可能是在高負荷的條件下三種添加劑發(fā)生分解成含鐵的有機化合物潤滑膜，這種潤滑膜質軟而且容易剪切，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)域的進一步燒結或劃傷，從而可提高基礎油的承載能力。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%時的最大無卡咬負荷值達到最大；當添加劑 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，最大無卡咬負荷值分別達到 470N、520N 、540N，分別較基礎油液體石蠟最大無卡咬負荷值 300N的基礎上提高了 57%、73%和 80%，但是當添加劑的濃度繼續(xù)上升時，其最大無卡咬負荷值已經(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，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。
..

第 4 章 結論及展望

4.1 結論

本論文以液體石蠟為基礎油，在四球摩擦磨損試驗機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性能，在實驗的基礎之上，得到了如下的主要結論。（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構，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性能，隨著烷基的鏈長增長，其摩擦學性能增強。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性能的基礎研究，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，本人認為在此研究的基礎上還可以對該類添加劑進行復配的摩擦學性能等基礎研究。

.....

參考文獻（略）

本文編號：150038