离子液体添加剂对流体动压润滑性能影响研究

摘要

自2001年离子液体首次在摩擦学领域得到应用以来，对其作为新型润滑剂的研究至今方兴未艾。大量研究结果表明，离子液体润滑剂具有优异的摩擦学性能。但是，目前诸多研究主要通过测量摩擦力和磨斑表面分析来表征离子液体的摩擦和磨损性能，对离子液体的动压润滑性能的研究鲜有报道。润滑薄膜的厚度是衡量流体动压润滑性能的一个重要指标，因此，本文主要围绕离子液体作为添加剂对流体动压润滑性能的影响，利用多光束干涉原理直接测量润滑薄膜厚度的方法，开展了相关的试验和研究。具体研究内容和结果如下：
　　(1)以极性润滑油PEG(聚乙二醇400)作为基础油，采用原位合成方法制备了几种离子液体作为添加剂，在研究组自制的面接触润滑油膜厚度测量装置上，利用多光束干涉原理对不同卷吸速度下的润滑薄膜厚度进行直接测量，将边界润滑引入到流体润滑，研究了离子液体添加剂对流体动压润滑性能的影响。实验结果表明:在流体动压润滑条件下离子液体作为极性润滑油添加剂具有优异的润滑性能，这可能归因于离子液体在润滑接触区的运动表面产生了界面效应，并且通过对试验后的滑块表面进行XPS分析证实了几乎无化学反应发生。同时，离子液体浓度和阴、阳离子的类型对其润滑薄膜厚度均有一定的影响。
　　(2)以非极性润滑油PAO（PAO4和PAO8）作为基础油，选用与非极性润滑油相容性较好的季膦盐离子液体（季膦盐磷酸酯离子液体和季膦盐油酸离子液体）作为添加剂，首先在多功能摩擦磨损试验机上进行摩擦系数的测量，再利用研究组自行研发的点接触润滑油膜厚度测量装置，对不同卷吸速度下的润滑薄膜厚度进行直接测量，评价了离子液体添加剂在流体动压润滑下的润滑性能。结果显示，在流体动压润滑条件下离子液体作为非极性润滑油添加剂具有优异的润滑性能，这是由于在摩擦过程中阴、阳离子与PAO分子相互作用在摩擦副表面产生界面效应;离子液体浓度和阴离子链长对其润滑薄膜厚度均有一定的影响。最后通过对摩擦磨损试验的下试样磨损表面进行形貌分析，表明离子液体添加剂确实减小了摩擦磨损。
　　(3)在润滑脂（12羟基硬脂酸锂基脂）中按一定的比例添加金属盐LiTFSI和季膦盐油酸离子液体，利用多功能摩擦磨损试验机和点接触润滑油膜厚度测量装置，对摩擦系数和油膜厚度进行测量，研究了离子液体添加剂对流体动压润滑性能的影响。结果表明:在流体动压润滑条件下离子液体作为润滑脂添加剂不仅具有优异的润滑性能，还具有良好的减摩抗磨能力，这可能归结于润滑脂具有较好的相容性和季膦盐离子液体本身的长链结构、较大的极性在摩擦过程中容易在摩擦副的表面产生界面效应;离子液体浓度对其润滑薄膜厚度也有一定的影响;并且季膦盐离子液体可以大大提高基础脂的承载能力。通过对摩擦磨损试验的下试样磨损表面进行形貌分析，证实了离子液体添加剂的减摩抗磨能力。

目录

声明

摘要

物理量名称及符号表

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 离子液体的概述

1．2．1 离子液体的定义

1．2．2 离子液体的种类

1．2．3 离子液体的性质

1．3 离子液体润滑剂发展历史及研究现状

1．4 离子液体润滑剂的润滑机理

1．5 本文主要研究内容

第2章 实验设备及实验技术

2．1 微型滑块面接触润滑膜厚测量系统

2．1．1 测量系统总体结构

2．1．2 伺服控制系统

2．1．3 倾角调节装置及技术

2．1．6 油膜厚度测量技术

2．2 点接触润滑光干涉弹流油膜厚度测量系统

2．2．1 测量系统总体结构

2．2．2 运动控制系统

2．2．3 图像采集及处理系统

2．2．4 油膜厚度测量技术

2．3 多功能摩擦磨损试验机

2．4 扫描电子显微镜

2．5 接触角测量仪

2．6 本章小结

第3章 离子液体的制备

3．1 引言

3．2 离子液体合成方法

3．2．1 一步合成法

3．2．2 两步合成法

3．2．3 其他合成方法

3．3 离子液体的原位合成法

3．4 本章小结

第4章 离子液体作为极性润滑油添加剂对流体动压润滑的影响

4．1 引言

4．2 试验部分

4．2．1 主要试剂

4．2．2 物理化学性能及表征

4．2．3 油膜厚度测量试验

4．3 结果讨论

4．3．1 离子液体添加剂对油膜厚度的影响

4．3．2 离子液体浓度对油膜厚度的影响

4．3．3 阴、阳离子类型对油膜厚度的影响

4．3．4 表面润湿性对油膜厚度的影响

4．4 磨损表面分析

4．5 本章小结

第5章 离子液体作为非极性润滑油添加剂对流体动压润滑的影响

5．1 引言

5．2 试验部分

5．2．1 主要试剂

5．2．2 物理化学性能及表征

5．2．3 摩擦磨损试验

5．2．4 油膜厚度测量试验

5．3 结果讨论

5．3．1 离子液体浓度对摩擦系数的影响

5．3．2 离子液体浓度对油膜厚度的影响

5．3．3 不同载荷对油膜厚度的影响

5．3．4 阴离子链长对油膜厚度的影响

5．3．5 磨损表面形貌分析

5．4 本章小结

第6章 离子液体作为润滑脂添加剂对流体动压润滑的影响

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 主要试剂

6．2．2 摩擦磨损试验

6．2．3 油膜厚度测量试验

6．3 结果讨论

6．3．1 离子液体浓度对摩擦系数的影响

6．3．2 离子液体浓度对油膜厚度的影响

6．3．3 不同载荷对油膜厚度的影响

6．3．4 磨损表面形貌分析

6．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术论文

致谢