新型水基添加剂的制备及摩擦学性能研究.pdf

李元宝纪兴华.新型水基添加剂的制备及摩擦学性能研究.河南化工():.新型水基添加剂的制备及摩擦学性能研究李元宝 纪兴华(.莱芜职业技术学院 山东 济南 .西安理工大学 陕西 西安)摘 要:利用一步法合成了一种季磷盐氨基酸离子液体水基润滑剂添加剂并与纯水进行了对比 采用微动摩擦磨损试验机考察了不同浓度条件下水溶性离子液体作为水添加剂对钢/钢摩擦副的摩擦学性能采用扫描电子显微镜()及能量色散 射线光谱仪()对磨斑表面进行了分析 结果表明:在相同的实验条件下随着添加剂质量浓度的增加其减摩抗磨性能也相对增加并且趋于稳定 对所得添加剂季磷盐氨基酸离子液体摩擦学性能进行了系统研究 与传统的水性润滑添加剂相比制备简单具有优异的摩擦学性能和良好的水溶性关键词:水溶性 离子液体 添加剂 水基润滑剂 摩擦学性能中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):./.()().:自 世纪 年代初以来水基润滑剂已广泛应用于机械加工、金属切削、机械传动和生物润滑等领域 水基润滑剂代替油基润滑剂已成为摩擦学的一个重要研究方向 等使用聚(苯乙烯磺酸钠)作为液压油中的水基润滑剂添加剂 等应用水基润滑剂进行关节润滑 然而水基润滑剂的润滑性能比油低因为其表面张力低黏度差 即使在低速下也难以形成有效的润滑膜并且通常伴随着对摩擦表面的强烈腐蚀 为了使水基润滑剂满足工业应用的需要研究人员研究了添加各种功能性水溶性润滑添加剂以改善其摩擦学性能 近年来水基润滑剂添加剂的制备越来越受到关注 然而这些添加剂的使用通常伴随着复杂的制剂和对环境的一些污染离子液体作为新的润滑材料引起了许多科研人员的关注 等研究了季磷离子液体作为润滑剂或润滑剂添加剂在钢/钢摩擦副上的应用发现是一种良好的减摩抗磨添加剂 等 研究润滑添加剂的摩擦学性能的结构对其相关性质和环境友好性进行了研究 收稿日期:基金项目:莱芜职业技术学院 年度教师科研项目()莱芜职业技术学院 年度教师科研项目()作者简介:李元宝()男讲师从事离子液体润滑剂添加剂的研究工作电话:河南化工 年 第 卷在上述研究的基础上可以得出结论离子液体()具有良好的润滑性能无论它们是用作润滑剂还是用作润滑油的润滑添加剂都被证明是水基润滑的有效添加剂 在此本研究通过简单的酸碱中和反应合成了一种新的水溶性润滑添加剂 阴离子源为亮氨酸阳离子源为四丁基氢氧化磷制备步骤简单且具有优异的摩擦学性能 实验部分.实验材料及合成方法四丁基氢氧化磷水溶液东京仁成工业株式会社亮氨酸北京百灵威科技有限公司 合成离子液体的溶剂如乙腈和甲醇均为分析纯 氨基酸离子液体添加剂均按文献报道方法合成.结构及性质表征使用核磁共振波谱(:)鉴定了所合成离子液体的结构利用上海阳德石油仪器制造有限公司生产的 黏度计测定 下氨基酸离子液体水基添加剂和水的运动黏度.摩擦学性能表征利用德国 公司生产的 微振动摩擦磨损试验机对其减摩抗磨性能进行评价并与纯水进行对比 其中 微振动摩擦磨损试验机的摩擦副接触方式为球 盘点接触 测试条件:温度 环境相对湿度 频率 振幅 实验时间 实验上试样为直径 的 钢球下试样为直径 、厚度.硬度 的 轴承钢块实验载荷为下试样的磨损体积由 三维光学轮廓仪测得 采用扫描电子显微镜()()分析了磨斑的表面形貌能量色散 射线光谱仪()测定了氨基酸离子液体润滑剂在摩擦副上磨斑表面元素的含量 结果与讨论.结构表征亮氨酸季磷盐离子液体润滑剂添加剂的核磁共振谱图数据如下:()().().().().().().()()().、.、.、.、.、.、.、.、.核磁数据结果证明所合成的氨基酸离子液体润滑剂添加剂的结构正确纯度约.物理化学性质表 给出了氨基酸离子液体润滑剂添加剂以及纯水的运动黏度表 氨基酸离子液的动力黏度润滑剂 动力黏度/()亮氨酸季磷盐.水.添加剂.添加剂.从表 数据可以看出随着添加剂浓度的增加其运动黏度也随之增加.摩擦磨损性能作为钢/钢摩擦副的润滑剂图 给出了室温条件下水和氨基酸离子液体润滑添加剂的摩擦系数随质量浓度的变化曲线图 摩擦系数随浓度变化曲线由图 可知水的摩擦系数约在.但是随着氨基酸离子液体润滑添加剂质量浓度的增加摩擦系数较小并且保持比较平稳的趋势当质量浓度为时摩擦系数基本稳定在.左右 摩擦实验结束后下试样的磨损体积(实验条件为频率 振幅 实验时间 载荷 )如下:纯水的磨损体积和其摩擦系数一致高居不下约.当添加剂的质量浓度为 时其磨损体积约.其磨损减少 当添加剂的第 期 李元宝等:新型水基添加剂的制备及摩擦学性能研究质量浓度为 时其磨损体积约.其磨损减少 条件下经纯水、氨基酸季磷盐和氨基酸季磷盐润滑钢/钢摩擦副后下试样磨斑的表面轮廓照片和扫面电镜照片见图.纯水.添加氨基酸季磷盐.添加氨基酸季磷盐.纯水.添加氨基酸季磷盐.添加氨基酸季磷盐的表面放大 .纯水.添加 氨基酸季磷盐.添加氨基酸季磷盐的表面放大图 扫描电镜图由图(室温下载荷 )可知下试样磨斑的表面轮廓照片和 形貌也进一步证实随质量浓度的增加氨基酸离子液体润滑添加剂磨损体积明显小于不含有、元素的纯水进一步说明活性元素、的引入能够显著提高纯水的抗磨性能图 经水和氨基酸离子液体润滑添加剂润滑后的钢/钢摩擦副上磨斑表面的能谱图与纯水空白对照点经氨基酸离子液体润滑剂添加剂润滑后磨斑上的氮元素和磷元素的含量都有一定程度的提高这主要是因为离子液体中的活性元素和金属表面发生摩擦化学反应生成了金属氧化物膜以及无机盐这也是其具有较好减摩抗磨性能的原因之一 经季磷盐离子液体润滑剂添加剂润滑后的磨斑表面随着其质量浓度的增加磷元素的含量都有一定程度的增加 而经亮氨酸季磷盐离子液体水基添加剂润滑后的磨斑表面检测到了 和 两种活性元素这就是亮氨酸季磷盐离子液体水基添加剂在重载条件下具有优异的摩擦学性能的主要原因 结论合成制备了亮氨酸季磷盐离子液体润滑剂添加剂 通过对其物理化学和摩擦学性质的研究可以得出一些结论:即使浓度极低()亮氨酸季磷盐离子液体水基添加剂也能显著提高水的减摩和抗磨损性能 随着亮氨酸季磷盐离子液体水基添加剂浓度的增加其减摩和抗磨性能趋于稳定值 添加剂的优异摩擦学性能归功于亮氨酸季磷盐离子液体水基添加剂在金属表面形成物理吸附保护膜的能力以及发生摩擦化学反应生成金属氧化物和无机盐能谱 的分析结果也证实了这一点参考文献:.().():.:():./.():.()/()().():.:.():.().():.():.():.河南化工 年 第 卷