离子液体在润滑脂中的导电性和摩擦学性能研究

以聚亚烷基二醇(PAG)为基础油,LiBF_4和LiNTf_2锂盐为添加剂原位形成离子液体;制备以离子液体为基础油,以高碱值复合磺酸钙为稠化剂的导电润滑脂,考察其体积电阻率、接触电阻等导电性,在MFT-R4000高速往复摩擦磨损试验机上评定其摩擦学性能,并采用超高分辨率场发射扫描电子显微镜进行表面分析。结果表明:LiBF_4和LiNTf_2可显著提高高碱值复合磺酸钙基脂的导电性,且LiBF_4比LiNTf_2导电效果更好;在摩擦过程中LiBF_4能在摩擦副之间形成摩擦保护膜,因而其具有优异的减摩抗磨作用;含质量分数2%LiBF_4的高碱值复合磺酸钙基导电润滑脂,其导电性和摩擦学性能明显优于商用电力复合脂,可作为新型电力复合脂使用。     

锂盐型电力复合脂的导电性和摩擦学性能

以三种锂盐:四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiNTf2)作为锂基润滑脂导电剂制得了三种电力复合脂。分别采用DDSJ-308A型电导率仪,GEST-121型体积表面电阻率测试仪和HLY-200A型回路电阻测试仪对电力复合脂的导电性进行了测试。并采用Optimol SRV-I型振荡往复摩擦磨损试验机对电力复合脂在室温下的摩擦学性能进行了测试。结果表明,三种锂盐可以提高润滑脂的导电性,还可以改善润滑脂的摩擦学性能。利用Micro-XAM3D轮廓扫描仪测量了磨痕体积,采用扫描电子显微镜和PHI-5702型多功能X射线光电子能谱仪对磨损表面进行了表征和分析。分析结果表明,在摩擦过程中形成了包含吸附膜和化学反应膜的边界膜,使得减摩抗磨性能得到了改善。     

导电复合锂基润滑脂润滑的制备及性能研究

以聚α烯烃(PAO)为基础油,以复合锂皂为稠化剂,并添加抗氧、极压和导电添加剂,制备一种导电复合锂基润滑脂,用高速往复摩擦磨损试验机和表面电阻测定仪测定其润滑性能和导电性能,并与国外商用润滑脂和国产导电润滑脂进行比较。通过光学显微镜观察磨斑表面发现,自制的复合锂基脂润滑的表面光滑平整,其润滑性能优于其他2种润滑脂;体积电阻测量结果表明,复合锂基脂的体积电阻率要远远小于国外商用润滑脂和国产导电脂,说明其导电性也要优于其他2种润滑脂。研究表明,选用的有机导电介质不但降低了体积电阻,而且形成的摩擦保护膜也提高了其润滑性能。     

油胺修饰镍纳米粒子在锂基脂中的摩擦学性能*

为提高镍纳米粒子作为润滑脂添加剂的减摩和抗磨能力,采用油胺对其进行修饰以减少团聚,通过SEM、FT-IR和XRD对OA-Ni的微观形态和结构进行了表征,利用四球摩擦试验机和TE77往复摩擦试验机考察表面修饰的镍纳米粒子(OA-Ni)对锂基润滑脂摩擦学性能的影响,并探讨其在润滑脂中的减摩抗磨机制。结果表明:制备的油胺修饰镍纳米粒子呈不规则的圆片状,粒径约为100 nm,在润滑脂中有良好的分散性;经油胺表面改性的镍纳米粒子能有效改善锂基脂的摩擦学性能,抗磨和减摩性能分别提升了36.6%和15%。磨损表面分析结果表明,在摩擦过程中油胺修饰的镍纳米粒子在摩擦表面形成了主要成分为Fe2O3、 Fe3O4、NiO、Ni2O3等金属氧化物的摩擦化学膜,提高了锂基脂的摩擦学性能。     

碳纳米管基膨润土润滑脂的制备及摩擦学性能研究

为制备摩擦学性能优良的多壁碳纳米管基膨润土润滑脂,采用油酸对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行修饰,在实验室自主设计的超声辅助球磨试验装置上,制备在PAO6中均匀稳定分散的多壁碳纳米管悬浮液,并以悬浮液为基础油制备MWCNTs增强的膨润土润滑脂。探讨不同分散方法(球磨分散、超声分散、超声和球磨分散)对多壁碳纳米管分散稳定性的影响,研究润滑脂的摩擦因数、磨斑直径随多壁碳纳米管质量分数的变化。实验结果表明:经油酸修饰的多壁碳纳米管在超声和球磨综合作用下分散稳定性最好;随多壁碳纳米管质量分数的增加,膨润土润滑脂的摩擦因数、磨斑直径先减小后增大,其中多壁碳纳米管质量分数为0.03%时,所制备的膨润土润滑脂摩擦学性能最佳,磨斑直径最小(0.690 mm),比美孚28号航空润滑脂(符合美国军方规格MIL-G81322C,磨斑直径0.807 mm)降低了14.5%。     

磷酸酯离子液体润滑脂的摩擦学性能研究

用腐蚀性较低、简单易合成的磷酸酯离子液体为基础油,聚四氟乙烯微粉为稠化剂制备一种新型的离子液体润滑脂,在Optimol SRV摩擦试验机上考察其对钢/钢摩擦副的摩擦学性能。结果表明,磷酸酯离子液体润滑脂在室温和高温(100℃)下都表现出优异的减摩抗磨性,并且其减摩抗磨性与离子液体阳离子和阴离子的烷基链长密切相关。磨斑表面扫描电镜和XPS的分析结果表明:摩擦表面既存在离子液体润滑脂与摩擦表面发生摩擦化学反应生成的含有Fe F2、Fe PO4和氮的氧化物的化学反应膜,又存在稠化剂聚四氟乙烯的物理吸附膜。     

碳纳米管在润滑脂中的摩擦学性能及机制研究

以碳纳米管为添加剂制备锂基润滑脂,并探究碳纳米管含量、管径及管长对其摩擦学性能的影响。结果表明:碳纳米管可明显提高润滑脂的摩擦学性能;随碳纳米管质量分数的增加,润滑脂的摩擦学性能先提高后下降,碳纳米管质量分数为0.05%时润滑脂的摩擦学性能最佳;添加管径小、管长大的碳纳米管时润滑脂表现出更优秀的摩擦学性能,这是因为管径小、管长大的碳纳米管可能更容易被填充到表面微凸体的凹槽中。磨斑XPS结果显示,润滑膜中有氧化铁及碳纳米管的存在,氧化铁与碳纳米管等边界膜起到减摩抗磨的作用。     

离子液体对石墨烯润滑油分散及润滑性能的影响

研究离子液体作为添加剂对石墨烯润滑油分散和润滑性能的影响。通过改变离子液体质量分数、超声功率以及时间等条件,考察离子液体/石墨烯润滑油的分散稳定性;采用Rtec多功能摩擦磨损试验机,以Si3N4/钢为摩擦副,考察不同条件下离子液体/石墨烯润滑油的摩擦学行为;采用扫描电镜和超景深显微镜对磨损表面进行分析,探究离子液体作为添加剂的润滑机制。结果表明:离子液体质量分数为0.002 5%、超声时间为60 min,超声功率为600 W时石墨烯润滑油的分散性和稳定性均显著提高;加入离子液体后,石墨烯润滑油的润滑性能提高,其摩擦因数随离子液体质量分数的增加而下降,随超声功率的增加而降低,随超声时间的增加而增加。研究发现,由于离子液体阳离子的长链结构和自身黏度较大,离子液体构成的润滑膜较厚且易于吸附在摩擦副表面,并与石墨烯发生协同作用形成了混合润滑膜,从而避免了摩擦副之间的直接接触,改善了摩擦磨损性能。     

1-(2''''-O,O-二乙基膦酰乙基)-3-己基咪唑六氟磷酸盐离子液体的摩擦学性能研究

合成了1-(2’-0，0-二乙基膦酰乙基)-3-己基咪唑六氟磷酸盐离子液体，用SRV摩擦磨损试验机评价了所制备离子液体作为润滑剂对钢／铝、钢／钢摩擦副的摩擦学性能。结果表明，合成的离子液体具有优良的润滑性能，摩擦因数低，抗磨性能优良。其作用机理是离子液体在摩擦过程中形成了化学吸附边界润滑膜，有效地起到了抗磨损和提高承载能力的作用。     

离子液体润滑碳刷/集电环载流摩擦学特性及其适配度研究

水轮发电机组碳刷/集电环装置常因摩擦界面接触问题出现过热、打火等问题,而离子液体在载流情况下具有优异的润滑性能且不会破坏接触面之间的电连续性,可提高机组运行的安全性和可靠性。为进一步探讨离子液体作为碳刷/集电环组件润滑剂的适配性、可靠性以及相关作用机制,选择咪唑类、季膦类、功能化等三大类离子液体,对其载流摩擦条件下的摩擦学性能进行评价。结果表明：功能化离子液体润滑性能最佳,可以最大程度地降低摩擦因数和接触电阻,使其界面接触更加稳定;咪唑类离子液体烷基侧链的长度强烈影响载流界面的润滑性,烷基侧链较长的咪唑类离子液体的摩擦学性能更好;离子液体在载流摩擦条件下的载流和润滑性能与润滑剂的性质及其和磨损表面形成的双层保护复合膜有关,且引入特殊官能的功能化离子液体更易于吸附在碳刷表面形成牢固的润滑膜。研究结果为碳刷-集电环组件润滑介质的选取提供理论依据和技术指导。     

辛硫醇改性氧化石墨烯在润滑脂中的摩擦学性能

氧化石墨烯(GO)的结构中拥有众多含氧基团,可作为化学反应的活性位点。以辛硫醇为改性剂对GO进行修饰,得到辛硫醇-GO。使用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)对其进行结构表征。将GO、辛硫醇-GO作为添加剂与润滑脂复配,考察其在润滑脂中的摩擦学性能。依据ASTM D2596-15标准方法,采用四球机测定GO润滑脂的抗磨减摩性能,使用白光干涉三维表面轮廓仪测定钢球表面形貌和磨损率。结果表明:GO可略微减小润滑脂的摩擦因数和磨损率;辛硫醇-GO对润滑脂的润滑性能有较大提升,可使润滑脂的摩擦因数减小11.7%,磨损率减少31.5%。XPS磨损表面分析表明,摩擦过程中会有GO颗粒吸附到金属表面,而且改性GO润滑脂中的活性硫元素会与钢球表面反应,生成硫化铁,减少钢球表面的摩擦磨损,从而有效提升润滑脂的润滑性能。     

石墨烯作为轧钢机轴承润滑脂添加剂的研究*

为改善轧钢机轴承用润滑脂的性能,采用不同质量分数的石墨烯对润滑脂进行了改性,测定各润滑脂样品的锥入度和滴点,使用四球摩擦试验机研究石墨烯对润滑脂摩擦学性能的影响,使用扫描电子显微镜、白光干涉仪和拉曼光谱仪等分析石墨烯在润滑脂中的减摩抗磨机制。结果表明:石墨烯作为添加剂能提高润滑脂的滴点和改善润滑脂的极压性能以及减摩抗磨性能。当石墨烯质量分数为0.2%时,对润滑脂极压性能的提升效果最好,表现为烧结负荷和综合磨损值最大,较基础脂分别提高了29.0%和24.0%;当石墨烯质量分数为0.3%时,对润滑脂减摩抗磨性能的提升效果最好,摩擦因数和磨斑直径较基础脂润滑时分别下降了22.4%和13.0%,磨损体积减少了43.0%,且最大无卡咬负荷提高了21.2%。石墨烯在摩擦过程中,吸附在摩擦表面,形成保护薄膜阻止了摩擦副材料的直接接触,减少了磨损,同时提高了润滑脂的承载能力。     

含纳米CuO锂基润滑脂摩擦学性能研究

为改善锂基润滑脂摩擦学性能,制备不同添加量纳米CuO改性的锂基润滑脂。采用3H-2000PS2比表面及微孔分析仪对纳米CuO粒子进行表征,采用四球摩擦磨损试验机分析纳米CuO添加量对锂基润滑脂摩擦学性能的影响,采用扫描电镜(SEM)和三维形貌分析仪分析试验后钢球磨痕形貌。结果表明:纳米CuO质量分数为0.60%时锂基润滑脂具有最佳的抗磨减摩效果,摩擦因数和磨斑直径较基础脂分别降低24%和12%;一定添加量下,纳米CuO对磨损表面具有修复作用,含质量分数0.60%纳米氧化铜的润滑脂润滑时,磨损表面具有较低的表面粗糙度和较少的犁沟,表现出最佳的抗磨性能。     

耐高温合成酯型离子液体润滑剂的制备及性能研究

以航空发动机基础油季戊四醇多元醇酯(5750)与双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li TFSI)为原料,通过"原位"方法制备一系列合成酯型离子液体;分别对合成酯型离子液体的热稳定性、蒸发损失、摩擦学性能以及抗氧化性能进行测试。结果表明:与季戊四醇多元醇酯相比,合成酯型离子液体具有更优异的热稳定性;当Li与5750的量比为1. 5∶1时,离子液体相比5750基础油起始分解温度可提高33℃,50%分解温度可提高99. 4℃,192 h蒸发损失降低61. 9%;当Li与5750的量比为1∶1时,离子液体的高温摩擦学性能最好,摩擦因数和磨斑直径较5750分别减少32%和56%;合成酯型离子液体对胺抗氧剂表现出更好的感受性。     

碳纳米管直径对丁腈橡胶复合材料性能影响的分子模拟

利用分子动力学模拟研究碳纳米管(CNTs)直径改变时对丁腈橡胶(NBR)基体力学及摩擦学性能的影响。采用恒应变法考察不同复合材料模型的力学性能，结果表明复合材料力学性能随着NBR基体中CNTs直径增大呈现先增加后减小的趋势。剪切模拟结果表明，剪切后复合材料基体中分子链发生了不同程度的断裂，出现了聚合物分子链向摩擦界面聚集的现象，其中较大直径CNTs增强NBR复合材料中分子链相对完整连续，摩擦学性能改善效果更好。较大直径CNTs对NBR基体具有显著的增强效果，限制了NBR分子链的活动能力，更多的分子链聚集在CNTs周围，复合材料体系致密性及稳定性提高，从而改善了CNTs/NBR复合材料力学及摩擦学性能。其中直径(6,6)CNTs增强NBR复合材料具有更高的剪切模量，力学性能优异，表现出了更好的摩擦磨损性能。     

不同离子液体润滑条件下BCN薄膜摩擦学性能研究

利用中频磁控溅射技术,分别溅射硼靶和石墨靶,在单晶硅衬底上制备BCN薄膜;采用原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行分析;在1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(L104)和1-正己基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐(L-P206)离子液体润滑条件下,利用CSM摩擦磨损试验机考察BCN薄膜/钢球摩擦副的摩擦磨损性能;利用电化学腐蚀方法考察薄膜在离子液中的耐腐蚀性能.实验结果表明:所制备的BCN薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;在离子液体润滑剂润滑下,BCN薄膜表现出良好的抗磨减摩性能和抗腐蚀性能;与L-P206离子液润滑剂相比,BCN薄膜在L104离子液体润滑剂润滑下的摩擦学性能更好,这可能与L104离子液体自身的分子结构及其腐蚀性弱有关.     

纳米二氧化硅对锂基润滑脂摩擦学性能的影响

利用溶胶-凝胶法,以正硅酸乙酯为原料制备了纳米二氧化硅微粒,通过透射电子显微镜对其结构进行了表征,利用四球摩擦磨损试验机测定了添加不同含量纳米二氧化硅锂基润滑脂摩擦学性能,采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌。结果表明:制备的纳米二氧化硅是粒径为60 nm左右的球形微粒,具有很高的表面能和表面活性;纳米二氧化硅作为锂基润滑脂添加剂能够提高最大无卡咬负荷和烧结负荷,降低摩擦因数,添加量为2.0%(质量分数)时的润滑剂性能最好,相对应的钢球磨斑直径最小,摩擦因数最低。     

MoS2的表面修饰与摩擦学性能研究

分别用油酸（OA）、司班-60（Span-60）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）-二烷基二硫代磷酸吡啶盐（Py-DDP）对MoS2纳米微粒进行表面修饰,考察了修饰后微粒的形貌、在液体石蜡中的分散稳定性和润滑性能,并采用四球摩擦磨损机测试了其摩擦学性能。结果表明,选用不同修饰剂所得到的修饰MoS2纳米微粒的稳定性和摩擦学性能均有不同程度的提高,其中以CTAB—PyDDP修饰MoS2纳米微粒的分散稳定性更佳,摩擦学性能最好。     

离子液体对WS2纳米润滑油摩擦学性能的影响

纳米二硫化钨的润滑性能优异,但由于其在润滑油中易团聚沉降,影响了其在润滑油中抗磨减摩性能的发挥。为改善纳米WS2的抗磨减摩性能,将一种磷酸盐离子液体添加到WS2纳米润滑油中,通过四球摩擦试验机对其摩擦学性能进行测试,采用XPS、EDS和电子显微镜等表征方法对钢球磨损表面进行表征。结果表明：虽然添加离子液体后纳米润滑油的摩擦因数略微上升,但相对基础油,离子液体仍可使其摩擦因数最大降低28%,同时能显著地减小磨斑直径,最大降幅达到了44%。离子液体在摩擦过程中与WS2反应生成PW,该物质作为催化剂加速了摩擦过程中的氧化反应,生成的化合物作为化学摩擦膜减少磨损,提升润滑油抗磨减摩性能。     

钻井液污染润滑脂对牙轮钻头轴承摩擦学性能的影响

高温或冲击载荷会引起钻井液泄漏进入复合锂基润滑脂,从而影响牙轮钻头滑动轴承润滑及摩擦磨损性能。采用MCR102旋转流变仪对含有不同质量分数钻井液的复合锂基润滑脂进行流变性测试,并采用MDW-1型摩擦磨损试验机开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下轴承单元摩擦学实验,研究钻井液质量分数对轴承摩擦磨损性能的影响。结果表明:钻井液的污染将降低润滑脂的黏度,改变润滑脂的流变性能;钻井液的污染总体上增大了滑动轴承单元摩擦因数及摩擦因数波动幅度,同时加大轴承的磨损,且在高转速下,润滑脂中较低含量的钻井液就会使滑动轴承单元的摩擦磨损达到最大值;钻井液中的超细碳酸钙和重晶石颗粒引起的磨粒磨损和犁沟效应,可能导致滑动轴承快速失效。